船舶裝配技師論文

1、船體分段變形的預(yù)防控制與焊后矯正南通 小風(fēng)隨著當(dāng)今船舶行業(yè)不斷的發(fā)展和進(jìn)步，無論是船舶的排水量還是在其建造材質(zhì)上都發(fā)生了質(zhì)的變化。船舶的大量使用鋼質(zhì)建造材料的同時，船舶新的船型也在不斷的被開發(fā)運(yùn)用，在船舶運(yùn)載噸位不斷擴(kuò)大的同時，船舶建造的質(zhì)量問題也擺在了我們造船人的面前。怎樣提高船舶建造精度，我認(rèn)為從船舶建造之處（包括鋼板處理，劃線，下料，小組拼裝，到分段組裝等）就應(yīng)該加以預(yù)防控制，特別是船體分段的變形預(yù)防與焊后矯正控制得當(dāng)，那必將使船舶的整體建造精度控制得到一個質(zhì)的飛躍！ 船體分段的總體精控由于數(shù)控激光的劃線和下料的普及，及小組拼裝構(gòu)件簡單，便于控制和矯正。我們這則著重從分段拼裝，焊接控制和

2、焊后矯正這幾方面入手。一 分段的裝配精度控制在船舶建造過程當(dāng)中，無論放樣、材料加工、零部件裝配、焊接或其他工序，不論手工操作還是機(jī)械作業(yè)，都不可避免的產(chǎn)生尺寸之間的偏差，即生產(chǎn)誤差。按照造船業(yè)的特點，造船的生產(chǎn)誤差有草率性、規(guī)律性以及隨機(jī)性三類誤差。1）草率性誤差、在造船過程中，由于操作人員的粗心大意，思想上不重視，不認(rèn)真，如看錯尺寸、符號、不按施工要求操作、使用失修的設(shè)備加工，測量等，所產(chǎn)生的生產(chǎn)誤差、叫做草率性誤差。在貫徹實行新工藝的過程中必須予以消除。2）規(guī)律性誤差、在一定的生產(chǎn)工藝條件下存在著一定規(guī)律的固定誤差，他是被人們所掌握的一種具有一定確定性關(guān)系的誤差。如用一定粗細(xì)的石筆進(jìn)行樣板

3、號料，其誤差是比樣板尺寸大的誤差，其數(shù)值的大小與粗細(xì)有關(guān)。又如肋板的拼裝焊接成整塊肋板的寬度尺寸，因為焊接的收縮將產(chǎn)生負(fù)誤差（即焊接后的整塊肋板的尺寸要?。┱`差的大小則與肋板拼裝時的數(shù)量、焊接長度與施焊范圍大小有關(guān)，即在一定的焊接條件下，一定規(guī)律的板材經(jīng)過拼裝焊接后，將產(chǎn)生確定數(shù)值的規(guī)律性誤差，這種有確定性關(guān)系生產(chǎn)誤差，叫做規(guī)律性誤差。3)隨機(jī)性誤差、在造船的生產(chǎn)過程中，由于受到不可控因素的影響，即使在同一生產(chǎn)的工藝條件下，每到工序、每臺設(shè)備總要生產(chǎn)大小不定，正負(fù)不定的誤差，這是一種有一定范圍限制的偶然性的生產(chǎn)誤差。如按照號料的線際進(jìn)行氣割，不管是手工氣割還是自動氣割，不管任何人操作，都要產(chǎn)生

4、大小不一，正負(fù)不一的誤差，這種有偶然性的 隨機(jī)變化的誤差，叫做相關(guān)關(guān)系的隨機(jī)誤差或偶然性誤差。上述三種誤差某種程度上是制約提高船體分段建造精度的絆腳石，我們只有正確的嚴(yán)格按照施工圖紙、施工工藝要求、施工規(guī)范把好每道工序的質(zhì)量關(guān)才能有合格的產(chǎn)品流向下道工序。使分段變形與誤差控制在最小值，同時也為焊后測量對比和矯正提供依據(jù)。如胎架每點高度值是焊后矯正的重要依據(jù)。二  分段變形及預(yù)防控制       分段在焊接過程當(dāng)中由于各部件存在的誤差（如焊縫間隙大小，焊縫坡口大小等）都會不可避免的產(chǎn)生焊后變形的差異。這些變形會直接影響船舶的強(qiáng)度，增加船

5、舶的航行阻力以及整船的美觀等一系列的性能等問題。為防止變形，一方面采取預(yù)防措施，控制變形，另一方面則在焊后進(jìn)行矯正。1 變形的原因   以船體底部分段為例，其正裝雙層底變形的主要原因： 1、外底板從橫對接焊引起分段縱橫方向的收縮。2、縱橫構(gòu)架與外板的角焊縫引起的分段縱橫方向收縮。3、縱橫構(gòu)架間垂直向角焊縫引起的分段縱橫向收縮的上翹變形。              4、分段建造中因裝配間隙，焊接大坡口角度偏大或焊縫尺寸過大以及不正確的焊接順序引起分段的變形。分段翻身后，縱橫構(gòu)架與內(nèi)底板的角焊縫引起

6、向分段內(nèi)的變形。由于分段吊離胎架，分段總體的變形以這一種變形影響最大。倒裝的雙層底分段，其總變形與正裝的雙層底分段相反，主要是由于外底縱橫方向引起的。另外由于構(gòu)架間相互連接的垂直焊縫，也是分段產(chǎn)生收縮及上翹，顧分段底部外板向上、向外變形，對某些剛性較差的分段還易引起扭曲變形。2  分段變形的預(yù)防在分段的建造過程中  ，預(yù)防焊接變形 是工藝的固有特點。分段在裝焊時不可避免地會產(chǎn)生縱橫方向及翹曲變形，這些變形將會給總段裝配及船臺合攏工作帶來很大困難。為此，采取一定的措施，控制或減少分段變形減輕火工矯正的工作量和保證分段完工尺寸的準(zhǔn)確性。應(yīng)采取的措施有以下幾種；1、反變形法底部、

7、眩側(cè)，甲板等分段在裝配焊接后脫離胎架時總是有一定的變形，這種變形在施工工藝條件相同時總總是遵照一定規(guī)律產(chǎn)生的。因此、可以在胎架制造中，事先根據(jù)分段變形的趨勢將胎架模板放出一定數(shù)值的方向相反，大小相等的反變形量，用以補(bǔ)償由于焊接所引起的變形。反變形量可以根據(jù)過去所制造的分段變形情況和經(jīng)驗判斷確定，也可以用經(jīng)驗公式計算得出。反變形計算公式例如：當(dāng)雙層底半寬B<7500mm，雙層底高度H<950mm時，則號料樣板應(yīng)放長度X與分段胎架反變形值Y，其經(jīng)驗公式為：X=(2/10003/1000)H             &

8、#160;                         Y=(2/10003/1000)BX   式中BX放反變形值處之中心線的距離。當(dāng)B>7500mm,H>950mm 時 ，則X.Y值可取為上述公式計算數(shù)值的0.8倍。雙層底分段的縱向反變形，當(dāng)分段長度L<6m時，可不放反變形。2、剛性固定法當(dāng)分段胎架線型比較復(fù)雜，不宜采用反變形法時，可采用臨時拉撐強(qiáng)制焊接變形，如：將分段四周和中部用馬板與胎架固定，對于高腹板的縱橫構(gòu)架焊接前可用型材

9、拉撐固定，防止傾斜變形。對于甲板較薄，寬度較大的內(nèi)河客船，在構(gòu)架焊前可在一定的肋距中加裝臨時寬梁及縱桁，一增加分段的剛性。對于在建造底部分段時，一般加裝壓排。另外，分段吊運(yùn)及翻身過程中，為防止發(fā)生變形對分段也要采取臨時加強(qiáng)措施，特別是甲板分段往往尺寸較大且剛性差，更應(yīng)加裝臨時加強(qiáng)材。3、正確的選擇和嚴(yán)格遵守焊接規(guī)程船體結(jié)構(gòu)的焊接變形和內(nèi)應(yīng)力的減小時與焊接程序密切相關(guān)的，因為合理的焊接程序能使焊接熱量分布得到有效控制。由于船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種類型的船體結(jié)構(gòu)也不一樣，故其焊接程序也有差異。船體結(jié)構(gòu)焊接程序應(yīng)遵循下列基本原則:1)對于船體外板，甲板的對接焊縫，當(dāng)各橫縫是錯開時先焊橫向焊縫，后焊縱向焊縫

10、，當(dāng)各橫縫是并列對齊時，則先焊縱向焊縫后焊橫向焊縫。2）構(gòu)件中同時存在對接和角焊縫時，先焊對接焊縫后焊角焊縫。3)整體建造船舶或平面分段和立體分段建造時，應(yīng)從結(jié)構(gòu)的中央向左右和前后放射式的對稱地進(jìn)行焊接。4)具有對稱中心線的構(gòu)件要有雙數(shù)焊工對構(gòu)件進(jìn)行焊接。5）手工電弧焊時凡超過500mm的長焊縫，應(yīng)采用分段退焊法或分中退焊法進(jìn)行焊接。6）構(gòu)件中焊縫同時存在單層焊接和多層焊接時先焊接收縮變形較大的多層焊縫，后焊接單層焊縫。多層焊時，在條件允許下的情況下，各層焊縫的方向相反，焊縫接頭應(yīng)錯開。7）分段或總段縱向構(gòu)件與外板的角焊縫合攏處，其兩端應(yīng)留200mm300mm暫不焊，以利船臺裝配合攏時對接。8

11、）肋骨，艙壁等結(jié)構(gòu)靠近總裝大接縫一邊的角焊縫，以及雙層底分段中內(nèi)底板與外板地上下部角焊縫，一般應(yīng)在合攏大接縫焊后進(jìn)行焊接。9）應(yīng)力較大的接縫，如總段大接頭焊縫。焊縫焊接過程中不間斷、要求連續(xù)完成。在船舶分段建造時，一般多采用從分段中間向前后左右同時施焊，并采用逐步退焊，跳躍焊等方法。必須指出，還應(yīng)合理的安排裝配與焊接階段的交替程序，對減少焊接變形有非常重要的意義和影響。分段結(jié)構(gòu)應(yīng)裝配到足夠的剛性后才可以開始焊接，對于容易產(chǎn)生總體變形的分段結(jié)構(gòu)，這一點尤為突出重要。4、正選擇焊接規(guī)范焊接規(guī)范正確與焊接變形有很大關(guān)系。所謂焊接規(guī)范在手工電弧焊中主要指焊接過程中的一些基本參數(shù)、即焊條直徑、焊接電流強(qiáng)

12、度、電弧電壓、焊接速度、焊縫層數(shù)、電流種類、焊接極性等方面的選擇。一般來說，焊條直徑小，采用焊接電流也小及輸入分段的熱量也較小，因而分段的焊接變形也小。而焊件輸入熱量不僅取決于焊接規(guī)范，也取決于焊件的焊縫規(guī)格必須指出，在焊接過程中應(yīng)使焊縫規(guī)格符合實際要求。不適當(dāng)?shù)倪^大的焊腳，不僅浪費焊材，還增加焊接熱量，擴(kuò)大了熱影響區(qū)域。從而加大焊接應(yīng)力變形。同時采用更先進(jìn)的焊接方法也可減少焊接應(yīng)力變形。如CO2氣體保護(hù)焊。三 分段焊后矯正船體建造過程中，雖然在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝上采取措施來控制施工中所產(chǎn)生的焊接變形，但由于焊接過程的特點和船體施工工藝的復(fù)雜性，一般來講，產(chǎn)生焊接變形是不可避免的，對出現(xiàn)的

13、超過設(shè)計要求的焊接變形必須進(jìn)行矯正。矯正工藝只限于矯正焊接構(gòu)件的局部變形，如角變形，彎曲變形，波浪變形等等，對于船體結(jié)構(gòu)的整體變形如縱向和橫向收縮(總尺寸縮短)只能通過下料或裝配時預(yù)放余量來補(bǔ)償。矯正變形的方法有兩種，即機(jī)械矯正法和火焰矯正法。機(jī)械矯正法是在室溫條件下，對焊接構(gòu)件施加外力，使構(gòu)件壓縮塑性變形區(qū)的金屬伸展，減少或消除焊縫區(qū)的塑性變形，達(dá)到矯正變形的目的。機(jī)械矯正變形法容易引起金屬冷作硬化，消耗材料一定數(shù)量的塑性儲備，因此，只能用于塑性良好的材料，不允許對塑性較差或脆性材料進(jìn)行機(jī)械矯正。實際生產(chǎn)中，機(jī)械矯正法矯正過程中可以使用專用的大型油壓機(jī)、水壓機(jī)、頂床或人工利用大錘矯正?；鹧娉C

14、正法是通過對變形構(gòu)件伸長部分金屬進(jìn)行有規(guī)則的火焰集中加熱。冷卻后，焊接構(gòu)件這部分金屬獲得不可逆的壓縮塑性變形，使整個焊接構(gòu)件變形得到矯正?；鹧娉C正法同樣要消耗材料一部分塑性，對于脆性材料或塑性差的材料要謹(jǐn)慎使用。要適當(dāng)控制火焰加熱的溫度，溫度過高材料機(jī)械性能降低，溫度過低使矯正效率降低。由于冷卻速度對矯正效果不產(chǎn)生任何影響，船廠多采用邊加熱邊噴水冷卻的方法，既提高了工作效率，又提高了矯正效果。  火焰加工的熱源一般是采用氧氣與乙炔，因為氧氣+乙炔焰產(chǎn)生的溫度高，加熱快。 火焰矯正是在鋼材彎曲變形不平處用火焰局部加熱的方法并且在需要的條件下輔助用水冷卻進(jìn)行矯正的。現(xiàn)以一般強(qiáng)度

15、船體結(jié)構(gòu)鋼A級鋼（C0.25 si0.50 Mn2.5 p0.035 s0.035 ）為例；   火焰矯正的原理就是利用金屬材料熱脹冷縮的特性。當(dāng)局部加熱時，被加熱處鋼材受熱從而膨脹，但由于鋼材周圍的溫度較之其受熱處要低，并且在火焰矯正實施過程中如果需要的情況下可以輔助加以水，使其冷卻反差加劇促進(jìn)冷卻效率，因而受熱處膨脹受到阻礙變大，加熱處材料受反變形壓縮壓力，當(dāng)火焰加熱溫度達(dá)到600800是，壓縮應(yīng)力超過材料屈服極限，產(chǎn)生壓縮塑性變形，停止加熱后，材料驟然冷卻，結(jié)果引起材料新的變形以抵消原來的材料變形，這就是火焰矯正。1.火焰加熱時的位置與是火焰矯正成功的主要條件。加熱位

16、置選擇的正確與否直接關(guān)系著矯正效果，如果加熱位置選擇錯誤不但不能起到預(yù)期的矯正效果，而且會產(chǎn)生新的變形使材料的變形進(jìn)一步加大。同時也因該注意火焰能率：以下為火焰矯正時的加熱溫度（材質(zhì)為一般強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼）低溫矯正? ? ? 500度600度 火焰顏色為深褐紅色 冷卻方式：空氣和水（低溫矯正盡量少用，控制不好容易使鋼材產(chǎn)生脆裂）中溫矯正? ? ? 600度700度 火焰顏色為暗櫻紅色 冷卻方式：空氣和水高溫矯正? ? ? 700度800度 火焰顏色為櫻紅色   冷卻方式：空氣和水2,加熱方式的作用也不可小窺 1）線狀加熱法加熱時火焰沿直線方向移動或同事在寬度方向做一定的橫向擺動，稱之為

17、現(xiàn)狀加熱。它有直線加熱、鏈狀加熱、帶狀加熱三種。2) 點狀加熱法加熱區(qū)域為一定直徑的圓圈狀的點，稱之為點狀加熱。根據(jù)材料的變形情況可加熱一點或者多點。多點加熱常用梅花式，各點的直徑通常為1.5cm,對材料的厚薄情況也要情況適當(dāng)加減加熱點的直徑大小。變形量越大，點與點之間的距離應(yīng)該小些，一般為510cm之間。加熱線的橫向收縮一般大于縱向收縮，其收縮量隨著加熱線寬度的增加而增加。加熱線寬度一般為材料厚度的0.52倍左右。線狀加熱一般用于變形較大的結(jié)構(gòu)，如分段板架變形、板架的起伏波浪變形等。3）三角形加熱法加熱區(qū)域是三角形的稱之為三角形加熱法。由于加熱面積較大，所以收縮量也比較大，并由于沿三角形高度方向加熱