船舶在建造过程中焊接变形的形成及控制.pdf

《船舶在建造过程中焊接变形的形成及控制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第30卷第4期2013年08月江苏船舶JIANGSUSHIPV01．30No．4Aug．2013船舶在建造过程中焊接变形的形成及控制张玉永(新世纪造船有限公司，江苏靖江214500)摘要：在船舶建造过程中，大量构件的焊接变形不利于船体分段建造精度的控制，从而影响船舶建造的质量。通过分析船体构件焊接变形产生的原因及影响因素，并考虑船舶构件建造过程中各阶段的特点，总结出船舶建造不同阶段减小船舶变形的结构设计措施和建造工艺措施，从而达到满足船舶强度及使用性的要求。关键词：船舶建造；焊接变形；建造质量；精度控制中图分类号：TG457文献标识码：A0引言焊接变形是指在焊接过程中，由于

2、焊接热源和焊接热循环的作用以及外界温度的影响，使得焊接部位或构件受热不均匀从而导致冷却时的收缩量和收缩速度不同产生的变形。船舶焊接变形是影响船舶质量的主要因素，其对焊接接头的性能有着较大的影响，使船体构件的强度、韧性下降。此外，焊接变形不利于分段的精度控制，从而最终影响到船体精度和船舶的建造质量。通常船舶焊接变形按对船舶构件的影响可分为整体焊接变形和局部焊接变形2种。1船体焊接构件变形产生的主要原因船体构件主要是由冷、热轧钢、型钢及它们的成形件装焊而成。从结构件制造工艺来看，造成变形的主要原因为焊接热应力、残余应力和外力。1．1焊接热应力焊接热应力是在焊接过程中，由于金属材

3、料的加热和冷却的不均匀而产生的。焊接时，加热的热源是移动的高温电弧，焊缝和热影响区金属温度很高，金属受热膨胀，但又受到常温金属的阻碍和抑制，便产生了压缩塑性变形。焊接件的变形程度与施焊时的焊接热输人量(线能量)成正比。1．2残余应力残余应力主要有焊接残余应力和加工残余应力。焊件在焊接结束后，焊缝金属由膨胀转为收缩，但其又受到常温金属的刚性固定，便形成了焊接残收稿日期：2013—03—26作者简介：张玉永(1974一)，男，工程师，长期从事船舶工程相关工作。余应力。成形加工残余应力主要是由于工件受工艺性外力而引起的，如工件的自由弯曲成形不得法，钢板矫平辗压次数少都能引起加工残

4、余应力。1．3外力工件在组装、焊接过程中由磕、碰、摔、撞或过载引起的异常变形。2分析影响焊接变形的因素物件在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。在焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因。另外，焊接变形也使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响结构的制造质量和使用性能。焊接变形是热应变、塑性应变以及相变综合影响的结果。由于焊接结构中产生焊接变形是个很复杂的问题，所以只从船体建造工艺角度分析影响焊接变形的一些主要因素

5、。2．1焊接收缩变形焊件尺寸比焊前收缩的现象称为收缩变形，它可分为横向收缩变形和纵向收缩变形。(1)纵向收缩变形：沿焊缝轴线方向尺寸的缩短即为纵向收缩变形。这是由于焊缝及其附近区域在焊接高温的作用下产生的纵向的压缩塑性变形。纵向收缩量取决于焊缝长度、焊件的截面积、材料的弹性模量、压缩塑性变形区的面积以及压缩塑性变形率等。焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩越小。焊缝的长度越长，纵向收缩量就越大。(2)横向收缩变形：沿垂直于焊缝轴线方向尺第4期张玉永：船舶在建造过程中焊接变形的形成及控制43寸的缩短。对接焊缝的收缩变形与对接缝的坡口形式、对接间隙、焊接线能量、钢板的厚度和焊缝的截

6、面积等因素有关。坡口大，对接间隙大，焊缝截面积大，焊接线能量也大，变形也相应增大，如图1所示。理圣蝌嫖擎随之而来的冷却收缩过程中，形成不可逆转的塑性变形，产生焊缝周围的长度收缩。因而在船体焊接后，导致其总尺寸减小，通常在10m长度范围内的收缩量达10～20mm左右。。黑23-45—678黑90豳111213霞14151鬻61718湖192021222324匦lLJ＆＆M⋯板厚单v对接焊缝横向收缩近似值及公式y=101c。一1童娄挚雾■●谬肇罄餮攀爹尊

7、—肆”?皇鏊曩7．．—，，一’、0鬟薹纛：薹菠≥≤穷誓鬻鎏囊蘩：警豢?一

8、{傲坶图1V型坡口和X型坡口的横向收缩近似公式2．

9、2角变形中厚板对接焊、堆焊及“T”型接头焊接时，都可能产生角变形。角变形产生的原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致。焊缝接头形式不同，其角变形的特点也不同。角变形的大小与焊接线能量、板厚等因素有关。当线能量一定时，板厚越大，厚度方向温差越大，角变形也相应增加。当板厚达到一定程度时，此时构件的刚性增加，抵抗变形的能力增强，角变形反而减少。当板厚一定时，线能量增大，压缩塑性变形量增加，角变形也相应增加。2．3波浪变形构件在焊接过后呈波浪形。焊后存在于平板中的内应力，一般情况下在焊缝附近是拉应力，离开焊缝较远的区