船甲板焊接变形矫正新方法探析

船甲板焊接变形矫正新方法探析

朱林森

捷胜海洋装备股份有限公司     315000

摘要：船舶上层建筑主要使用薄板建造，主要目的是为了可以保证船舶具有较强的快速性。在船舶建造中仅仅使用薄钢板，船舶上层建筑的甲板就容易出现扭曲变形，而出现该变形的根本原因是释放出焊接的应力。因为焊接工程的特点，再加上船体施工工艺较为复杂，所以必须要制定有效的措施对施工过程中出现的焊接变形进行有效控制，而且焊接变形的出现也难免。如果焊接变形大于技术设计的规定范围，此时必须要采取适合的方法对其及时准确矫正。基于此，本文简要分析了船甲板焊接变形矫正，以供参考。

关键词：船甲板；焊接；变形；矫正

就造船行业来讲，一旦使用薄钢板，船甲板就容易出现出现扭曲变形的情况，而不能彻底消除此变形。然而在找到出现变形的关键原因后，可以采用Terac进行热矫正。原来因为没有薄板热矫正知识，在部分情况下回造成薄板的筋板热变形越来越严重，而通过评估Terac感应加热系统应用，可以得出，利用此方法能够明显缩短矫正时间。同时，通过评估感应矫正对薄板微观结构以及材料性能产生的影响，都未出现负面影响。

一、矫正的定义

针对造船行业存在的甲板焊接变形问题，已经研究很长的时间，然而还是存在许多变形问题。尤其是军用船只，如果甲板相当薄，那么就越容易在结构内部出现变形，针对高强度钢，比如：就S355来讲，此现象是经常出现的。结合有关研究资料表明，薄板的变形量能够严格控制在正常范围内。如今，只要增加一些余量，就能减少变形，然而成本相当高。

以前的热矫正做法，一般来说，是在处理厚度超过8毫米的钢板中运用。事实上，热矫正的过程。简单来讲，是将钢板一侧进行加热，但另一侧依旧是冷的，在热面冷却时形成的张力可以使钢板拉直。然而如果对薄钢板进行加热，那么热量就会很快向钢板进行传递。此时也会迅速加热处于加热区域中的筋板，即便筋板是非常坚硬的，也会出现热变形。这样要想将钢板加热到规定温度就必须要花费很长时间，而且燃烧大量的气体。许多热在附近环境进行散失，容易导致不良后果出现。有关试验结果显示：就厚度为4毫米的X80钢板来讲，加热区域的屈服应力要明显大于加热前。试验过程中使用的X80钢板，属于低碳铌-钛-钼合金钢。有些学者将此热矫正方法存在的缺陷进行认真总结，比如：负面影响以及经验需求等等，用到清洁工以及水的可能性较大，而且容易导致薄板上筋板出现变形的情况。此外，热影响区也会直接影响材料的力学性能，尤其是喷水冷却时，冷却位置在钢板内部必定会出现硬化晶相组织。此外，Terac感应加热系统，应该正确使用合适的短线圈，感应加热薄板，最终得出可以显著减少薄板变形，也没有任何的缺陷。

二、当前船舶薄板结构的矫正对比

（一）机械矫正

就机械矫正法来讲，是指在室温条件下，在焊接构件上施加一定的外力，让构件压缩塑性变形区的金属拓展和延伸，焊接区的塑性变形降低，以实现矫正变形的目标。对于机械矫正法来说，仅仅可以在塑性铰强的材料中使用，不能对脆性材料或者塑性不强的材料中使用，之所以这样，其根本原因是由于机械矫正变形很有可能导致金属出现冷作硬化，将材料进行消耗的塑性储备。并且机械矫正造成的影响仅仅是点，不可以大范围的矫正，所以在船舶薄板结构矫正过程中不会普遍应用机械矫正[1]。

（二）火焰矫正

1.基本原理

就火焰矫正法来讲，是指使用火焰有规则集中加热变形构件伸长的金属，在进行冷却后，让焊接构件的这些金属获取压缩塑性变形，矫正焊接构件的变形。

2.方法

火焰矫正，简单来讲，其使用的方法是对扭曲变形区域出现的凸起表面进行火焰加大。对变形构件的金属进行加热时，被加热位置的构件材料就容易出现受热膨胀的情况。然而因为附近的温度不高，导致膨胀严重受阻，这时加热位置的金属必定会收缩压力。如果加热温度在600摄氏度到700摄氏度之间，压缩应力大于屈服极限，出现压缩的塑性变形；在不再进行加热后，金属冷却减少，大地之加热位置金属纤维不超过之前的，所以出现新的变形。火焰矫正法往往要合理控制火焰加热的温度，如果温度偏高，就容易造成材料机械性能减弱；反之，如果温度偏低，就会造成矫正效率下降。船舶薄板结构的矫正使用的火焰温度基本在720摄氏度左右。因为冷却速度不会对矫正效果造成影响，所以很多造船厂都广泛运用加热和喷水冷却同步的方法，这样一来，既可以使工作效率得到显著提升，又可以使矫正效果更好。

3.优缺点

火焰矫正法具有很多优点，比如：设备较为简单、操作不复杂、速度相当快，而且经济效果不错。但是也有不少缺点，比如：加大处理的表面压力，必须要由经验丰富的操作人员认真工作；提高表面温度过热的风险，有很大的噪声，造成当地环境温度上升，畏怯产生大量的有害物质。尤其是很多规范实施以后，所以导致在造船厂不能普遍应用火焰加热，受到前所未有的严峻挑战。

三、热矫正设备

在标高1.8米的单轨内封装设备，可以可以为存储以及起吊搬运提供便利。其组成部件通常包括以下几个方面：第一，变频电源。将电源电压变成与高效加热相匹配的电流以及频率

[2]。各项参数利用控制面板进行合理设置，在正式试运行后，操作人员不需要作出调整和改变。第二，操作面板。通常是一般操作员进行控制，其中包括故障显示和复位设置，还有相位切换等等。第三，冷却系统。该系统属于闭环水冷习题。第四，电容器单元。就加热但愿来讲，功率调节级别不能比变压器低。第五，30米连接电源以及电容器的电缆，利用1个可扩展单元，能够提高到45米，对参数设置不会造成任何的影响。将具有较强耐磨性能以及耐热性能的材料紧紧包裹在外部。以主机为起点，工作半径超过60米。第六，加热单元。通常包括多个部分，比如：操作控制按钮以及电磁铁等等。第七，立式加热系统。就立壁来讲，更有可能实现。并且可以将水平甲板加热单元变成手持式单元。

四、热矫正设备操作

由于感应加热有着很高的效率，所以可以迅速将薄板完全热透。在感应热矫正实际应用过程中感应器的加热长度通常为160毫米，只需要4秒时间就能将钢板加热到740摄氏度，也就是居里温度，结合钢板实际厚度，适当的延长加热时间。钢板的局部区域受到加热，热量以垂直的方向进行传递，在钢板表面容易出现1条隆起，然而该隆起是相当细微的。恰恰是因为垂直的热胀冷缩中形成的拉力，才让钢板可以保持平整。如果扭曲情况非常严重，就必须要传递很多热情，形成相当大的拉力。同时，就电容器单元来讲，内部会封装计时器，但一般是两个，作为操作员，能够手动进行调节。这些计时器适用的对象有所不同，前者是常规钢板加热计时。后者是正对背部存在加强筋板的钢板，以免热量被筋板吸收，不能将整个钢板完全热透[3]。

此外，在待加热区域上面安装感应线圈，启动电源，便进行加热，加热过程是全自动的。接着，向后面待加热区域转移加热单元，只要将以上操作再做一遍就行。针对各项加热工艺来讲，加热单元是十分关键的。比如：就典型的船甲板来讲，在加热横向连接位置前，可能已加热。若这些区域继续热矫正，就必须要加热所有区域。就Terac用户来看，必须要充分掌握不同的技巧；对于水平甲板以及立壁而言，对加热设置进行调试前，所有操作者都应该积极尝试不同的加热时间、不同的加热模式和不同的加热顺序。当然，需要多加注意的是，不同操作者之间只有很小的区别。在热矫正中有些Terac用户使用适量的水将甲板进行冷却，但是如果工艺顺序认为可以热矫正冷却结束后的区域，那么这时进行强制性冷却，往往不能获得显著的效果。这里必须要引起重视的是，在矫正的船甲板边缘，必须要得到有力的约束，在可以加热的情况下，应该将起皱位置完全拉平。

五、热矫正设备运用

通常，在建造海军船舶过程中，薄甲板有相当高的比例，所以船厂中该类型船只有着很大的热矫正工作量。在热矫正整个过程中，都必须要准确测量矫正区域范围内的变形量。相对于用火焰热矫正来说，感应热矫正的过程能够更加准确有效的控制。感应热矫正中必须要保证按照船甲板的装配先后顺序进行。就这些变形区域来讲，允许变形量通常不能超过6毫米。在评估热矫正效果使，应该认真考虑在误差范围中变形量的整个结构比例。应该重视的是，热矫正的根本目的是保证所生产的甲板不会超过误差范围。因此，在进行感应热矫正后，大部分甲板都不会超过误差允许范围。但是在进行火焰热矫正后，仅仅有一半的甲板达标，但不可避免存在或多或少的偏差[4]。

现阶段的热矫正工艺，通常是先是由铆钉打铝板补丁加固，接着使用火焰进行科学矫正。若对比感应热矫正工艺和以上工艺，当做经科学实践检验的标准工艺，可以节省很多时间。减少其他成本，比如：原材料，还有加固铝板等等，先打磨平整铆钉和再焊接，接着对坡口进行打磨。有些小块甲板使用感应热矫正，而对于有拐角的往往使用原来的火焰热矫正。经火焰进行热矫正的带拐角的甲板上，不管是再焊接还是打磨，痕迹都是十分明显的，但是在这里需要注意的是，这里的打磨和感应加热没有任何关系。其实，无论如何对钢板进行加热，最为重要的是不可以使母材属性有很大的变化。大量的实践证明，对于每种情况，区域进行加热后，都会产生不错的球状合金碳化物以及铁素体晶粒。一般看来，此结构和焊接结束后的热影响区的内部结构大同小异，通常在热影响区的交叉地带以及临界地带等等位置进行分布。

六、感应热矫正明显降低变形

若想要避免在造船工业中钢板出现严重的变形，应该从造成变形的根本解决，并非在后续工序中变形增多使再矫正。利用BAE系统可以统一表面很快将方案有效解决，利用合理编制完善的矫正程序，可以将薄钢板的变形问题有效解决。然而必须要引起重视的是，若不能制定出完善的解决方案，就很难使变形量大幅度降低。要想降低焊接变形，造船业必须要重复做很多工作，比如：倒角尺寸缩小以及使用激光对薄板进行切割等等，然而还是会出现一些变形。该案例充分说明，应该积极引入先进的Terac感应热矫正机，这是相当有必要的。据估计，就现阶段的变形情况来讲，利用Terac可以省略很多重复工作。现阶段，就造船行业来讲，采取该方法不仅可行，而且矫正效果相当显著

[5]。

结语：

总而言之，对于薄钢板的变形热矫正，有针对性研究和开发出完善的Terac感应热矫正系统，可以生存出在允许误差范围以内的优质钢板。相对于火焰热矫正效果来说，感应热矫正具有明显的优势。在4毫米厚度钢板加热区域检测中，最终检测结果表明，感应热矫正不会使母材的材料性能受到破坏。并且需要严格检测经过热矫正的材质，在进行感应加热后，硬度仅仅比加热前有所提高。

参考文献：

[1]傅晓斌.舰船甲板成型加工过程的视觉检测技术应用[J].舰船科学技术,2022,44(05):162-165.

[2]黄东伟,陆月,潘甜.中小型化学品船甲板强横梁端部节点形式[J].船海工程,2021,50(05):37-41.

[3]曹传辉,黄雄林,刘石梅,曾志飞.采矿船甲板上旋流器多维运动仿真研究[J].矿冶工程,2021,41(04):41-43.

[4]刘秋亮,谢乐天,黄爱龙.散货船舱间甲板横梁焊接变形控制[J].中国修船,2021,34(S1):41-44.DOI:10.13352/j.issn.1001-8328.2021.S1.013.

[5]朱宇,杨柳涛.集装箱船甲板长直通道无线覆盖仿真[J].中国航海,2021,44(01):106-111.