船舶制造相关工艺的应力与变形问题研究

王杰

摘 要：随着我国一带一路战略部署的深入发展，沿海经济水平不断提高，同时也带动了船舶制造业的进一步提升。在船舶制造过程中工艺的应力与变形问题是一种常见现象，下面文章就对变形原因进行分析，并探讨具体的控制策略。

关键词：制造工业;技术;变形

引言

我国在制造业方面一直处于发展状态，关于船舶在制造方面也取得了不错的成果，但是在发展的过程中仍有一些问题需要解决，比如：对于精度以及过程的管理等地方，这样最终会导致制造质量较差，所以，造船企业不仅要加强对新技术的研究开发，还要对之前在精密以及过程管理等地方的一些问题进行重点的解决，只有这样才可以保障我国船舶制造的水平有所提高，才可以更好的促进我国船舶制造业的快速发展。

一、焊接变形的因素

船舶需要由冷轧钢板、热轧钢板以及型材进行组合，然后经过焊接而成的。从结构件的制造工艺来观察，导致船体部件出现变形的主要因素：焊接热应力因素、残余应力因素以及外力变形因素。首先，焊接热应力的变形现象，指的是在工件进行焊接的过程当中，金属材料的受热程度不一样以及后续的冷却而造成的。在焊接的过程当中，由可以移动的高温电弧进行加热，在焊缝与热影响区这两个地方温度比较高，由于受热，金属会产生膨胀，膨胀的时候会被处于常温的金属进行阻碍，这样以来就会导致压缩塑性变形情况的出现。如果在焊接的时候热源程度比较高，那么焊接变形的情况就比较严重，反之就比较轻。其次，残余应力变形的现象，焊接残余应力以及成形加工残余应力都可以被称为焊接应力。当对工件的某一部位进行焊接时，也会出现上述的情况，其焊缝金属先是出现膨胀，再后来慢慢的转为收缩，产生收缩主要是由于受到了处于常温金属的控制，这样以来，就出现了焊接的残余应力。残余应力往往会在工艺性外力之后而产生的，比如：工件在进行自由弯曲成形的时候不得法以及钢板校平辗压的次数比较少等等，这些情况都会造成成形加工残余应力的产生。除此之外，焊接熱应力以及残余应力等这两种情况引起的变形和外力引起的变形有很大的不同之处，外力引起的变形指的是组装以及焊接的过程当中由相应的磕、碰、摔、撞或者过载而导致的异常变形的情况。外力造成的变形非常容易发生，但是这种情况是可以进行避免的，只需要多加注意，多加小心即可 [1]。

二、具体的措施

（一）关于标准偏差的测算

关于各个阶段的精度分析，不同阶段的标准偏差也是不一样的，因此需要进行详细的测量。测量时，尽可能地对原始测量数据进行收集，然后再对数据进行统计，这样可以很好地分析实际数据，可以对网路数据体系以及相关高科技技术数据模型进行借助，利用直方图或者BP神经网络，对号料、切割、加工以及装配等影响进行比较综合的考虑，最终完成测算。准确来讲，船舶制造的过程当中测算的标准偏差分为：分段装配以及加工的偏差。

（二）做好结构设计

关于结构的相关设计，必须要对强度以及使用功能方面进行考虑，还要对焊接变形的问题进行考虑。如果比较细心，那么可以很大程度上使焊接变形的几率得到降低。对结构以及设计的控制：第一，需要采用船体分段的建造法，这样可以很大程度上对工作量进行减少，同时也可以保障船体的总焊接变形得到一定的控制;第二，焊缝应该保障对称性，要做到靠近中间的位置，防止弯曲变形的情况;第三，在保障结构强度的前提之下，应该对焊缝的截面尺寸进行减少，这样可以降低收缩变形的几率;第四，要保障焊缝数量可以减少[2]。

（三）提高制造工艺水平

第一，保障在无装配应力下对船体完成组装;第二，对工艺自动埋弧焊以及气体保护焊进行利用;第三，焊接的参数一定要符合规定以及要求，要具备合理性，在利用焊接工艺进行工作的时候，要保障固定以及反变性的方式比较的符合标准。对收缩量进行保留，可以对尺寸缩短的进行弥补，要对实际的收缩量进行预先的考虑。刚性固定法常用的的一种方法，保障构件可以在强度比较大的平台上进行固定，想要去掉外部的胎架，一定要选择合适的时间，焊接缝完全的冷却下来才可以进行;这样可以有效的控制变形 [3]。

（四）控制电流以及电压

在船舶焊接焊缝的过程当中，控制电流以及电压是一个非常重要的环节，这样可以对稳定性进行控制，还对焊缝是否可以成形有控制作用。如果焊接的电流比较大，那么表面就会出现堆高的现象;相反，就会使起弧的难度变大，同时也会造成焊接电弧缺乏一定的稳定性，还会造成熄弧的情况。如果电流比较大，会造成飞溅的情况，因此，应该对其进行比较合理的控制。在对焊接电流进行选择时，为了更好的解决焊缝缺陷问题，应该尽可能的保障其与焊条的直径相符合，对电流密度进行合理的控制。电流如果密度比较大，那么焊条会变得很红，对于正常焊接会产生非常不好的影响;电流如果密度比较小，不会对稳定性造成破坏。一般来讲，电流是焊条直径的4倍，但是焊接的位置不是很有规则，应该降低电流的20%.除此之外，焊接的电流值会受到焊接速度的影响——当焊接的速度比较快时，会造成裂纹、气孔以及夹渣等现象;在焊接的过程中，如果速度过慢，那么母材会出现受热过大的现象，这样会对船舶强度造成重大影响。因此，焊接的时候，应该按照实际电流情况进行选择，要避免过快或者过慢情况的发生。

三、结语

综上所述，在船舶制造过程中，受到工艺、应力等方面的影响会产生变形问题，这对这种情况采用正确的方法控制变形的产生，能够有助于船舶制造水平的提高，实保证船舶质量、安全的必经之路，有助于我国船舶制造产业的良性发展。

参考文献

[1]刘林，张弛.论船舶焊接工艺的发展现状及焊接变形的研究[J].科技创新与应用，2014（25）：68.

[2]王阳，罗宇，田亮，薛健.固有变形计算方法及其在船舶焊接结构变形中的应用（英文）[J].船舶力学，2015，19（09）：1126～1138.

[3]王建兴.大型船舶结构焊接变形固有应变法预测研究[J].工业设计，2017（08）：154～155.