船体建造火工知识

船体建造火工知识1、火工弯板的基本原理：火工弯板，通称火工校正、火工矫正、缩火。

•原理：在钢板上进行加热，然后让其冷却，使钢板产生横向收缩和角变形。

••（1）为什么会产生横向收缩。

因为是利用了金属热涨冷缩的原理。

当钢板通过加热后就会出现迅速膨胀，但当停止加热并温度逐渐冷却后，钢板也就出现收缩现象。

加热温度越高、受热面积越大，其膨胀越大。

反之，其收缩也就越快，收缩量相对也较大。

（2）为什么会产生角变形。

因为钢板是有厚度的，在钢板上加热是在板的一面进行，这样直接加热的一面温度就比另一面要高得多。

根据以上原理，温度高的一面收缩量大，而温度低的一面收缩量小，由于钢板两面横向收缩不对称，就出现了角变形。

火工弯板就是利用这个原理。

2、火工弯板的冷却方法：以上提到在钢板上加热，然后冷却，那么是用什么方法来冷却呢，主要有以下三种：（1）水冷却；（2）空气冷却；（3）油冷却。

不同的冷却方法，是根据不同的材料或材质，不同的部位或不同的弯板及变形状态，不同的矫正或校正方法等因素而确定的。

水冷和空冷是常见的方法，而油冷不多见。

对于油冷，是针对特殊材料，在冷却速度要求较缓慢、均衡等特殊情况下使用油冷或油加热。

比如门大小车行走系统，其轴承规格是较大的，在轴承套内安装轴承时，往往是将轴承套热油内加热使其膨胀，然后拿出来进行轴承安装，接着再将其放在油内冷却，这样是其热胀及收缩比较均衡。

对于用水冷却，也有两种方式，一是正面跟踪冷却法；二是背面跟踪加热的速度冷却法。

但这里主要材质是指低碳钢，对低合金钢或高强度钢另外作出说明。

①正面跟踪冷却法：就是在钢板正面用火加热，然后在正面用水跟踪加热器行走的速度进行冷却。

②背面跟踪冷却法：就是在钢板正面用火加热，然后在其背面用水跟踪加热器行走的速度进行冷却。

注意：正面跟踪冷却，水与火的间距40～90mm左右（薄板近，厚板远）；而背面跟踪冷却法，水与火的间距要适当远一些，一般是正面间距的1.5～2倍，大约在90～130mm，这是指低碳钢，如果是低合金高强钢，水与火的间距应为250～350mm，主要是不应采用骤冷方式，应等到温度下降低于500℃才能水冷。

因为钢板的厚度，钢板正面加热后其背面的温度需要一个热传递过程，需要使钢板背面的温度尽可能达到相对最大化再迅速进行冷却。

3、常用三种冷却方式的特点：（1）空冷，角变形较大，横向收缩最小。

由于钢板的厚度因素，在钢板上加热后，正面的受热面积大、温度高，而钢板背面受热的面积小、温度低。

如果是利用空气冷却，环境温度是基本均衡的，正面受热面大，即横向收缩量就较大；反之，背面受热面小，横向收缩量就较小。

正反的不对称性，就出现了角变形，但整体横向收缩量不算大。

通过实验，空冷法钢板加热深度最佳是板厚的0.3～0.4倍，这个所产生的角变形是空冷法的最大，如果加热深度超过板厚的0.4倍以上，其角变形反而呈下降趋势。

空冷法的优点是操作简单，缺点是成型速度慢，且在角变形的同时会产生加工所不需要的纵向扰度。

因此，该办法多用于板材上结构焊后对应位置的“背烧”，以消除角变形为主。

（2）正面跟踪冷却法，横向收缩较大，而角变形较小。

钢板的正面加热后，正面受热面积大、温度高，反面受热小、温度低，当在正面用水迅速冷却就出现横向收缩及角变形都比较大。

但是，因为反面的冷却速度较慢，迟后于正面冷却，在其冷却后就出现象空冷一样的反向角变形，这样就将正面的角变形返回了一部分，所以实际正面角变形就不大。

正面跟踪水冷法由于采取了强制冷却手段，使已加热的金属迅速收缩，温度急剧下降，甚至使正面的温度低于背面的温度，出现负温差，降低了角变形的效果。

因此，正面水冷一般情况是，角变形小于空冷，而横向收缩要比空冷大。

（3）背面跟踪冷却法，横向收缩和角变形都较大。

钢板的正面加热后，正面受热面积大、温度高，反面受热小、温度低，当在背面用水迅速强制冷却，就增加了钢板正反面的温差值，在正面冷却后横向收缩及角变形也就较大。

由于影响背面成型效果的因素较多，及时较难掌握，同时该法设备复杂，操作时需将钢板垫高，并须在板下作业，不够方便，所以在实际生产中，背冷仅在曲度较大以及板厚大于20mm以上的构件在正冷效果不大显着而条件有许可的情况下才使用。

适用范围：①空冷，适用于需要加工曲度大的板材矫正或角变形大的校正。

比如“背烧”通常是空冷。

②背冷，适用于需要横向收缩大及角变形小的板材矫正或变形校正。

比如首柱板加工矫正。

但需要掌握加热位置，有时需要两个人配合作业，操作起来不够方便。

③正冷，适用于既有角变形，又需要横向收缩并不能采用背冷的方式矫正或校正的地方。

比如分段或大合拢的甲板、平台、舱壁等焊后的变形校正；钢加双曲度板矫正等。

4、火工弯板加热线的种类：点状加热、线状加热、三角形加热，低碳钢加热的温度为600～750℃。

（1）点状加热，分为圆点、半开口圆圈。

①圆点加热，ф15～30mm；②半开口圆圈加热，外径约50mm、内径约30mm。

点状适用于较薄的钢板，各点的间距一般50～150mm，呈“梅花式/走马花”交叉布置，加热点直径、温度与钢材的厚度、变形大小成正比，加热点间距与其成反比。

（2）线状加热，分为长线条、短线条、链状、带状加热法。

加热线的宽度一般是钢板厚度的0.5～2倍，但最大宽度不应超过20mm，钢板较薄比例大一些，反之比例小一些。

较厚或变形较大一般采用长线条，或者采用链状、带状，钢板较薄或变形较小一般采用短线条或点状。

该加热法适用于“瘦马形”和波浪变形。

（3）三角形加热，三角状、开口三角状。

三角形的角度为10～20°，适用于型钢或宽度不大的板材弯曲和曲度板加工一及板边波浪变形的校正。

型钢弯曲矫正，一般加热长度是型材宽度的2/3，钢材较薄和弯曲度较小的其加热线角度也相应小一些。

加热火焰能率与矫正关系，火焰矫正的效果，取决于火焰加热的位置和火焰的能率，不同的加热位置可以矫正不同方向的变形，加热位置应选择在金属较长的部位，即材料弯曲部分的外侧（缩火，只能收缩，不能伸长）。

如果加热位置选择错位，非但不能起到应有的矫正效果，而且可以产生新的变形，与原有的变形叠加变形将更大。

同时，用不同的火焰加热，可以获得不同的矫正能力，所以加热速度越快，热量越集中，矫正能力也就越强，校正变形也越大。

因此，根据不同板厚、不同变形，采用不同形式的加热线、加热宽度、加热深度、加热温度及加热速度，均非常重要。

当然，较多参数是通过实践中不断摸索、不断经验积累得出来的。

5、火工矫正加热温度及颜色。

低碳钢和普通低合金钢火焰矫正时，通常采用600～800℃的加热温度，最佳是700℃，一般加热温度不得超过850℃，以免金属出现“过烧”现象，但对于低合金高强钢，加热温度应以偏低一些较好，在500～600℃，不得超过650 ℃。

但是，对于温度的高度确实比较难以掌握，实践中凭钢板加热后的颜色来判断加热温度的高低，见下表：钢材表面颜色及其相应温度颜色名称温度℃颜色颜色名称温度℃颜色深褐红色550～580亮樱红色830～900褐红色580～650橘黄色900～1050暗樱红色650～730暗黄色1050～1150深樱红色730～770亮黄色1150～1250樱红色770～800白黄色1250～1300淡樱红色800～830注：应在暗处观察仅参考6、关于结构焊接后“背烧”问题①不“背烧”，有人认为未发现变形。

事实上只要焊接受热就会存在内应力，就很有可能产生变形，只是有时候该部位物件的自重大于内应力，暂时没有出现明显变形，但如果结构较多或将物件转过方向，让其呈自由状态，这时它的变形就会暴露出来。

部件结构焊接后的角变形：②不全部“背烧”，只对有结构或焊接的部位“背烧”。

这样将会导致没有“背烧”的区域出现波浪变形（有的是在后续结构安装、焊接后出现变形）。

我们要理解，“背烧”既是消除角变形，又是消除内应力，也是预先反变形，所以，“背烧”要连续到结构靠近边缘的位置。

③“背烧”方法不对。

☻有的加热线不在结构对应位置而效果不好；☻有的不是根据板厚选择合适宽度的加热线而适得其反；☻有的部件端部空档位置不采取垫块因重力因素而出现更大变形；☻有的结构加热线一直到板边（与板边应留10～20mm不加热）而出现小木耳边。

④“背烧”时机不对。

☻有的部件装到分段上后才“背烧”；☻有的分段移到外场才“背烧”；☻有的等到交验时才“背烧”。

这些都太晚了，不但增加了操作难度和时间，而且效果不显著，如果校正方法不对就可能出现更大的变形或者换板。

因此，最合适的“背烧”时机应该是在地面上进行。

⑤对于较大的平、曲面分段，在预制翻身后可能难以搁置的，可以采取先进行在分段上安装，然后进行“背烧”，但“背烧”必须及时进行并在装配中和焊接之前施工结束。

⑥对于分段建造外板与甲板、平台等交接的企口和贴装外板的焊缝两侧及合拢端等处，在分段预制过程中，要推行焊前“背烧”预先反变形，焊后检查“背烧”完善，这样可节省约50%的工作量。

7、其它1）有关火工的注意事项注意；加热线应狭窄一点，宽度10mm为宜。

2）综述:（1）进行现状加热前，应根据构件的成型要求，在钢板上预先定出加热的位置，以便加热时正确掌握。

各相互加热线的起点不宜在一条直线上，应相互错开。

（2）应根据构件成型的要求，选择合理的加热参数。

过高的加热温度对质量和成型效果均无好处，应该避免。

（3）形状左右对称的构件，对称轴两侧的加热线的位置，数量和长度应一致，操作也必须对此进行。

（4）对于低合金钢板进行水火弯时，应严格控制其加热温度和水冷距离及温度，否则会降低材料的机械性能，影响船舶的结构强度。

（5）新钢种的水火弯板，必须经过试验鉴定后方可进行。

因为有的钢材经过加热后水冷后金相组织和机械性能会发生变化。

（6）火工弯板或对变形的校正，要由浅入深，缓慢、逐步进行，要找准位置，不要有过激心里及盲目的做法，要针对情况提前做好反变形的预控措施，以减少后续校正的难度。

NCS-工法室-2011年4月。