浅谈长江上游客船薄板焊接变形的解决方法.pdf

浅谈长江上游客船薄板焊接变形的解决方法 施明义 盛尼克能源环保技术（重庆）有限公司 重庆 400039 【摘要】大型封闭钢结构焊接制作加工过程中，封闭在内的薄板构件在焊接中往往会产 生较大的焊接变形，虽然可以通过焊后水火矫正做一定程度的修复，但很难完全消除变形。 焊接变形量的大小是衡量该工程成功与否的重要标志，也是工程质量好环的关键，因此控制 焊接变形是人们十分重视而致力于研究的课题。本人曾在船厂检验科从事焊接检验工作，通 过对长江上游中小型客船建造中船体上层建筑薄板构件产生的变形的初浅分析，介绍实际生 产中经常采用的处理方法。 【关键词】薄板钢结构 焊接 变形 解决方法 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 重庆地处长江上游，重庆地区的造船厂经常建造一些适用于上游航道的客船和货船。货 船因主船体材料较厚，在建造中形成的焊接变形尚不十分明显。但在中小型客船建造中，由 于上层建筑一般采用薄钢板的结构形式，其围壁板和甲板均为薄板钢，与筋骨一起构成封闭 的薄板焊接钢结构。 薄板焊接变形具有复杂性、多元性，从而严重影响了焊接质量，是造船行业中影响船舶 上层建筑建造质量与外观质量的一个技术难题。 1. 产生变形的原因 1.1变形原理 按照板壳理论的观点，薄板焊接发生的压曲变形实质就是薄板的屈曲问题。焊接薄板构 件时，在远离焊缝的区域中产生残余压应力，该残余压应力的平均值大于薄板构件产生变形 的临界压应力时就会产生压曲变形(也称挠曲变形)。薄板结构主要承受两种载荷，一种是作 用在中面内的拉、压或剪力，总称为中面力；另一种是垂直于中面的力，称为横向力。对于 中面力，可以认为它们沿板厚均匀分布，由此产生的应力和形变可按弹性力学中的平面问题 计算；而横向力使薄板发生弯曲，由此产生的应力和形变可按薄板弯曲问题来处理。 薄板焊接以后产生的变形主要是波浪变形，其主要原因是由于钢板较薄，其刚性较差， 焊接以后随着焊缝的冷却，焊缝及其邻近焊缝区的金属收缩，产生横向和纵向收缩应力。由 于薄板本身没有足够的刚度来抵抗这些应力，横向收缩应力使其产生横向收缩，纵向收缩应 力产生沿焊缝轴线方向的局部纵向收缩。同时，由于手工电弧焊时各种焊接因素不尽相同， 薄板焊接时受热是不均匀的，变形也不均匀。焊缝横向收缩和纵向收缩变形引起钢板局部丧 失稳定性，产生波浪变形。另外，薄板结构中如果角焊缝较多、焊接时焊接规范选用较大、 随意加大焊缝尺寸、焊接顺序不合理等，也易引起变形。 薄板焊接变形的质量控制包括从钢板切割开始到装夹、点固焊、施焊工艺、焊后处理等， 其中还要考虑所采用的焊接方法、有效地变形控制措施。 1.2 切割方法和切割质量对变形的影响 在钢板切割中，如果采用激光切割，则由于热源集中，切割速度快，所以比等离子切割 的热作用具有更小的影响，在随后的残余应力积累过程中所占的比例也小。如果用普通火焰 切割，在切割加工结束后就能观察到切割件边缘明显的变形，这种变形即使通过机械手段矫 正，但并不能完全消除构件内的残余应力，同样或在后续装配焊接工序中叠加焊接应力焊接 变形。 1.3 焊接方法对焊接变形的影响 合适的焊接方法需要考虑生产效率和焊接质量，所以焊接方法、焊接工艺和焊接程序显 著影响焊接变形的水平。因此所采用的焊接方法必须具有高的熔敷效率和尽量少的焊道。另 外，还必须具有小的热输入。通常用于船体上层建筑焊接的方法有手弧焊、惰性气体保护焊 等。 1.4 点固焊工艺对焊接变形的影响 点固焊不仅能保证焊接间隙而且具有一定的抗变形能力。但是要考虑点固焊焊点的数 量、尺寸以及焊点之间的距离。对于薄板的变形来说，点固焊工艺不适有可能在焊接之前就 产生相当的残余焊接应力，对随后的焊接残余应力积累带来影响。点焊尺寸过小可能导致焊 接过程中产生开裂使焊接间隙得不到保证，如果过大可能导致焊道背面未熔透而影响接头的 完整性。点固焊的顺序、焊点距离的合理选择也相当重要。 1.5装配应力及焊接程序 应尽量减少焊接装配过程中引起的应力，如果该应力超过产生变形的临界应力就可能产 生变形。不同的焊接程序对焊接残余应力的影响不同。 1.6 焊缝尺寸对焊接残余应力的影响 由于下料精度和装配精度的原因，使得薄板结构焊缝尺寸精度下降。等于间接加大了焊 接热输入量，必然带