维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 垫业丝Ｑ：垫 工程技术 滩海铺管敷缆船焊接变形的控制 董廷江 （胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司 山东东营 ２５７２３１） 摘要：焊接变形种类多、变形复杂，能否解决好焊接变形，成为船体建造质量的关键问题，下面结合工作实际，谈谈如何控制敷绳船的 焊接变形。在构件确定的条件下，焊缝截面积越小，焊接变形量也就越小。 荤蓄 中图分类号：Ｔ Ｌｆ形 控制 １ 文献标识码： Ａ 文章编号：６文草编号：６１ ７４－０９８Ｘ（２００８ ））【０７７）（ｂＪ－—０ｕ０” 一３９— ０２胜利油建公司承建的滩海铺管敷缆船 船体总长９ｌｍ、型深５．６ｍ、犁宽２８ｍ、甲 变形。因此，除与桁材的连按角缝焊脚取 骨材或船台骨梁为准，这样马板与背面的 ６ ｍ ｍ外，其他角焊缝焊脚全取规范允许的 骨材或船台形成一个刚性骨架，了焊 板中拱０．３ｍ，纵骨架式，纵骨间距０．５ｍ。 设有３道纵舱壁，１０道横舱壁，６根纵桁，２７ 根横桁。骨材为球扁钢，桁材为Ｔ型钢，船 体为板梁结构。整个船体需用各种球扁钢 １３６００多米、桁材４２００多米、钢板８５００多 平方米，船体总重１ ５ ００多吨。整个船体焊 缝总量达８．２万多米，焊接鼍大，焊缝密 集。焊接变形种类多、变形复杂，能否解决 好焊接变形，成为船体建造质量的关键问 题，下面结合工作实际，谈谈如何控制敷缆 船的焊接变形。 １焊接变形的分析 焊接变形是由于在焊接过程中热源在 焊件局部加热，产生不均匀温度场，使焊件 不均匀膨胀和收缩而引起的。焊缝位置和 焊件结构 ；同，焊接变形表现形式也不牛日 同。斟为船体为溥板板粱结构，焊缝多集 中在钢板一侧，呈１：列称分 ｉ， 此易产生 挠曲变形和角变形；船体外壳是由许多钢 板拼接而戍，对接焊缝多，焊缝密集，局部 焊接线能量大，由于焊缝的纵向和横向收 缩，极易因失稳而产生波浪变形；船体焊缝 多集中在底板以 焊缝收缩使船体艏、 艉两端有上翘的趁势。此外，还有其他形 式的变形也给船体成型产生不良影响。 ２焊接变形的控制 要保证船体的成型质量，必须有效地 控制焊接变形量。为此我仃Ｊ综合分析了焊 接变形的类型和原因，从焊缝的设计、焊 接方法的选择以及焊接工艺的制定中都采 取了行之有效的控制措施。 ２．１合理选择焊缝尺寸 焊缝纵向收缩变形量公式为 △Ｌ＝ｋ ｋ，Ｆ｝１Ｌ／Ｆ 式中ｋ ｋ，一一系数 Ｆ 焊缝截面积（ｍｍ ） Ｌ…构件长度（１１１） Ｆ一一构件截面积（ｍｍ ） 可见，在构件确定的条件下，焊缝截面 积越小，焊接变形量也就越小。因此，制定 焊接工艺时，在保证焊缝强度的前提下，我 们采用了较小的焊缝尺寸。如： 模块的钢板对接缝采用“Ｉ”型坡口， 不留问隙，双面单层焊接，这样就大大减少 了熔敷金属量，避免了由此引起的板列波 浪变形和角变形，保证ｒ板列的成型质量。 由于角焊缝占焊缝总量的９ ０％以上， 严格控制角缝的焊脚尺寸可有效控制焊接 最小值５ｍｍ。 接变形的发生。合拢缝的横缝在纵骨安装 ２．２尽可能减少焊缝数量 点固完后进行焊接，用骨材局部的波 除艏、艉尖舱和液舱外，舱壁板、甲板 浪变形和角变形（焊缝过骨材处开过焊孔）。 的板梁连接角焊缝全采用断续焊。这样焊 缝数量减少，变形量自然减小。 ２．６选择合理的焊接方法 ２．３合理选择装配次序 焊件纵向收缩经验公式为 施工中，将整个船体分成七段，每断分 △Ｌ＝＝－０．８６ Ｘ １０ Ｋ．Ｐ Ｌ 成若干单元模块，共计ｌ ４２个模块。在预制 式中Ｋ．一系数 平台上将钢板按模块尺－ｒ组对好，装上骨 Ｐ 一焊接线能量（Ｊ／Ｃｍ） 材，焊接完成后，再按“从下而上、从里到 Ｌ～一构件长度（ｍ） 外”的原则进行组装 这样，把船体适当的 可知，焊接线能量越小，焊接变形越小。 分成了部件，分 Ｉｊ装配焊接，然后再拼焊成 钢板的下料采用ＬＧＫ一１０Ｏ型空气等 整体，使不对称的板梁连接角焊缝和钢板 离子切割机切割，由于等离子切割能量集 的对接焊缝能自由的收缩而不影响整个结 中，切割速度快，输入线能量少，比氧气乙 构。这不仅扩大了作业面，缩短了建造周 炔切割在钢板中产生的残余应力小，从而 期，而且有利于控制焊接变形。 也减少了后续焊接引起的变形量。 ２，４反变形法 元模块钢板的对接焊缝采用埋弧自 为解决船体艏艉上翘，保 船休整体 动焊，埋弧自动焊熔深深，钢板不开坡口， 成型，在船体纵向上采取Ｊ 反变形法，见图 不留问隙，熔敷金属少，焊缝截面积小、且 １。反变形量根据经验取３０～５０Ｉ１１ｍ。 不用多层焊，焊接速度快，输入线能量少， ２．５刚性固定法 引起的焊接变形小。 船底板是整艘船的基础，控制不好将 底板和甲板板列之间的对按焊缝采用 影响整个船体质量。为此，在船台上按纵 ｃＯ 半自动气体保护焊，背面贴陶瓷衬垫单 向间距ｌ１ＴＩ，横向间距１．５ｍ布置了ｌ６００余 面焊双面成型。ｃ ０ 气体保护焊效率高，焊 块用ｌ ５０×ｌ ５０ Ｘ ｌ６制成的蜡烛头，底板与 接线能量小，贴陶瓷衬垫背面不用刨根打 蜡烛头点固在一起，将整个底板乃至整个 磨，这样不仅减小了焊接变形，而且大大降 船体刚性固定在船台上，了船体的焊 低了焊工的劳动强度。 接变形。 ２．７采用合理的焊接顺序和方向 在船体组装过程中，所有板列合拢缝 ２．７．１在船体每个平面分段内均采用 的纵缝，用打马板的方法组对点固，见图２。 放射焊法，从分段将焊工对称型的分 马板的长度以跨过背面与焊缝相邻的纵向 布，先里后外呈辐射状施焊。局部角焊缝 图ｌ船体反变形示意图 图２ 马板点固焊缝示意图 （下转４１页） 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｑｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｔｄ ３９ 维普资讯 http://www.cqvip.com 工程技术 数据库中没有的新材料，可以进行数据库 扩充，以解决材料数据不足的问题。（２）虚拟 实验结果表明，由于熔体流动的“跑道效 应”，当采用单浇口方案设计时，注射成形 两侧流动严重不平衡，端面４个波峰和波 谷明显，从而使得中部芯柱出现欠注现象， 并导致零件中间芯轴处成形最困难。（３）当 采用ＭｏｌｄＦｌｏｗ ＭＰＩ仿真软件进行虚拟实 验时，选用对称浇口的工艺，可解决不锈钢 模芯芯部断裂和不良流动等问题。（４）与实 模法相比，虚拟实验方法提高了制品开发 效率，降低了成本。 参考文献 ［１】余卫东，陈建．Ｍｏｌｄｆｌｏｗ技术在注塑成型 过程中的应用［Ｊ】．ＣＡＤ／ＣＡＥ计算机辅 助设计与制造，２００ｌ（６）：５９—６１． ［２】王麟，蒋炳炎，谢磊，等．粉末注射成形充 模过程仿真软件的Ｕ ＭＬ建模［Ｊ】．中南 大学学报（自然科学版），２００４，３ ５（１）： 】】一】５． 填充率：（ａ）４８％；（ｂ）５８％；（ｃ）６８％；（ｄ）８３％；（ｅ）９１％；（ｆ）ｌ００％ 图４ 双侧对称浇口模芯填充过程 效应”，使在亢模过程中校芯的端面呈波浪 在采用双浇口设计中，若不允许修改 状。当采用单浇口时，模芯端面出现４个波 零件的结构，浇口位置应选择在壁厚相对 谷，如图５（ａ）所示；而采用双浇口时，模芯端 较薄的部分，如图６所示的薄壁区。仿真分 面只出现２个波 ，克服ｒ“跑道效应”产 析结果表明，模芯的中间芯轴难以成形。 生的波谷，如图５（ｂ）所示。当采用底部中 在实际实验中，同样会出现芯轴根部易断 心浇口时，同样会出现类似图４（ａ）所示的现 裂，顶部容易产生填充不满的现象。 象。若采用４个浇口，则可完全克服“跑道 厚壁区 效应”带柬的填充过程不均匀现象，但同 时会造成模具流道系统复杂，熔接线过多 等不足。 国．ａ ５结语 图５ （ａ）单浇口方案模具； （ｂ）双浇口方案模具 浇口方案模具与双浇口方案的比较 （上接３ ９页） 图６壁厚示意图 （１）采用ＭｏｌｄＦｌｏｗ ＭＰＩ软件对金属粉 末注射成型过程进行定性分析的方法，可 提高实际生产中的产品质量。对ＭＰＩ材料 ２．７．４立体分段的焊接顺序： 舱壁及侧板间的立角缝一舱壁与底板 超过３ｍ时，采用跳焊．退焊法，并采用较 间的平角缝 小的焊接规范。 舱壁与甲板间的仰角缝一甲板与侧板 ２．７．２ 元模块的焊接顺序： 板列拼接焊缝一骨材问对接焊一骨材 间的大环缝一立分段间的合拢缝一纵舱壁 之间的对接缝 与钢板连接角焊缝 ２．７．５甲板与侧板的环角缝的焊接顺 ２．７．３底板结构的焊接顺序： ２名焊工均匀分布，同时施 板列拼按焊缝一－分段内横向焊缝 分 序：焊接时由ｌ 段内纵向焊缝 骨材间的对接缝一骨材问 焊，每个焊工都采用退焊法。２．７．６大合拢缝的焊接顺序：底板和甲 的立角缝…＋骨材间的平角缝一骨材与板列 板用Ｃ ０，气体保护焊，舷侧板立缝用手弧 『ｕ】的平角缝 焊，采用从中心向两舷对称焊法。 ２．７．７将纵舱壁对接立缝放在最后焊 接，可有效防止因整个船体的纵向变形引 起纵舱壁失稳现象。 通过采取以上焊接工艺措施，从板列 到单元模块，从立体分段到整个船体焊缝 变形都得到了有效控制，没有再采取专门 的矫正措施，船体整体质量就满足了规范 要求。 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ ４１
