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【摘 要】在制作船舶时，常常会使用薄板这一材料，通过薄板焊接形成各种构件。若薄板焊接出现变形问题，不仅会影响船舶的外观，还会影响船舶的安全性。本文分析了焊接变形形式及影响薄板焊接变形的因素，并提出了几点避免船舶薄板出现焊接变形问题的措施。
【关键词】船舶;薄板;焊接;变形问题;控制方法
1焊接变形形式
假如焊件形状尺寸发生变化，则表示构件发生变化。由于焊接施工造成的变形问题，则可称为焊接变形。在构件焊接完成且冷却之后，出現的变形问题属于残余变形。在船舶薄板焊接过程中，变形形式种类较多。在焊接过程中，构件局部出现不均匀循环快速加热与冷却将形成热压缩塑性应变，进而形成焊接残余应力致使薄板出现焊接变形问题。
依据焊缝收缩力方向及位置，可将焊接变形问题分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形与扭曲变形这五种形式。收缩变形指的就是薄板焊件缩小。不论是焊缝的纵向收缩还是横向收缩都属于收缩变形。焊缝截面上下不对称或者受热不均匀，致使焊缝收缩不对称形成的变形问题则属于角变形。
2影响薄板焊接变形的因素分析
焊接过程中的热变形及焊件的刚性条件是影响薄板焊接变形的重要因素。焊件的刚性条件将受到装配焊接程序、胎夹具的使用、焊件尺寸及形状的影响;焊接热变形则将受到焊接工艺参数、焊缝面积与数量、焊接方向及顺序、金属材料的热物理性能等。船舶薄板焊件出现弯曲变形的主要原因是焊缝结构不对称。研究发现，随着焊缝与焊件截面中心轴距离的增加，薄板焊接变形程度则不断增大;反之，薄板焊接变形程度将不断减小。构件刚性条件是影响薄板焊接变形程度的重要因素，在其他条件相同时，随着构件刚性强度不断增强，薄板焊接变形程度将不断减小;反之，也是如此。焊接顺序也将影响焊接重心位置及刚性。焊接技术也是影响薄板焊接质量的重要因素，不同焊接方式形成的热变形也不相同。相较于继续焊技术，连续焊技术形成的变形程度较高。此外，焊接电流、电弧电压、焊接速度等参数也将影响薄板焊接质量。研究发现，随着焊接电流及电弧电压的增加，薄板焊接变形程度将不断增高;随着焊接速度的提升，薄板焊接变形程度将不断降低;随着焊缝截面尺寸的增大及焊缝数量的增加，薄板焊接变形程度将不断增高。同时，由于不同焊件的导热系数、比热、膨胀系数不尽相同，因此薄板焊接变形程度也不相同。
3避免船舶薄板出现焊接变形问题的措施
船舶的板壳结构较为复杂，在薄板焊接过程中与焊接完毕后极易出现变形问题，变形问题不仅会影响船舶的外观结构，还将影响其承载能力，进而影响船舶的安全性。因而，为提高船舶质量，需在结构设计及施焊技术方面着手，尽量避免船舶薄板出现焊接变形问题。
3.1保证焊缝结构设计合理
在设计焊缝结构时，需充分考虑焊接结构强度、稳定性，同时还需考虑焊接技术是否可满足焊接要求。为避免船舶薄板出现焊接变形问题，需依据焊接特点科学设计焊缝结构。在设计过程中，尤其需注意焊缝位置、焊缝数量、焊缝尺寸方面的设计，以保证焊接质量。总而言之，在设计过程中需坚持以下原则：
（1）为保证焊接质量，需尽量减少工作量，可使用分段焊接施工方式尽量降低船舶薄板焊接变形程度;（2）合理设置焊缝，严禁将焊缝设置在应力最大区域;为保证焊接质量，需尽量将焊缝设置在焊件结构中心轴对称或与中心轴距离较近区域;（3）尽量保证焊缝长度及截面积较小;（4）采用对称坡口焊接方式;（5）采用较大面积的钢板或冲压结构作为扶强材结构;（6）设计过程中，需重视薄板结构的校核，以保证构件的安全性;（7）重视焊接过程中胎夹具的使用。
3.2科学选择施工技术
（1）刚性固定法。此焊接方法需把焊件固定在夹具当中才可进行焊接施工，以免焊件出现变形问题。焊接程序为：将待焊接结构固定在刚度符合要求的平台或胎架上，在焊缝冷却之后才可进行刚性固定（此种方法大多应用在无反变形的情况下）。此种方式可有效降低构件焊接变形程度，以免焊件出现波浪变形或角变形问题。在薄板拼焊过程中，需尽量保证施工场地的平整性，为提高薄板刚性，以免薄板出现焊接变形问题可使用压铁或辅助钢材固定焊缝两边。另外，在薄板拼板叠放过程中，需保证板面安置在吊耳等圆管支撑上。同时需注意的是，需使用套圆管保护吊耳，以免薄板叠放过程中出现变形问题。
（2）反变形法。此方法是使用较为广泛的一种避免焊接变形问题的方式，在焊接前需根据焊件结构变形特点，给予焊件方向相反、大小相同的变形，以保证薄板焊接质量。
（3）存留收缩量。船舶机构较为复杂，且由于船舶体积较大，其焊缝数量及焊缝面积较大。虽已采取多种措施降低船舶薄板焊接变形程度，然而在焊接过程中仍然会出现收缩变形。因此，在准备材料时，需存留收缩量，以保证船舶薄板焊接质量符合设计要求。现阶段，为保证造船质量，需科学、合理存留收缩量。
（4）选择合适的焊接技术。为降低船舶薄板焊接变形程度，需尽量选择热输入较少的焊接方式，并且需保证焊接参数、焊接顺序及施焊方法的合理性，比如：为降低船舶薄板焊接变形程度，可采用CO2气体保护焊施工方式;为降低船舶薄板焊接变形程度，可采用真空电子束焊或激光焊技术，减少焊缝大小及面积。另外，若发现船舶薄板出现焊接变形问题，可采用有针对性措施进行矫正，以保证薄板焊接质量符合设计要求。
4结束语
综上所述，船舶薄板焊接变形问题是影响船舶安全性的重要因素，也是影响船舶企业发展的重要因素。船舶企业需采取有效措施控制焊接变形问题，以保证薄板焊接质量，提高船舶安全性及结构稳定性。
参考文献：
[1]程家元.分段焊法在船舶行业大薄板拼接变形控制中的应用[J].科学技术创新，2017（23）：74-75.
[2]袁红莉，闫永思.基于热弹塑性有限元法船舶薄板结构焊接变形模拟与预报[J].舰船科学技术，2018，v.40（9）：56-59.
[3]基于固有应变法的舰船标准平台焊接失稳变形预测研究[D].江苏科技大学，2017.
[4]徐振振，周琦，彭勇.2.4mm 5052铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺研究[J].热加工工艺，2017（7）：214-216
（作者单位：蓬莱巨涛海洋工程重工有限公司）
【关键词】船舶;薄板;焊接;变形问题;控制方法
1焊接变形形式
假如焊件形状尺寸发生变化，则表示构件发生变化。由于焊接施工造成的变形问题，则可称为焊接变形。在构件焊接完成且冷却之后，出現的变形问题属于残余变形。在船舶薄板焊接过程中，变形形式种类较多。在焊接过程中，构件局部出现不均匀循环快速加热与冷却将形成热压缩塑性应变，进而形成焊接残余应力致使薄板出现焊接变形问题。
依据焊缝收缩力方向及位置，可将焊接变形问题分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形与扭曲变形这五种形式。收缩变形指的就是薄板焊件缩小。不论是焊缝的纵向收缩还是横向收缩都属于收缩变形。焊缝截面上下不对称或者受热不均匀，致使焊缝收缩不对称形成的变形问题则属于角变形。
2影响薄板焊接变形的因素分析
焊接过程中的热变形及焊件的刚性条件是影响薄板焊接变形的重要因素。焊件的刚性条件将受到装配焊接程序、胎夹具的使用、焊件尺寸及形状的影响;焊接热变形则将受到焊接工艺参数、焊缝面积与数量、焊接方向及顺序、金属材料的热物理性能等。船舶薄板焊件出现弯曲变形的主要原因是焊缝结构不对称。研究发现，随着焊缝与焊件截面中心轴距离的增加，薄板焊接变形程度则不断增大;反之，薄板焊接变形程度将不断减小。构件刚性条件是影响薄板焊接变形程度的重要因素，在其他条件相同时，随着构件刚性强度不断增强，薄板焊接变形程度将不断减小;反之，也是如此。焊接顺序也将影响焊接重心位置及刚性。焊接技术也是影响薄板焊接质量的重要因素，不同焊接方式形成的热变形也不相同。相较于继续焊技术，连续焊技术形成的变形程度较高。此外，焊接电流、电弧电压、焊接速度等参数也将影响薄板焊接质量。研究发现，随着焊接电流及电弧电压的增加，薄板焊接变形程度将不断增高;随着焊接速度的提升，薄板焊接变形程度将不断降低;随着焊缝截面尺寸的增大及焊缝数量的增加，薄板焊接变形程度将不断增高。同时，由于不同焊件的导热系数、比热、膨胀系数不尽相同，因此薄板焊接变形程度也不相同。
3避免船舶薄板出现焊接变形问题的措施
船舶的板壳结构较为复杂，在薄板焊接过程中与焊接完毕后极易出现变形问题，变形问题不仅会影响船舶的外观结构，还将影响其承载能力，进而影响船舶的安全性。因而，为提高船舶质量，需在结构设计及施焊技术方面着手，尽量避免船舶薄板出现焊接变形问题。
3.1保证焊缝结构设计合理
在设计焊缝结构时，需充分考虑焊接结构强度、稳定性，同时还需考虑焊接技术是否可满足焊接要求。为避免船舶薄板出现焊接变形问题，需依据焊接特点科学设计焊缝结构。在设计过程中，尤其需注意焊缝位置、焊缝数量、焊缝尺寸方面的设计，以保证焊接质量。总而言之，在设计过程中需坚持以下原则：
（1）为保证焊接质量，需尽量减少工作量，可使用分段焊接施工方式尽量降低船舶薄板焊接变形程度;（2）合理设置焊缝，严禁将焊缝设置在应力最大区域;为保证焊接质量，需尽量将焊缝设置在焊件结构中心轴对称或与中心轴距离较近区域;（3）尽量保证焊缝长度及截面积较小;（4）采用对称坡口焊接方式;（5）采用较大面积的钢板或冲压结构作为扶强材结构;（6）设计过程中，需重视薄板结构的校核，以保证构件的安全性;（7）重视焊接过程中胎夹具的使用。
3.2科学选择施工技术
（1）刚性固定法。此焊接方法需把焊件固定在夹具当中才可进行焊接施工，以免焊件出现变形问题。焊接程序为：将待焊接结构固定在刚度符合要求的平台或胎架上，在焊缝冷却之后才可进行刚性固定（此种方法大多应用在无反变形的情况下）。此种方式可有效降低构件焊接变形程度，以免焊件出现波浪变形或角变形问题。在薄板拼焊过程中，需尽量保证施工场地的平整性，为提高薄板刚性，以免薄板出现焊接变形问题可使用压铁或辅助钢材固定焊缝两边。另外，在薄板拼板叠放过程中，需保证板面安置在吊耳等圆管支撑上。同时需注意的是，需使用套圆管保护吊耳，以免薄板叠放过程中出现变形问题。
（2）反变形法。此方法是使用较为广泛的一种避免焊接变形问题的方式，在焊接前需根据焊件结构变形特点，给予焊件方向相反、大小相同的变形，以保证薄板焊接质量。
（3）存留收缩量。船舶机构较为复杂，且由于船舶体积较大，其焊缝数量及焊缝面积较大。虽已采取多种措施降低船舶薄板焊接变形程度，然而在焊接过程中仍然会出现收缩变形。因此，在准备材料时，需存留收缩量，以保证船舶薄板焊接质量符合设计要求。现阶段，为保证造船质量，需科学、合理存留收缩量。
（4）选择合适的焊接技术。为降低船舶薄板焊接变形程度，需尽量选择热输入较少的焊接方式，并且需保证焊接参数、焊接顺序及施焊方法的合理性，比如：为降低船舶薄板焊接变形程度，可采用CO2气体保护焊施工方式;为降低船舶薄板焊接变形程度，可采用真空电子束焊或激光焊技术，减少焊缝大小及面积。另外，若发现船舶薄板出现焊接变形问题，可采用有针对性措施进行矫正，以保证薄板焊接质量符合设计要求。
4结束语
综上所述，船舶薄板焊接变形问题是影响船舶安全性的重要因素，也是影响船舶企业发展的重要因素。船舶企业需采取有效措施控制焊接变形问题，以保证薄板焊接质量，提高船舶安全性及结构稳定性。
参考文献：
[1]程家元.分段焊法在船舶行业大薄板拼接变形控制中的应用[J].科学技术创新，2017（23）：74-75.
[2]袁红莉，闫永思.基于热弹塑性有限元法船舶薄板结构焊接变形模拟与预报[J].舰船科学技术，2018，v.40（9）：56-59.
[3]基于固有应变法的舰船标准平台焊接失稳变形预测研究[D].江苏科技大学，2017.
[4]徐振振，周琦，彭勇.2.4mm 5052铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺研究[J].热加工工艺，2017（7）：214-216
（作者单位：蓬莱巨涛海洋工程重工有限公司）