1、專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)題目： 船體焊接變形及矯正 系 部： 船舶與港口工程系 專 業(yè)： 船舶工程技術(shù)/計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 班 級： 船工/微機(jī)061402 姓 名： 鄭中臣 學(xué) 號： 061923140229 指導(dǎo)教師： 康雙琪 職 稱： 講師 2010年6月 南京摘要焊接在造船過程中占了舉足輕重的作用，焊接的好壞直接影響船體質(zhì)量。船體結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)，會不可避免地出現(xiàn)焊接變形。目前，多采取預(yù)防措施對焊接變形進(jìn)行控制。本文主要探討焊接變形的影響，變形的基本形式，產(chǎn)生的主要因素，控制方法以及焊接變形的矯正。關(guān)鍵詞 船體焊接 變形 矯正 控制 AbstractThe process of welding

2、 in the shipbuilding account for a significant role, welding a direct impact on the quality of the hull. In the welding of ship structure, often welding distortion, it is inevitable but to take preventive measures. This article focuses on welding deformation have affected the basic form of the defor

3、mation and welding the main factors causing deformation, welding deformation control welding distortion control method and correction.Keywords Hull welding distortion correction control 目錄 1 引言12 焊接變形的概念及變形的影響13 焊接變形基本形式13.1 整體變形13.2 局部變形24 影響船體焊接變形的因素24.1 施焊方法和焊接工藝參數(shù)24.2 焊縫長度及其截面積34.3 裝配和焊接程序35. 船體

4、焊接變形的控制方法35.1 反變形法45.2 合理的焊接工藝方法45.3 選擇合理的焊接順序45.4 剛性固定法55.5 錘擊焊縫法55.6 回火法55.7 焊前預(yù)熱56. 船體焊接變形的矯正56.1 機(jī)械矯正66.2 火焰矯正6點(diǎn)狀加熱6線狀加熱6三角形加熱7結(jié) 論8致 謝9參 考 文 獻(xiàn)101 引言 人類航海事業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，焊接起到了很大的作用。特別是焊接在造船中的應(yīng)用，引起了造船工業(yè)的革命，促進(jìn)了造船事業(yè)的發(fā)展。焊接代替鉚接后，不僅出現(xiàn)了全焊接船（1920年在世界上出現(xiàn)了第一艘全焊接船），并使船體從散裝建造方式發(fā)展到分段建造，大大縮短了造船周期。在現(xiàn)代造船中，焊接更是一項(xiàng)很關(guān)鍵的工藝

5、，焊接工時(shí)和成本在整個(gè)船體建造過程中占了40%左右，研究改進(jìn)焊接技術(shù)對提高造船生產(chǎn)率有很大的意義。隨著造船量的增加，世界各造船船國家的主要船廠都陸續(xù)的進(jìn)行了現(xiàn)代化造勢，分別建立了平面分段流水線，實(shí)現(xiàn)了平面分段裝配焊接的機(jī)械化、自動(dòng)化，形成了由數(shù)十種焊接工藝方法組成的，以節(jié)能、高效為特征的造船焊接技術(shù)體系，大大加快了船舶的建造速度。然而在焊接過程中出現(xiàn)的問題也不可忽視，接下來我們談?wù)劥w焊接變形的的問題及控制矯正方法。2 焊接變形的概念及變形的影響金屬部件在受外力作用后，無論外力多么小，部件均會產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力而變形。當(dāng)外力停止作用后，如果部件仍能恢復(fù)到原來的形狀和尺寸，則這種變形稱為彈性變形。當(dāng)外

6、力增大到一定程度時(shí)，外力停止作用后，金屬部件不能恢復(fù)到以前的形狀和幾何尺寸，這種變形稱為塑性變形。在船體建造過程中，焊接結(jié)構(gòu)件大量應(yīng)用于各個(gè)制造工序。焊接接頭變形對接頭的性能有著較大影響，使得船體構(gòu)件的強(qiáng)度、韌性下降。此外，焊接變形不利于船體制造精度的控制，從而最終影響到船舶的建造質(zhì)量。3 焊接變形基本形式由于熱脹冷縮的原理，在焊接過程中，由于焊接熱源和焊接熱循環(huán)的作用，使焊件受熱不均勻。因此，金屬各部分受熱時(shí)的膨脹與冷卻時(shí)的收縮也不同。這樣，就在焊件中產(chǎn)生了變形。焊接變形的種類較多，但其對結(jié)構(gòu)影響的大小可分為以下兩種。3.1 整體變形所謂整體變形，是指整個(gè)結(jié)構(gòu)的形狀或尺寸發(fā)生變化。整體變形是

7、由于焊縫在各個(gè)方向收縮所引起的。它包括直線變形、彎曲變形、扭曲變形等，如圖3-1中(a)、(b)、(d)圖所示。 直線變形是指結(jié)構(gòu)的長、寬、高尺寸的改變，按其方向又可分為縱向變形和橫向變形。縱向變形是指平行于焊縫方向的變形；橫向變形是指垂直于焊縫方向的變形。 （a） 直線變形（b）彎曲變形（c）波浪變形（d）扭曲變形（e）角變形圖3-1 焊接變形的基本形式3.2 局部變形 局部變形是指結(jié)構(gòu)的某部分發(fā)生變形，包括角變形和波浪變形兩種，如圖3-1(c)、(e)所示。焊后變形將影響到結(jié)構(gòu)的外形和它的承載能力，其中整體變形對結(jié)構(gòu)的影響較大，而局部變形對結(jié)構(gòu)的影響較小。4 影響船體焊接變形的因素在焊接過

8、程中的熱應(yīng)變、塑性應(yīng)變是產(chǎn)生焊接變形的原因。通常在低碳鋼焊接時(shí)，相變發(fā)生在彈性喪失溫度以上，對焊接變形和最終的殘余應(yīng)力影響較小，往往予以忽略。但在低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，固態(tài)相變常發(fā)生在彈性喪失溫度以下，必須考慮相變時(shí)體積膨脹引起的應(yīng)變變化。因此，焊接變形是熱應(yīng)變、塑性應(yīng)變以及相變應(yīng)變綜合影響的結(jié)果。由于焊接結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的焊接變形是個(gè)很復(fù)雜的問題，所以只從船體建造工藝角度分析影響焊接變形的一些主要因素。4.1 施焊方法和焊接工藝參數(shù)不同施焊方法引起的收縮量也不同。當(dāng)焊件的厚度相同時(shí)，單層焊的縱向收縮比多層焊收縮大，這是因?yàn)槎鄬雍笗r(shí)，先焊焊道冷卻后阻止了后焊焊道的收縮。逐步退焊比直通焊收縮小，這是因?yàn)?/p>

9、前者可使焊件溫度比較均勻，產(chǎn)生壓縮塑性變形比較分散的緣故。焊接工藝參數(shù)的影響主要為線能量。一般規(guī)律是，隨著線能量的增加，壓縮塑性變形區(qū)擴(kuò)大，因而收縮量增大。4.2 焊縫長度及其截面積一般來說，焊縫的縱向收縮量隨焊縫長度的增加而增加，而焊縫的橫向收縮量隨焊縫寬度增加而增加。橫向收縮量還與板厚、坡口形式及接頭形式有關(guān)。手弧焊時(shí)，板厚增加，收縮量增大，自動(dòng)焊時(shí)則有所不同；在同樣厚度條件下，V 形坡口比 X形坡口收縮量大，對接焊縫的橫向收縮量比角焊縫大。4.3 裝配和焊接程序裝配焊接程序能引起構(gòu)件在不同裝配階段剛性的變化和重心位置的改變，對控制構(gòu)件的焊接變形有很大的影響。因此就整個(gè)結(jié)構(gòu)生長而言，這就有

10、邊裝配邊焊接和裝配成整體后再焊接兩種方式可供選擇。對于簡單結(jié)構(gòu)來說，采用后一種方式，可以減少其彎曲變形。除此之外，焊接電流、焊接速度和焊接方向等對結(jié)構(gòu)變形都有一定的影響。大多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)的變形是隨著焊接電流的增加而增加，而隨焊接速度的增加而減小，所以一般都是在保證焊件和焊透的情況下采用單位能較小的焊接規(guī)范（單位長度所受到的熱量）。焊接方向?qū)ψ冃蔚挠绊懸暰唧w結(jié)構(gòu)而定，同樣一道焊縫可以采用不同方向進(jìn)行焊接，可以從一端向另一端“直通”焊接，也可以從中間像兩端或從兩端向中間進(jìn)行焊接，結(jié)果會引起不同的變形情況和應(yīng)力狀態(tài)。5. 船體焊接變形的控制方法焊接過程中的熱變形和施焊時(shí)焊接構(gòu)件的剛性條件是影響焊接殘

11、余變形的兩個(gè)主要因素。根據(jù)這兩個(gè)主要因素可以認(rèn)為焊接殘余變形是不可避免的，即完全消除焊接變形是不太可能的，只能控制。控制焊接殘余變形必須從船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝兩個(gè)方面同時(shí)采取措施。在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上除了要滿足船舶的強(qiáng)度和使用性能外，還必須滿足船舶制造中焊接變形最小及耗費(fèi)勞動(dòng)工時(shí)最低的要求。焊接工藝是船體施工中的重要工藝之一。合理的焊接工藝是減少焊接變形，減少應(yīng)力集中的有效方法。船體結(jié)構(gòu)不按照焊接工藝特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將帶來過大的殘余變形，削弱船舶強(qiáng)度，影響船舶使用性能。在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，為了控制船體焊接變形，設(shè)計(jì)院、船廠在設(shè)計(jì)中采取了各種措施，如將船體分為若干小部件與船體分段，使焊接變形分散在各

12、個(gè)部件上，便于船體變形的控制與矯正;使船體焊縫的布置與船體分段截面中性軸對稱或接近截面中性軸，避免焊接后產(chǎn)生扭曲和過大的彎曲變形;對每一條主要焊縫，盡可能選擇小的焊腳尺寸和短的焊縫;避免焊縫過分集中和交叉布置;盡可能采用寬而長的鋼板或能減少焊縫數(shù)量的結(jié)構(gòu)形式(如槽形艙壁)等等。有以下幾種方法5.1 反變形法 根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，預(yù)先估計(jì)結(jié)構(gòu)焊接變形的方向和大小，然后在焊接裝配時(shí)給予一個(gè)方向相反、大小相等的預(yù)置變形，以抵消焊后產(chǎn)生的變形。反變形的數(shù)值，一般憑經(jīng)驗(yàn)估算，比如在船廠中，焊工師傅根據(jù)多年的焊工經(jīng)驗(yàn)，V形坡口單面對接焊變形的情況，當(dāng)采用反變形后，給板材一個(gè)很小的角度，變形就基本上消除

13、了。工字梁焊后由于角焊縫的橫向收縮引起的角變形，若焊前采用夾具先把上下面板壓出反變形，然后進(jìn)行裝配焊接，就能消除焊后角變形。5.2 合理的焊接工藝方法采用焊接熱源比較集中的焊接方法進(jìn)行焊接可降低焊接變形。如CO2氣體保護(hù)焊、氬弧焊等還有選用合理的焊縫尺寸和型狀，在保證構(gòu)件的承載能力的條件下，應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸；減少焊縫的數(shù)量，在滿足質(zhì)量要求的前提下，盡可能的減少焊縫的數(shù)量；合理安排焊縫的位置，只要結(jié)構(gòu)上允許應(yīng)該盡可能使焊縫對稱于焊件截面的中和軸或者靠近中和軸。5.3 選擇合理的焊接順序盡量使焊縫自由收縮。焊接焊縫較多的結(jié)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)先焊錯(cuò)開的短焊縫，再焊直通長焊縫，以防在焊縫交接處產(chǎn)生裂紋

14、。如果焊縫較長，可采用逐步退焊法和跳焊法，使溫度分布較均勻，從而減少了焊接應(yīng)力和變形合理的裝配和焊接順序。具體如下：1）先焊收縮量大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫。2）焊縫較長的焊件可以采用分中對稱焊法、跳焊法，分段逐步退焊法。3）焊件焊接時(shí)要先將所以的焊縫都點(diǎn)固后，再統(tǒng)一焊接。能夠提高焊接焊件的剛度，點(diǎn)固后，將增加焊接結(jié)構(gòu)的剛度的部件先焊，使結(jié)構(gòu)具有抵抗變形的足夠剛度。4）具有對稱焊縫的焊件最好成雙的對稱焊使各焊道引起的變形相互抵消。5）焊件焊縫不對稱時(shí)要先焊接焊縫少的一側(cè)。6）采用對稱與中軸的焊接和由中間向兩側(cè)焊接都有利于抵抗焊接變形。7）在焊接結(jié)構(gòu)中， 當(dāng)鋼板拼接時(shí)，同時(shí)存在著橫向的端接焊

15、縫和縱向的邊接焊縫。應(yīng)該先焊接端接焊縫再焊接邊接焊縫。8）在焊接船體構(gòu)件時(shí)，同時(shí)存在著對接焊縫和角接焊縫時(shí)，要先焊接對接焊縫后焊接角接焊縫。9）十字接頭和丁字接頭焊接時(shí)，應(yīng)該正確采取焊接順序，避免焊接應(yīng)力集中，以保證焊縫獲得良好的焊接質(zhì)量。對稱與中軸的焊縫，應(yīng)由內(nèi)向外進(jìn)行對稱焊接。5.4 剛性固定法 焊接時(shí)將焊件加以剛性固定，焊后待焊件冷卻到室溫后再去掉剛性固定，可有效防 角變形和波浪變形。此方法會增大焊接應(yīng)力，只適用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)。5.5 錘擊焊縫法 在焊縫的冷卻過程中，用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫，使金屬產(chǎn)生塑性延伸變形 抵消一部分焊接收縮變形，從而減小焊接應(yīng)力和變形 。錘擊可以用

16、圓頭手錘或氣錘進(jìn)行。實(shí)踐證明，在焊完第一道焊縫后進(jìn)行錘擊，可使內(nèi)應(yīng)力幾乎完全消除，但要防止裂縫。另外錘擊最好在熱狀態(tài)下進(jìn)行，這時(shí)金屬具有較高的塑性，對于低碳鋼應(yīng)在150-200攝氏度。為了保持焊縫的美觀，最后一層焊縫往往不錘擊。其余各層焊縫每焊完一道立即錘擊，直至將焊縫金屬表面錘擊出均勻的密密麻麻的麻點(diǎn)為止。5.6 回火法焊件焊好后，將焊件整體放入加熱爐中，并以不超過25-60度/h的升溫速度進(jìn)行加熱。對低碳鋼焊件應(yīng)加熱到600-650度，并保溫一定時(shí)間。焊后冷卻，焊件才可出爐。當(dāng)焊件尺寸很大而不能進(jìn)行整體回火時(shí)，可以采取局部回火法，就是將焊接應(yīng)力大的地方及周圍加熱到回火溫度，然后緩慢地冷卻。

17、但這樣做只能降低應(yīng)力的峰值，使應(yīng)力分布比較平緩，起到局部消除焊接應(yīng)力的方法。6. 船體焊接變形的矯正船體建造過程中，雖然在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝上采取措施來控制施工中所產(chǎn)生的焊接變形，但由于焊接過程的特點(diǎn)和船體施工工藝的復(fù)雜性，一般來講，產(chǎn)生焊接變形是不可避免的，對出現(xiàn)的超過設(shè)計(jì)要求的焊接變形必須進(jìn)行矯正。矯正工藝只限于矯正焊接構(gòu)件的局部變形，如角變形，彎曲變形，波浪變形等等，對于船體結(jié)構(gòu)的整體變形如縱向和橫向收縮(總尺寸縮短)只能通過下料或裝配時(shí)預(yù)放余量來補(bǔ)償。矯正變形的方法有兩種，即機(jī)械矯正法和火焰矯正法。 6.1 機(jī)械矯正機(jī)械矯正法是在室溫條件下，對焊接構(gòu)件施加外力，使構(gòu)件壓縮塑性變形區(qū)

18、的金屬伸展，減少或消除焊縫區(qū)的塑性變形，達(dá)到矯正變形的目的。機(jī)械矯正變形法容易引起金屬冷作硬化，消耗材料一定數(shù)量的塑性儲備，因此，只能用于塑性良好的材料，不允許對塑性較差或脆性材料進(jìn)行機(jī)械矯正。實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械矯正法矯正過程中可以使用專用的大型油壓機(jī)、水壓機(jī)、頂床或人工利用大錘矯正。6.2 火焰矯正焰矯正是一門較難操作的工藝，方法掌握、溫度控制不當(dāng)會造成構(gòu)件新的更大變形。因此，火焰矯正要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。火焰矯正法是通過對變形構(gòu)件伸長部分金屬進(jìn)行有規(guī)則的火焰集中加熱。冷卻后，焊接構(gòu)件這部分金屬獲得不可逆的壓縮塑性變形，使整個(gè)焊接構(gòu)件變形得到矯正。火焰加熱方式有三種，即點(diǎn)狀加熱、線狀加熱和三角形

19、加熱。點(diǎn)狀加熱 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變形情況，可以一點(diǎn)或多點(diǎn)加熱。多點(diǎn)加熱常用梅花式，如圖 6-2-1 所示。厚板加熱加熱直徑d要大些，薄板要小一些，一般不小于15mm。變形量越大，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離a應(yīng)小些，一般在50-100mm之間，點(diǎn)的距離在100mm左右加熱時(shí)，由變形最小處開始，順次向變形大處移動(dòng)，第二次加熱需待第一次后冷卻后進(jìn)行。圖6-2-1 點(diǎn)狀加熱線狀加熱 火焰沿直線方向移動(dòng)，或同時(shí)沿寬度方向擺動(dòng)，從而形成帶狀加熱的現(xiàn)象，如圖6-2-2所示。線狀加熱時(shí)，橫向收縮一般大于縱向收縮，因此應(yīng)盡量發(fā)揮橫向收縮的作用。在一般范圍內(nèi)，橫向收縮隨加熱寬度的增加而增加，加熱線寬度一般為1.5-30mm。

20、此法適用于各種結(jié)構(gòu)變形的矯正，尤其以矯正板架變形（如“瘦馬”變形、波浪邊形）的效果最佳，且多用于“背燒法”（即在骨架背面加熱）。加熱時(shí)，可先直接施于骨架背面（單線法），也可施于骨架背面的兩側(cè)（雙線法），待主要變形消除后，再在局部不平處補(bǔ)加線狀加熱。圖6-2-2 線狀加熱三角形加熱 三角形的底邊在鋼板邊緣，頂角朝內(nèi)，如圖6-2-3 所示三角形加熱面積較大，所以收縮量也大，多用于矯正T形構(gòu)件、工型鋼以及其他型材的彎曲變形，也可用于矯正分段自由邊緣的變形。三角形加熱時(shí)，加熱區(qū)應(yīng)施于彎曲凸起的一邊，由兩端向中間進(jìn)行。加熱要充分，保證使整個(gè)厚度透燒，以免造成平面內(nèi)的彎曲。三角形加熱起始點(diǎn)，應(yīng)自尖角處開始，第二次加熱需待第一次冷卻后進(jìn)行。如果矯正較大的變形，還可用錘擊或兼施外加壓力。 圖6-2-3 三角形加熱進(jìn)行火焰矯正用以上幾種方法