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[摘 要]船体发生局部变形或整体变形，是船舶建造过程中常见的现象。船体发生变形后，将会影响船舶外观，如果整体变形较大，将会造成线型与理论形状不合，从而改变船舶吃水，增加船体阻力，影响船舶性能，其中包括航行性能和使用性能。因此，研究船体变形产生的原因、有效预防或控制船体变形，具有非常重要的意义。
[关键词]船体结构特点；焊接变形；控制方法；
中图分类号：U661.42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0324-01
1概述
焊接技术是一门重要的金属加工技术，应用广泛，在船舶制造、机械加工等领域都能用到。尽管焊接技术在造船行业发展很快，自动化程度也越来越高，然而，焊接过程中的焊接结构残余变形是避免不了的。焊接变形的存在不仅造成了焊接结构形状变异、尺寸精度下降和承载能力降低，而且在工作荷载作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是船舶结构早期失效的主要原因，也是造成船舶结构疲劳强度降低的原因之一。焊接变形在焊接结构中的分类是很复杂的，按变形对整个焊接结构的影响程度可将焊接变形分为局部变形和整体变形，按变形的外观形态可分为五种基本形式，即收缩变形、扭曲变形、角变形、波浪变形和弯曲变形。
焊接变形的存在严重影响着船体焊接结构的制造过程和它的使用性能。日本学者早在20世纪50年代就开始研究焊接变形。近些年来，我国对于焊接变形控制的研究也越来越重视。因此，控制船体焊接变形方法的研究已成为船舶生产中迫切需要解决的重要课题。
2船体结构特点及其变形产生的原因
船体结构的主要组成部分以骨架和板架两个结构为主，这两个原本相互独立的结构在通过多个连接和焊接步骤处理后才能够制造出成形的船体结构。但是，由于不同板架和骨架的区域材料性质各不相同，尤其是材料之前的熔点和传导性质有明显差异，因此在焊接过程中非常容易出现一个骨架或者板架的内部结构有明显的温度不均匀现象分布，这种温度均匀分布直接造成材料出现不均匀热应变，最后导致结构形成塑性变形。而且，在进行焊接过程中，一般焊接部位的温度都非常高，这种非常高的热量的一旦被输入后就会非常容易造成焊接变形出现，而且这种焊接造成的焊接变形还有不同的种类，出现何种变形种类与热量输入总量、热温度场、焊接结构的约束度三者有直接关系。而对于船体结构来说，其结构的各种变形类型以及扭曲程度主要是与焊接方法、顺序以及焊接线的性质有关。由于一旦因为操作不当导致焊接变形，那么除了会直接造成船体结构的抗弯强度变弱，还会直接影响到船体的生产效率。避免这种焊接变形的最好方法是，在刚开始焊接时就准确预测有可能出现的变形和变形有可能造成的强度跌落幅度等，然后按照变形后结构的确切强度采取针对性的性能改善措施。比如在制造过程中选用比较有针对性且合适的工艺方法，将制造时间缩短，或者尽可能的减少焊接偏差。
3影响船体结构焊接变形的因素
3.1结构刚性
焊缝的横向和纵向收缩会受到结构刚性约束，刚性大的结构在焊缝收缩力作用下变形较小，刚性小的结构则变形较大，即焊接变形总是沿着结构刚性小的方向发生。
3.2焊接方法
常用的手工焊接、自动焊接和气体保护焊接三种焊接方法造成的变形情况是不同的。通常情况下，自动焊接和气体保护焊接由于加热比较集中，所以变形率较小，而手工焊接的变形率则相对较大。
3.3装配和焊接程序
一般情况下，整体装配完成后再焊接的变形率较小，而边装配边焊接的变形率则较大。另外，焊接程序的合理性会对变形率产生较大影响，不合理的焊接程序会明显增大焊接变形。
3.4焊接面面积与焊接量
一般情况下，焊接面面积与焊接量的大小直接影响焊接变形率的高低，即面积越大且数量越多，则变形率越高。
3.5焊接装配步骤
焊接装配步骤的不同会导致部件重心发生位移，其刚性发生变化，从而较大程度的影响焊接变形。所以对整个结构来说有两种焊接装配的方式，分别是在装配的过程中焊接，装备完毕后进行焊接。如果其结构较为简单，我们通常在装配完毕后再进行焊接，对于较为复杂的结构，使用在装配的过程中进行焊接。
4舷侧分段的焊接工艺
舷侧分段的结构包括舷侧外板、舷顶列板、肋骨、强肋骨、舷侧纵桁等，有的舷侧分段还带有甲板小分段和舱壁分段。根据不同舷侧分段的线型特点其装焊基础也各不相同，线型较为平坦的舷侧分段，可在平台上装焊，分段曲率较大的则须在胎架上装焊，但两者的装焊程序基本相同。
舷侧分段装焊程序是：舷侧外板拼板→碳弧气刨开坡口→外板焊接→构件划线→构架安装→构架对接缝焊接→骨架与外板角接缝焊接→划分段轮廓线、检查水线、定位肋骨线→割胎→离胎、翻身→碳弧气刨开坡口→封底焊矫正变形→完工测量。
5船体结构焊接变形控制措施
5.1结构设计
船体结构设计过程中是否能够依照结构焊接变形现象采取有效的控制和应对方法，对于焊接变形的控制有极大作用。通常在船体结构变形设计时采取的控制变形方法有：选择合理的施工工艺，按照船体结构特点选择合适的工艺；将船体进行分段，分散焊接变形力度；焊缝时尽量选择短的焊缝；选用能够减少焊接次数的结构类型等。
5.2变形提前预测
由于船体结构焊接变形是一个不可避免的现象，所以基于这种特点，为了在变形出现时能够合理应对，可以在焊接前进行变形预测，然后根据预测结构制定相对应的变形处理方法。常见的变形预测方法有等效载荷法、实验法以及数值分析法几种。
5.3施工工艺的合理运用。
实际焊接过程中施工工艺运用需要注意的问题：
1合理应用反变形法。反变形法就是在提前预测结构变形后制定出的一個与焊接变形方向相反的反变形值。这种方法的作用是减少和消除船体分段变形幅度。
2选择高效焊工艺，且焊接时多控制减少双面焊接和受热面积以及焊接次数。
5.4选择合理的装配和焊接程序：
预伸缩。对于大型船结构的焊接应从中间向四周对称进行。如工字梁在对焊接时，无论先焊面板或是腹板的接头，横向收缩会在角焊缝内引起很大应力，甚至产生裂缝，所以应设法使它能自由收缩。为此可采取将角焊缝留出一段后焊，使对接接头的横向收缩能自由地进行。
除此之外，焊接施工中还可以通过以下几种方式对焊接变形进行有效控制：（1）反变形法。反变形法是指对变形状况进行提前的预判，在焊接前，留有一个等量的反方向的形变，这样就会在焊接结束后不会出现变形的情况，实现接口的完美融合。（2）刚性固定法。部件的刚性越大，焊接后发生的变形越小。这种方法是对产生的形变进行限制，适用于波浪变形和对角变形的情况。（3）预热法。导致焊接变形的原因是受热的不均衡，因此，对部件进行适当的预热，能够有效的避免焊接变形的产生。在进行预热温度的选取时，主要依据部件的材料和厚度。
6结束语
由此可见，影响船体结构焊接变形的因素多种多样且及其复杂，要想完全避免是不可能的。因此，在实际的船舶建造过程中，船舶建造人员要根据船体结构特点，合理应用有效的变形控制方法和措施，如严格遵守合理的焊接程序、应用反变形工艺、优化装配和焊接工艺等，只有这样才能有效地控制船体结构焊接变形，从而满足船舶的质量和使用性能要求，并降低成本，缩短船舶建造周期，获得更好的经济效益。
参考文献
[1]李婧.大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D].
[2]张宁园，张绪旭.船体结构焊接变形的控制与矫正[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2013（07）.
[3]巩新，苏振国，李丹.论船体结构焊接变形的控制与矫正[J].中国科技博览，2013（24）.
作者简介：第一作者唐从兵，身份证号码：341125198305110197
第二作者张铮，身份证号码：130303198411072115
[关键词]船体结构特点；焊接变形；控制方法；
中图分类号：U661.42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0324-01
1概述
焊接技术是一门重要的金属加工技术，应用广泛，在船舶制造、机械加工等领域都能用到。尽管焊接技术在造船行业发展很快，自动化程度也越来越高，然而，焊接过程中的焊接结构残余变形是避免不了的。焊接变形的存在不仅造成了焊接结构形状变异、尺寸精度下降和承载能力降低，而且在工作荷载作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是船舶结构早期失效的主要原因，也是造成船舶结构疲劳强度降低的原因之一。焊接变形在焊接结构中的分类是很复杂的，按变形对整个焊接结构的影响程度可将焊接变形分为局部变形和整体变形，按变形的外观形态可分为五种基本形式，即收缩变形、扭曲变形、角变形、波浪变形和弯曲变形。
焊接变形的存在严重影响着船体焊接结构的制造过程和它的使用性能。日本学者早在20世纪50年代就开始研究焊接变形。近些年来，我国对于焊接变形控制的研究也越来越重视。因此，控制船体焊接变形方法的研究已成为船舶生产中迫切需要解决的重要课题。
2船体结构特点及其变形产生的原因
船体结构的主要组成部分以骨架和板架两个结构为主，这两个原本相互独立的结构在通过多个连接和焊接步骤处理后才能够制造出成形的船体结构。但是，由于不同板架和骨架的区域材料性质各不相同，尤其是材料之前的熔点和传导性质有明显差异，因此在焊接过程中非常容易出现一个骨架或者板架的内部结构有明显的温度不均匀现象分布，这种温度均匀分布直接造成材料出现不均匀热应变，最后导致结构形成塑性变形。而且，在进行焊接过程中，一般焊接部位的温度都非常高，这种非常高的热量的一旦被输入后就会非常容易造成焊接变形出现，而且这种焊接造成的焊接变形还有不同的种类，出现何种变形种类与热量输入总量、热温度场、焊接结构的约束度三者有直接关系。而对于船体结构来说，其结构的各种变形类型以及扭曲程度主要是与焊接方法、顺序以及焊接线的性质有关。由于一旦因为操作不当导致焊接变形，那么除了会直接造成船体结构的抗弯强度变弱，还会直接影响到船体的生产效率。避免这种焊接变形的最好方法是，在刚开始焊接时就准确预测有可能出现的变形和变形有可能造成的强度跌落幅度等，然后按照变形后结构的确切强度采取针对性的性能改善措施。比如在制造过程中选用比较有针对性且合适的工艺方法，将制造时间缩短，或者尽可能的减少焊接偏差。
3影响船体结构焊接变形的因素
3.1结构刚性
焊缝的横向和纵向收缩会受到结构刚性约束，刚性大的结构在焊缝收缩力作用下变形较小，刚性小的结构则变形较大，即焊接变形总是沿着结构刚性小的方向发生。
3.2焊接方法
常用的手工焊接、自动焊接和气体保护焊接三种焊接方法造成的变形情况是不同的。通常情况下，自动焊接和气体保护焊接由于加热比较集中，所以变形率较小，而手工焊接的变形率则相对较大。
3.3装配和焊接程序
一般情况下，整体装配完成后再焊接的变形率较小，而边装配边焊接的变形率则较大。另外，焊接程序的合理性会对变形率产生较大影响，不合理的焊接程序会明显增大焊接变形。
3.4焊接面面积与焊接量
一般情况下，焊接面面积与焊接量的大小直接影响焊接变形率的高低，即面积越大且数量越多，则变形率越高。
3.5焊接装配步骤
焊接装配步骤的不同会导致部件重心发生位移，其刚性发生变化，从而较大程度的影响焊接变形。所以对整个结构来说有两种焊接装配的方式，分别是在装配的过程中焊接，装备完毕后进行焊接。如果其结构较为简单，我们通常在装配完毕后再进行焊接，对于较为复杂的结构，使用在装配的过程中进行焊接。
4舷侧分段的焊接工艺
舷侧分段的结构包括舷侧外板、舷顶列板、肋骨、强肋骨、舷侧纵桁等，有的舷侧分段还带有甲板小分段和舱壁分段。根据不同舷侧分段的线型特点其装焊基础也各不相同，线型较为平坦的舷侧分段，可在平台上装焊，分段曲率较大的则须在胎架上装焊，但两者的装焊程序基本相同。
舷侧分段装焊程序是：舷侧外板拼板→碳弧气刨开坡口→外板焊接→构件划线→构架安装→构架对接缝焊接→骨架与外板角接缝焊接→划分段轮廓线、检查水线、定位肋骨线→割胎→离胎、翻身→碳弧气刨开坡口→封底焊矫正变形→完工测量。
5船体结构焊接变形控制措施
5.1结构设计
船体结构设计过程中是否能够依照结构焊接变形现象采取有效的控制和应对方法，对于焊接变形的控制有极大作用。通常在船体结构变形设计时采取的控制变形方法有：选择合理的施工工艺，按照船体结构特点选择合适的工艺；将船体进行分段，分散焊接变形力度；焊缝时尽量选择短的焊缝；选用能够减少焊接次数的结构类型等。
5.2变形提前预测
由于船体结构焊接变形是一个不可避免的现象，所以基于这种特点，为了在变形出现时能够合理应对，可以在焊接前进行变形预测，然后根据预测结构制定相对应的变形处理方法。常见的变形预测方法有等效载荷法、实验法以及数值分析法几种。
5.3施工工艺的合理运用。
实际焊接过程中施工工艺运用需要注意的问题：
1合理应用反变形法。反变形法就是在提前预测结构变形后制定出的一個与焊接变形方向相反的反变形值。这种方法的作用是减少和消除船体分段变形幅度。
2选择高效焊工艺，且焊接时多控制减少双面焊接和受热面积以及焊接次数。
5.4选择合理的装配和焊接程序：
预伸缩。对于大型船结构的焊接应从中间向四周对称进行。如工字梁在对焊接时，无论先焊面板或是腹板的接头，横向收缩会在角焊缝内引起很大应力，甚至产生裂缝，所以应设法使它能自由收缩。为此可采取将角焊缝留出一段后焊，使对接接头的横向收缩能自由地进行。
除此之外，焊接施工中还可以通过以下几种方式对焊接变形进行有效控制：（1）反变形法。反变形法是指对变形状况进行提前的预判，在焊接前，留有一个等量的反方向的形变，这样就会在焊接结束后不会出现变形的情况，实现接口的完美融合。（2）刚性固定法。部件的刚性越大，焊接后发生的变形越小。这种方法是对产生的形变进行限制，适用于波浪变形和对角变形的情况。（3）预热法。导致焊接变形的原因是受热的不均衡，因此，对部件进行适当的预热，能够有效的避免焊接变形的产生。在进行预热温度的选取时，主要依据部件的材料和厚度。
6结束语
由此可见，影响船体结构焊接变形的因素多种多样且及其复杂，要想完全避免是不可能的。因此，在实际的船舶建造过程中，船舶建造人员要根据船体结构特点，合理应用有效的变形控制方法和措施，如严格遵守合理的焊接程序、应用反变形工艺、优化装配和焊接工艺等，只有这样才能有效地控制船体结构焊接变形，从而满足船舶的质量和使用性能要求，并降低成本，缩短船舶建造周期，获得更好的经济效益。
参考文献
[1]李婧.大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D].
[2]张宁园，张绪旭.船体结构焊接变形的控制与矫正[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2013（07）.
[3]巩新，苏振国，李丹.论船体结构焊接变形的控制与矫正[J].中国科技博览，2013（24）.
作者简介：第一作者唐从兵，身份证号码：341125198305110197
第二作者张铮，身份证号码：130303198411072115