渤海装备辽河重工有限公司田召江
摘要：大型船舶的建造施工不可避免的会涉及到焊接操作，然而焊接作业会造成焊接结构件的变形，影响船体结构的精度，造成船体变形，影响船舶的生产质量。本文对焊接结构件变形是如何产生的进行了简单分析，并且对影响变形的因素以及控制船体变形的具体措施进行了系统研究。
关键词：船体焊接；焊接变形；因素及控制措施
焊接工艺是船体建造过程中必须要采用的工艺，其主要是对大量的结构构件进行焊接，从而使构件满足船体建造的要求。对结构构件进行焊接会影响构件原有的性能，从而使得构件的强度、韧度等物理特性发生改变，进而影响到船舶的精度，给船舶带来质量安全隐患。因此，控制船舶焊接的形变至关重要。
一、船体结构件焊接变形分析
由于船体结构件的构造种类有多种多样，因此焊接造成的形变也多种多样，但是总体来说结构件的形变可以分为横向形变和纵向形变。
横向形变是指形变的方向与焊缝的方向垂直，横向形变多为应力性收缩，常见的横向形变又分为横向收缩、角焊接变形、剪切变形等。纵向形变是指形变的方向与焊缝的方向保持一直，纵向形变也表现为应力性收缩，并且常见的纵向形变分为纵向收缩以及纵向弯曲等多种。
结构件之所以发生形变是因为结构件的应力发生了改变，因此结构件焊接形变的原因主要来自于应力改变，具体有以下几个方面：
第一，外界应力。外界应力引起的形变是指在船体结构件的搬运、组装、焊接过程中由于碰撞、摩擦等外力作用所引起的形变。
第二，焊接热应力。焊接热应力是指在船体结构件焊接作业中，结构件会受到焊接电弧的不均匀加热，从而产生热应力。结构件在焊接热应力的影响下，会发生热胀冷缩，然而由于结构件受热不均匀，热胀冷缩就不均匀，因此就造成结构件的形变。
第三，残余应力。残余应力的产生与船体结构件的焊接和工艺加工有关，因此参与应力造成的结构件形变通常是由于焊接作业与外力工艺加工引起的。
二、引起船体焊接变形的因素
通过对船体结构件焊接变形的分析，我们可以看出造成结构件焊接变形的原因主要是焊接操作与工艺加工，因此影响船体焊接变形的因素主要与焊接操作与工艺加工有关，具体包括以下几个方面：
第一，焊接方法的不同。通常而言，不同的焊接方法所造成的焊接部位的收缩量不同。例如：对于同一种结构件，我们分别采用单层焊方法与多层焊方法进行焊接，发现单层焊方法所引起的纵向收缩量要大于多层焊方法所引起的收缩量。究其原因是多层焊接方法存在焊接先后之分，先焊接部分的收缩会阻止后焊接部分的收缩。
同样，对同一种结构件，采用直通焊接方法造成的收缩量要大于逐步退焊方法所造成的收缩量。究其原因是逐步退焊方法中结构件的受热比较均匀，因此产生的形变也比较均匀。
第二，焊缝的长度以及结构件的截面积对船体焊接形变的影响。焊缝长度是影响焊缝收缩量的主要因素，不管是焊缝的纵向收缩量还是横向收缩量都随着焊缝长度的增加而增加。另外，结构件的厚度、焊缝接头方式以及焊缝的坡口形状都会影响到焊缝的收缩量。具体来说：随着结构件厚度的增加焊缝收缩量也增加；并且对于同一种结构件，对接式焊缝收缩量要大于角式焊缝收缩量：同样，对于同一种结构件，V型坡口的焊缝收缩量要大于X型坡口的焊缝收缩量。
第三，结构件的焊接位置对船体形变的影响。通常情况下，焊接位置会对结构件焊接变形的种类产生影响。例如：如果焊接位置沿着结构件的重心线对称，那么该结构件的焊接形变只有纵向收缩和横向收缩两种；如果焊接位置不对称，那么该结构件的焊接形变除了纵向形变和横向形变之外，还有可能出现弯曲形变。
第四，结构件的焊接与装配顺序也会影响焊接形变。通常情况下，船舶建造经常采用的装配焊接程序包括先装配后焊接以及边装配边焊接两种程序。由于不同的装配焊接程序会使结构件的重心发生不同的变化，因此船舶建造要选择合适的装配焊接程序。
一般来说，先装配后焊接的方式对结构件重心的改变较小，因此结构件焊接引起的弯曲形变较小，但是这种装配焊接程序只适用于结构较简单的船体。虽然，边装配边焊接的程序会造成较大的弯曲形变，但是这种方式适合复杂结构船体的装配焊接。
三、控制船体焊接形变的具体措施
要想控制船体焊接形变，需要从船体结构的设计以及船体的建造工艺两方面入手，具体如下：
（一）优化船体结构设计
在设计船体结构时，设计单位除了要考虑船体的使用功能和强度要求外，还要尽量使船体建造的焊接作业最少。因此在设计时要做到以下几点：
第一，对船体进行分段建造设计，从而有效的控制船体总体的焊接形变。
第二，使焊缝保持对称并且尽量靠近结构件的中和轴，从而有效的预防弯曲形变。
第三，在满足船体强度要求的前提下，尽量减少焊缝数量，同时控制焊缝的截面大小，从而减少结构件形变，进而控制船体的焊接形变。
第四，对于结构不复杂的船体，要尽量采用先装配后焊接的装配焊接程序，以减少结构件的弯曲形变。
（二）优化建造工艺
建造企业要尽量选择合适的建造工艺以及方法，尽量减少因建造施工造成的船体焊接形变。一般情况下，建造过程中控制船体形变的方法有以下几种：
第一，刚性固定。这种方法采用刚性较强的胎体以及平台对结构件进行固定，利用刚性胎体约束结构件的焊接形变，从而起到很好的控制形变效果。
第二，预留收缩量。在结构件的生产工程中，厂家根据未来焊接操作中结构件收缩量的估计值，适当增加结构件的尺寸，从而避免因焊接形变对船体精度的影响。
第三，反变形法。这种方法与预留收缩量的方法相同，通过预留形变值的方法减少结构件形变对船体精度的影响。
结语
船体焊接是船舶生产过程中的重要工序，直接影响到船体结构精度以及质量。在船体生产过程中，焊接变形是无法避免的，因此我们要积极分析造成结构件焊接变形的原因以及影响结构件焊接变形的因素，从而采取合适的预防应对措施以减少焊接变形对船舶质量的影响。
参考文献：
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