船舶大型构件焊接变形的分析与控制
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应 力及 外 力．
船舶制造 是一 个 复杂 的系 统工 程 ， 其 中 加 工
量 最 大 的工 程 就 是 整 个 船 体 构 件 的 焊 接 ， 而 焊 接
焊接 加热 过程 时 ， 近焊 缝 区 的金 属 温度 升高 产
质 量 直 接 影 响整 个 船 舶 的质 量 ， 焊接加工 过程 中， 焊接 接 头 的质 量直 接 影 响 船 舶 结 构 的 强 度 和 工 作 性能 ， 焊 接 变形 影 响 船 舶 制 造 的 精 度 和 质 量 ． 船 舶 结构是一个 大型 复杂结 构 ， 减 小 和 防 止 焊 接 变 形 不 能 只采 用 单 项 措 施 ， 应 该 对 焊 接 变 形 产 生 原 因 和影 响 因 素 进 行 综 合 分 析 ， 根 据 船 舶 焊 接 过 程 中 不 同结 构 的特 点 ， 合理 采用焊接方法 ， 调 整 焊 接 参 数及合理 的安排 焊接程 序 ， 以达 到 降 低 焊 接 变 形
能 量成 正 比 ， 不 同 的焊 接 方 法对 焊接 变 形 量 的 大 小 有 着 明显 的 差 异 ， 例 如 焊 接 热 源 比较 集 中 、 热 能 量 密 度高 的焊 接 方 法 ， 焊接 变形量就会 小一些． 不 同
室温． 从 低 碳 钢 的 力 学 性 能 与 温 度 的 关 系 不 难 发 现： 低 碳 钢 的 塑形 随 温 度 升 高 而 升 高 ， 但 强 度 却 随
小影响也是十分明显 ， 不 同的装配和焊接顺序也对 焊接变形有着很大的影响．
基金项 目：广 州航海 高等专 科学 校科研项 目（ ２ ０ １ ２ １ ２ Ｂ ０ ６ ） ； 广 州航海 高等专科学校教研 项 目（ ２ ０ １ ２ Ｃ ０ ３ ） 作者简 介：陈元迪 （ １ ９ ５ ７ 一） ， 男， 副教授 ， 主要从事船舶金属材料 、 焊接 以及机 电一体化 的教学与研究．
现代电弧焊 是一 个点 状 、 不 均 匀 的 加 热 和 冷
由诸多加工因素所 影响的， 合理 的调整焊接加工过 程 中的各 个 工艺参 数 和工 艺 规 程 ， 对 变 形 量 的减 小
和控 制是 十分重要 和有效 的 ． 受 到 焊 接 加 工 过 程 中 的 各
第２ １ 卷 第 ４期
２ ０ １ ３年 １ ２月
广 州航 海学 院学报
Ｊ ＯＵＲＮＡ Ｌ ＯＦ ＧＵＡＮＧ Ｚ ＨＯＵ ＭＡＲＩ Ｔ Ｉ ＭＥ Ｉ ＮＳ Ｔ Ｉ Ｔ Ｕ Ｔ Ｅ
Ｖ０ ｌ ＿ ２１ Ｎｏ ． ４ Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ３
船 舶 大 型 构 件 焊 接 变 形 的 分 析 与 控 制
陈元 迪
（ 广州航海学 院 船舶 工程 系 ， 广东 广州 ５ １ ０ ７ ２ ５ ）
摘
要 ：船体 大型结 构件 的焊 接 变形 直接 影响船 舶 制 造 的质 量 和精 度 ． 对船 体 大 型 结构 件 焊接 变
形产 生 的各种 原 因， 以及影 响 因素进 行 分析 ； 提 出根 据 船舶 结 构 的 焊接 特 点 ， 选择 合 理 的焊接 工 艺
３ ． １ 焊接 前 的控 制
在焊接 构件 设计 和焊 缝 分 布设 计 时 ， 要 充 分 考 虑 到尽 量减 少焊 接 变形 ， 尽量 使 焊 缝 分 布 是 以整 个 焊件 的 中性 轴 为对称 ， 这样 可减 少焊 件 的绕 曲变形 ．
的 目的．
生热膨胀 ， 但 远离焊缝 的金 属仍是常温并不 膨胀 ， 形成 了整 个 焊 件 上 近 缝 区 的金 属 热 膨 胀 受 到 了常
温部 分金 属 的阻碍 和抑 制 ， 结 果 产 生 了塑形 压 缩 变 形， 当焊接 结 束 时 ， 焊 件 上 高 温 区被 塑 形 压 缩 的部 分无 法再 回复 到原 来 的尺 寸— — 缩 短 了 ， 这 就 形 成 了焊 接变 形 ． 可见 焊 接 变形 是 由 电弧 焊 的不 均匀 加
热 和冷却 特 点 ， 以及 金 属 材料 的热 胀 冷 缩 规 律 和力
学性 能 随温度 变化 的规 律 所 决 定 ． 只要 采用 了 电弧 焊， 则焊 接 变 形 就 一 定 会 产 生 ， 但 变形 量 的 大 小 是
１ 焊 接 变 形 产 生 的机 理
ｌ － １ 焊接变形 的 内部 因素
２
广 州 航 海 学 院 学 报
第２ １ 卷
构 件 的设计 和焊 接 过程 中 的各 个施 工 工 艺 上 ， 采 取
２ 船 舶 大 型 构 件 的焊 接 变 形 种 类
２ ． １ 整 体 变 形
纵 向收缩 变 形 ： 焊 接后 焊件 沿 焊 缝 长 度方 向 的
措 施 加 以控 制 ， 以尽量 减小 变形 的产 生．
却热 循 环 过 程 ， 加 热 时 被 焊 金 属 受 热 中心 区 的 温
度通 常在 １ ５ ０ ０℃ 以 上 ， 以 中心 区 向 四 周 扩 散 ， 形 成 了一 个 温 度 场 ， 离 中心 区 越 远 温 度 就 越 低 直 至
种工艺规程和参数的影响， 是个 十分复杂的综合形 成 过程 ． 焊 接变形 量 的大 小 与 焊 接 时热 源 的输 入 线
温度升高而下降 ， 当温度大于 ６ ５ ０ ｏ Ｃ时 ， 其屈 服强 度 下 降到 接 近 ０℃ ＿ 】 Ｉ ２ ｊ ． 这 时金 属 受 到 力 的 作用 就
很 易 产生 永久 性 的 塑形 变 形 ， 这 个力 主要 来 自焊 接
收稿 日期 ：２ ０ １ ３—０ ６— ０ ５
的焊接结构和不 同的焊缝分布 ， 对焊接变形量的大
措 施 和参 数 以减 小焊接 变形 ， 从 而提 高船 舶 制造 的 质量 和精 度． 关 键 词 ：船舶 焊接 ； 焊 接 变形 ； 分析 ； 控 制 中 图分类 号 ：Ｕ ６ ７ １ ． ８ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ ０ ９— ８ ５ ２ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ０ １ — ０ ４
船舶制造 是一 个 复杂 的系 统工 程 ， 其 中 加 工
量 最 大 的工 程 就 是 整 个 船 体 构 件 的 焊 接 ， 而 焊 接
焊接 加热 过程 时 ， 近焊 缝 区 的金 属 温度 升高 产
质 量 直 接 影 响整 个 船 舶 的质 量 ， 焊接加工 过程 中， 焊接 接 头 的质 量直 接 影 响 船 舶 结 构 的 强 度 和 工 作 性能 ， 焊 接 变形 影 响 船 舶 制 造 的 精 度 和 质 量 ． 船 舶 结构是一个 大型 复杂结 构 ， 减 小 和 防 止 焊 接 变 形 不 能 只采 用 单 项 措 施 ， 应 该 对 焊 接 变 形 产 生 原 因 和影 响 因 素 进 行 综 合 分 析 ， 根 据 船 舶 焊 接 过 程 中 不 同结 构 的特 点 ， 合理 采用焊接方法 ， 调 整 焊 接 参 数及合理 的安排 焊接程 序 ， 以达 到 降 低 焊 接 变 形
能 量成 正 比 ， 不 同 的焊 接 方 法对 焊接 变 形 量 的 大 小 有 着 明显 的 差 异 ， 例 如 焊 接 热 源 比较 集 中 、 热 能 量 密 度高 的焊 接 方 法 ， 焊接 变形量就会 小一些． 不 同
室温． 从 低 碳 钢 的 力 学 性 能 与 温 度 的 关 系 不 难 发 现： 低 碳 钢 的 塑形 随 温 度 升 高 而 升 高 ， 但 强 度 却 随
小影响也是十分明显 ， 不 同的装配和焊接顺序也对 焊接变形有着很大的影响．
基金项 目：广 州航海 高等专 科学 校科研项 目（ ２ ０ １ ２ １ ２ Ｂ ０ ６ ） ； 广 州航海 高等专科学校教研 项 目（ ２ ０ １ ２ Ｃ ０ ３ ） 作者简 介：陈元迪 （ １ ９ ５ ７ 一） ， 男， 副教授 ， 主要从事船舶金属材料 、 焊接 以及机 电一体化 的教学与研究．
现代电弧焊 是一 个点 状 、 不 均 匀 的 加 热 和 冷
由诸多加工因素所 影响的， 合理 的调整焊接加工过 程 中的各 个 工艺参 数 和工 艺 规 程 ， 对 变 形 量 的减 小
和控 制是 十分重要 和有效 的 ． 受 到 焊 接 加 工 过 程 中 的 各
第２ １ 卷 第 ４期
２ ０ １ ３年 １ ２月
广 州航 海学 院学报
Ｊ ＯＵＲＮＡ Ｌ ＯＦ ＧＵＡＮＧ Ｚ ＨＯＵ ＭＡＲＩ Ｔ Ｉ ＭＥ Ｉ ＮＳ Ｔ Ｉ Ｔ Ｕ Ｔ Ｅ
Ｖ０ ｌ ＿ ２１ Ｎｏ ． ４ Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ３
船 舶 大 型 构 件 焊 接 变 形 的 分 析 与 控 制
陈元 迪
（ 广州航海学 院 船舶 工程 系 ， 广东 广州 ５ １ ０ ７ ２ ５ ）
摘
要 ：船体 大型结 构件 的焊 接 变形 直接 影响船 舶 制 造 的质 量 和精 度 ． 对船 体 大 型 结构 件 焊接 变
形产 生 的各种 原 因， 以及影 响 因素进 行 分析 ； 提 出根 据 船舶 结 构 的 焊接 特 点 ， 选择 合 理 的焊接 工 艺
３ ． １ 焊接 前 的控 制
在焊接 构件 设计 和焊 缝 分 布设 计 时 ， 要 充 分 考 虑 到尽 量减 少焊 接 变形 ， 尽量 使 焊 缝 分 布 是 以整 个 焊件 的 中性 轴 为对称 ， 这样 可减 少焊 件 的绕 曲变形 ．
的 目的．
生热膨胀 ， 但 远离焊缝 的金 属仍是常温并不 膨胀 ， 形成 了整 个 焊 件 上 近 缝 区 的金 属 热 膨 胀 受 到 了常
温部 分金 属 的阻碍 和抑 制 ， 结 果 产 生 了塑形 压 缩 变 形， 当焊接 结 束 时 ， 焊 件 上 高 温 区被 塑 形 压 缩 的部 分无 法再 回复 到原 来 的尺 寸— — 缩 短 了 ， 这 就 形 成 了焊 接变 形 ． 可见 焊 接 变形 是 由 电弧 焊 的不 均匀 加
热 和冷却 特 点 ， 以及 金 属 材料 的热 胀 冷 缩 规 律 和力
学性 能 随温度 变化 的规 律 所 决 定 ． 只要 采用 了 电弧 焊， 则焊 接 变 形 就 一 定 会 产 生 ， 但 变形 量 的 大 小 是
１ 焊 接 变 形 产 生 的机 理
ｌ － １ 焊接变形 的 内部 因素
２
广 州 航 海 学 院 学 报
第２ １ 卷
构 件 的设计 和焊 接 过程 中 的各 个施 工 工 艺 上 ， 采 取
２ 船 舶 大 型 构 件 的焊 接 变 形 种 类
２ ． １ 整 体 变 形
纵 向收缩 变 形 ： 焊 接后 焊件 沿 焊 缝 长 度方 向 的
措 施 加 以控 制 ， 以尽量 减小 变形 的产 生．
却热 循 环 过 程 ， 加 热 时 被 焊 金 属 受 热 中心 区 的 温
度通 常在 １ ５ ０ ０℃ 以 上 ， 以 中心 区 向 四 周 扩 散 ， 形 成 了一 个 温 度 场 ， 离 中心 区 越 远 温 度 就 越 低 直 至
种工艺规程和参数的影响， 是个 十分复杂的综合形 成 过程 ． 焊 接变形 量 的大 小 与 焊 接 时热 源 的输 入 线
温度升高而下降 ， 当温度大于 ６ ５ ０ ｏ Ｃ时 ， 其屈 服强 度 下 降到 接 近 ０℃ ＿ 】 Ｉ ２ ｊ ． 这 时金 属 受 到 力 的 作用 就
很 易 产生 永久 性 的 塑形 变 形 ， 这 个力 主要 来 自焊 接
收稿 日期 ：２ ０ １ ３—０ ６— ０ ５
的焊接结构和不 同的焊缝分布 ， 对焊接变形量的大
措 施 和参 数 以减 小焊接 变形 ， 从 而提 高船 舶 制造 的 质量 和精 度． 关 键 词 ：船舶 焊接 ； 焊 接 变形 ； 分析 ； 控 制 中 图分类 号 ：Ｕ ６ ７ １ ． ８ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ ０ ９— ８ ５ ２ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ０ １ — ０ ４