鐘廣軍，毛申飛

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913）

工藝與材料

鋁合金船體焊接變形及其控制措施

鐘廣軍，毛申飛

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913）

鋁合金材料線膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生翹曲、波浪變形等，因此建造全焊接鋁合金船體要比建造鋼質(zhì)船體困難得多。精度控制與變形控制等船體建造關(guān)鍵工藝技術(shù)研究是全焊接鋁合金船體結(jié)構(gòu)建造工藝研究中很重要的一部分，是保證產(chǎn)品建造質(zhì)量的關(guān)鍵。針對(duì)某船全焊接鋁合金船體結(jié)構(gòu)裝焊易變形的特點(diǎn)，開展焊接變形分析并考慮合理可行的變形控制措施，深入研究總結(jié)鋁合金船體建造過程中變形的控制方法，為系列船的批量化生產(chǎn)積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，同時(shí)也為其他鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)提供參考和技術(shù)支撐。

鋁合金船體；焊接；變形；控制措施

0 引 言

特殊用途快艇的船體結(jié)構(gòu)正快速向全焊接鋁合金方向發(fā)展，采用全鋁合金焊接船體的高性能船舶越來越多。鋁合金材料線膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生翹曲、波浪變形等。其密度約為普通鋼的1/3，線膨脹系數(shù)約為普通鋼的2倍，導(dǎo)熱系數(shù)約為普通鋼的2～3倍，凝固時(shí)體積收縮率可達(dá)到6%～7%，因此極易產(chǎn)生焊接變形，鋁合金船體結(jié)構(gòu)的焊接變形較鋼質(zhì)船要大得多，建造全焊接鋁合金船體要比鋼質(zhì)船體困難得多［1-2］。在鋁合金船體建造過程中，制訂適宜的工藝方案，設(shè)計(jì)合理的輔助工裝，研究全船的焊接工藝與合適的變形控制方法，顯得尤為關(guān)鍵和重要，如此才能保障建造精度。精度控制與變形控制等船體建造關(guān)鍵工藝技術(shù)研究是全焊接鋁合金船體結(jié)構(gòu)建造工藝研究中很重要的一部分，是保證產(chǎn)品建造質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 影響鋁合金焊接變形的因素

焊接過程中產(chǎn)生焊接變形的原因很復(fù)雜，涉及的因素甚多，不可能對(duì)此逐一加以分析，而只能分析主要因素。根據(jù)多年積累的造船經(jīng)驗(yàn)，可從材料自身的特性（“料”）、熱量的輸入與分配（“人”、“機(jī)”、“法”）、焊縫尺寸與位置（“環(huán)”）及結(jié)構(gòu)的剛度（“料”）等幾類因素著手進(jìn)行相關(guān)分析［3-7］。

1.1 鋁合金自身特性的影響

鋁合金具有硬度小、線膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)大的特點(diǎn)，這為焊接產(chǎn)生較大變形埋下了隱患。此外，原材料的固有應(yīng)力產(chǎn)生于輥軋、成型、剪切、彎曲及切割等過程中，在結(jié)構(gòu)裝配、焊接前就已存在。焊接過程中所輸入的熱量可消除存在的部分應(yīng)力，但最后的變形是兩者綜合作用的結(jié)果。

常見的焊接結(jié)構(gòu)變形包括：船體外板或上層建筑處經(jīng)常遇見的骨架焊接處出現(xiàn)的明顯的“瘦馬”現(xiàn)象，薄板結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)的板架的起伏波浪變形，船體局部鼓出（或凹進(jìn)）變形等。鋁合金的線膨脹系數(shù)約是鋼的2倍，焊接部分凝固時(shí)體積收縮率為6%～7%，因此焊接過程中往往會(huì)因收縮內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致焊接裂紋產(chǎn)生；鋁的彈性模量約是鋼的 1/3，剛性較差，加上其線膨脹系數(shù)大，在相同的結(jié)構(gòu)條件下，鋁合金構(gòu)件的焊接變形要比鋼構(gòu)件大得多，約為其2倍。

1.2 熱量的影響

就熱量的影響而言，要改變焊比不焊好、焊得多比焊得少好及連續(xù)焊比間斷焊好等錯(cuò)誤觀念，建立起在保證達(dá)到所需強(qiáng)度的前提下焊得越少越好的觀念，這對(duì)減少焊接變形來說意義重大。在順利實(shí)施焊接操作的前提下，坡口型式、角度和間隙等的選擇以金屬熔敷量越少越好為準(zhǔn)，這樣可最大限度地降低輸入的熱量。焊接變形的大小取決于輸入的熱量、熱源的性質(zhì)及加熱方法和分配。熱量是焊接過程中引起變形的主要因素，在整個(gè)焊接過程中必須很好地對(duì)其進(jìn)行控制。不恰當(dāng)?shù)夭捎镁植款A(yù)熱勢(shì)必會(huì)增加焊接過程中的變形。

1.2.1 焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)會(huì)影響構(gòu)件的受熱程度，而受熱程度是用線能量來衡量的。焊接電流、電弧電壓和焊接速度等是決定線能量的主要參數(shù)。輸入熱量的大小與所產(chǎn)生的焊接變形及應(yīng)力的大小成正比。因此，在保證焊件焊透的情況下，通常希望采用較小的焊接線能量。

1.2.2 焊接方法

不同施焊方法所產(chǎn)生加熱區(qū)的大小及引起的收縮量不同，對(duì)焊接變形及應(yīng)力的影響也完全不同。焊接相同厚度的板材時(shí)，自動(dòng)焊引起的變形比手工焊小，因?yàn)樽詣?dòng)焊焊接速度快、電流密度及熔深大、加熱集中。焊接薄板結(jié)構(gòu)時(shí)，氣焊變形最大，手工焊次之，氣體保護(hù)焊最小，因?yàn)闅怏w保護(hù)焊用細(xì)焊絲，電流密度大、加熱集中，而氣焊火焰加熱區(qū)寬、熱量不集中。

1.3 焊縫尺寸、數(shù)量和位置等的影響

1.3.1 焊縫尺寸與數(shù)量

焊縫的長(zhǎng)度和截面積的大小對(duì)焊接收縮量有較大影響。一般來說，焊縫縱向收縮量與焊縫長(zhǎng)度成正比，焊縫橫向收縮量與焊縫寬度成正比。焊縫尺寸大、數(shù)量多，則焊接變形與應(yīng)力增大。焊縫尺寸取決于板厚，在板厚一定時(shí)，采用的焊縫尺寸過大會(huì)增大焊接變形。因此，要求根據(jù)板厚正確選擇焊縫尺寸，這樣既能保證變形較小，又節(jié)省焊接材料。

1.3.2 焊縫位置

焊縫位置對(duì)焊接變形的影響很大，焊縫位置與結(jié)構(gòu)重心線不對(duì)稱時(shí)，產(chǎn)生的變形比較復(fù)雜，除縱向與橫向縮短之外，還會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。船舶在船臺(tái)上裝配時(shí)，甲板及上層建筑的焊接工作對(duì)艏艉上翹的影響較大，這是焊縫在中和軸以上并距中和軸較遠(yuǎn)的緣故。焊縫位置是影響結(jié)構(gòu)彎曲變形的主要因素，在進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量對(duì)稱布置焊縫位置，若實(shí)際情況下無法對(duì)稱布置，則應(yīng)在焊接時(shí)設(shè)法考慮采用合理的焊接順序或反變形措施。

1.3.3 焊縫分段和焊接方向

當(dāng)焊接較長(zhǎng)的焊縫時(shí)，為了使焊件受熱均勻，采用分中焊法和分段逐步退焊法等工藝，以減小內(nèi)應(yīng)力。特別是后者，能使整個(gè)焊縫長(zhǎng)度的溫度分布更均勻。

1.3.4 焊接層數(shù)

焊接層數(shù)直接影響焊后焊接應(yīng)力與變形的大小。多層焊時(shí)，第1層焊縫引起的收縮量最大；第2層焊縫引起的收縮量約為第1層的20%；第3層焊縫引起的收縮量為第1層的5%～10%。由于第1層的熔敷金屬量少、熱量分別布均勻，焊接后一層焊縫時(shí)前層焊縫對(duì)后層焊縫的收縮有牽制作用，因此在焊接剛度大的結(jié)構(gòu)時(shí)常采用多層焊或多道焊，以減少結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力與變形。

1.4 結(jié)構(gòu)剛度的影響

結(jié)構(gòu)件的剛度取決于結(jié)構(gòu)本身的形狀及尺寸，若沒有足夠的剛性約束，則在焊接及冷卻過程中，應(yīng)力就將引起焊件變形。若焊件在焊接過程中處于絕對(duì)剛性約束狀態(tài)，則不能有絲毫移動(dòng)，焊縫及母材金屬冷卻時(shí)將逐漸增大應(yīng)力，到達(dá)材料屈服點(diǎn)，在厚、大截面的情況下，應(yīng)力往往導(dǎo)致焊縫金屬開裂。合理的焊接工藝可以將應(yīng)力和變形得到統(tǒng)一。

1.4.1 構(gòu)件尺寸和形狀

結(jié)構(gòu)的剛性大小取決于結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸，截面積越大，則結(jié)構(gòu)抗彎剛度越大，彎曲變形越小。在截面形狀和大小相同時(shí)，結(jié)構(gòu)的抗彎剛度還取決于截面的布置，亦即取決于截面慣性矩。結(jié)構(gòu)的剛度關(guān)系到結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，與構(gòu)件的尺寸和形狀有關(guān)。結(jié)構(gòu)剛度愈大，抵抗變形的能力愈大，構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力也愈大，焊接變形愈小。但結(jié)構(gòu)剛度過大，在焊接過程中有時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊縫開裂，尤其是在焊接厚板或嵌補(bǔ)板時(shí)容易出現(xiàn)開裂。因此，焊接具有較大剛度的結(jié)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的工藝措施。

1.4.2 胎卡具的影響

為提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品裝焊質(zhì)量，在生產(chǎn)上常常采用胎卡具固定焊接構(gòu)件，以提高結(jié)構(gòu)剛度，防止或減少焊接變形。但是，胎卡具的固定作用可能增大構(gòu)件的焊接應(yīng)力，消耗一部分材料的塑性。因此，對(duì)于塑性較差的材料，胎卡具不能固定得太牢，以免引起過大的焊接應(yīng)力。

1.4.3 裝配和焊接順序

裝配、焊接的順序?qū)附幼冃闻c焊接應(yīng)力有很大影響。不同的裝配順序會(huì)使結(jié)構(gòu)具有不同的剛度，船體結(jié)構(gòu)的整體剛性隨著裝配過程的進(jìn)展也在不斷增大。船體建造過程中可選擇邊裝配邊焊接或先裝配成整體后再焊接兩種方式。若僅從增加剛性以減少變形的角度考慮，則采用先裝配成整體再焊接的方式，對(duì)于結(jié)構(gòu)截面和焊縫布置都對(duì)稱的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)來說，可減少其彎曲變形。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)來說，全部構(gòu)件裝配后再焊接的方式往往是不合理的：① 邊裝配邊焊接方式所產(chǎn)生的變形不一定都能反映到總變形量中；② 有些零部件因施工的需要，只能采用邊裝配邊焊接的方式進(jìn)行。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況決定裝焊方式。

焊接順序?qū)ψ冃蔚挠绊懸埠艽?。先焊焊縫引起的變形最大，后焊焊縫引起的變形逐漸減小，而最終變形方向往往與最先焊的焊縫引起的變形方向一致。因此，合理的焊接順序可減少結(jié)構(gòu)的變形，減少大量的矯正工作量，有利于降低生產(chǎn)成本。

2 預(yù)防與減少鋁合金焊接變形的措施

焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力與變形是必然的，因此應(yīng)在掌握焊接變形的影響因素之后積極采取措施減少其產(chǎn)生。船舶建造過程中所采取的減少焊接變形的措施有兩大類：① 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取措施；② 完善制造工藝［8-9］。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前期，需要綜合考慮強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及制造工藝等因素。

1） 由于采用船體總段建造法不僅可以大大減少船臺(tái)工作量，而且可使船體總焊接變形得到控制，因此在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮船體總段劃分的可行性，以使船臺(tái)的焊接工作量減至最少。

2） 盡量減少焊縫數(shù)量。如：選用大尺寸板材，或選用槽型艙壁、壓筋板及帶筋板結(jié)構(gòu)代替有扶強(qiáng)材的焊接結(jié)構(gòu)。

3） 在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，合理選擇焊縫形狀及尺寸。如：盡量采用X型坡口（X型坡口的熔敷金屬量比V型少一半，從而可減少橫向收縮），在滿足強(qiáng)度要求的條件下，選最小焊縫尺寸，減小焊縫的截面積，以減少收縮變形。

4） 合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式及焊縫位置。如：對(duì)薄板應(yīng)選擇合適的板厚，減小骨架間距及焊腳尺寸，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少波浪變形；焊縫盡可能平行于要求焊接變形最小的方向等。

5） 選用焊接線能量較低的焊接方法。

2.2 建造工藝

在長(zhǎng)期的造船生產(chǎn)中，通過不斷摸索各種情況下的變形規(guī)律，采取了很多控制焊接變形的工藝措施和方法，使造船質(zhì)量得到不斷提高。在建造工藝上采取合理措施，嚴(yán)格控制加工、裝配工序，按技術(shù)條件保證零部件的尺寸和質(zhì)量，可防止和減少焊接變形［8-9］。

2.2.1 預(yù)留收縮余量

加放余量可補(bǔ)償焊后結(jié)構(gòu)尺寸的縮短，目前還不能通過精確的計(jì)算來確定加放余量的大小。由于收縮量大小受許多因素的影響，因此加放余量的大小往往通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式近似估計(jì)。在成批生產(chǎn)中，可有計(jì)劃地對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)或模擬結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)測(cè)，作為制訂型號(hào)產(chǎn)品加放余量的依據(jù)。

平板對(duì)接時(shí)，為了防止角變形，在施焊前先將焊件的焊接坡口處墊高，形成反向變形，能與焊后變形持平。在焊接工字梁時(shí)，可預(yù)先將翼板壓制一定角度作為反向變形，焊后即可平直。

在焊接船體分段時(shí)，由于焊縫位置不對(duì)稱于結(jié)構(gòu)的中和軸，焊后往往產(chǎn)生縱向彎曲和橫向彎曲復(fù)合變形。對(duì)于這種大型焊接構(gòu)件，只能采用具有反向變形的胎架，按正確的焊接工藝參數(shù)和焊接順序進(jìn)行裝焊，使焊后結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。為此，分段胎架的模板線型必須具有一定的反向變形。

采用反向變形控制焊接變形的方法不僅廣泛應(yīng)用于部件、分段的裝焊過程中，而且在船臺(tái)搭載階段也經(jīng)常采用該方法控制焊接變形。就全船來看，總段對(duì)接焊縫大部分在船體結(jié)構(gòu)中和軸以上，主甲板以上結(jié)構(gòu)的所有焊縫全部在中和軸以上，因此在船臺(tái)搭載階段，焊后往往產(chǎn)生艏艉上翹變形。此外，上層建筑多為薄壁結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生波浪變形，為消除波浪變形而采用火工矯正，這部分熱量的加入加劇了船體的上翹。這時(shí)采用龍骨線反向變形法消除船體上翹非常有效。

2.2.3 剛性固定

剛性固定是利用外加的剛性拘束來減少焊接變形的方法。

在拼板時(shí)，將拼接的板材四周定位焊固定在平臺(tái)上，并在焊縫兩側(cè)放置壓鐵，可減少焊接后產(chǎn)生的波浪變形。在板材拼接時(shí)，還經(jīng)常沿拼接縫焊接若干工藝加強(qiáng)馬板，以防止角變形，保證拼接平整。為防止角變形，可在拼接縫的兩端焊接2塊端板。

在裝配焊接大型構(gòu)件時(shí)，經(jīng)常采用胎架裝配，以減少焊接變形。胎架不僅支撐構(gòu)件，而且可以減少焊接變形，保證外形光順、尺寸正確。船體總段的兩端常加假艙壁，以增加剛性。

2.2.4 控制焊接線能量

采用正確的焊接規(guī)范，通過控制焊接加熱區(qū)的溫度和縮小溫度分布范圍，可減少焊縫收縮量?？刂坪附泳€能量的具體措施有：采用小直徑焊材、多層多道焊、小電流（或電流較大但焊速較快）、高效焊接方法及控制層間溫度的間歇焊法等。

在這個(gè)過程中有幾點(diǎn)變化值得注意：一是貿(mào)易協(xié)議規(guī)則的變化，由原來的傳統(tǒng)WTO規(guī)則轉(zhuǎn)向新一代更加嚴(yán)格的條款規(guī)則，尤其是在這個(gè)過程中發(fā)達(dá)國(guó)家起著積極主導(dǎo)作用。二是在各國(guó)RTA簽訂的數(shù)量快速增加的過程中，RTA簽訂的質(zhì)量更應(yīng)受到重視，且在質(zhì)量談判層面不僅是條款的詳細(xì)和覆蓋程度，更重要的是各國(guó)條款的執(zhí)行效力和懲罰機(jī)制對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的實(shí)際效果應(yīng)受到重視。

2.2.5 合理的工藝流程

選擇合理的裝配焊接順序；選擇合理的焊接順序和方向；重視焊接工藝，嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程和質(zhì)量監(jiān)督。

無論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝如何合理和正確，都只是文件上的規(guī)定，若制造時(shí)不能嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行，則會(huì)導(dǎo)致精心設(shè)計(jì)和合理選材等工作無效。嚴(yán)格執(zhí)行制造工藝，加強(qiáng)生產(chǎn)管理和質(zhì)量監(jiān)督尤其重要，應(yīng)遵循以下原則：① 嚴(yán)格執(zhí)行制造工藝規(guī)程；② 嚴(yán)格按照規(guī)定的工藝參數(shù)施工，避免使用過大線能量；③ 加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)和過程監(jiān)控。

3 鋁合金船體焊接變形控制

鋁合金船體建造過程中，為有效控制鋁合金焊接的初始變形，可著重從焊接輔助工裝、焊接設(shè)備及焊接工藝等方面進(jìn)行考慮并靈活運(yùn)用。

3.1 鋼質(zhì)專用壓條板

經(jīng)焊接變形控制對(duì)比試驗(yàn)，在裝焊平直艙壁板時(shí)，先將艙壁板上各類扶強(qiáng)材點(diǎn)焊固定于艙壁板上，然后將專用壓條板放置于扶強(qiáng)材間，再按一定的焊接順序施工，艙壁板架初始變形明顯變小。為控制焊接變形，可根據(jù)艙壁板架的實(shí)際間距設(shè)計(jì)不同規(guī)格的鋼質(zhì)專用壓條板。

3.2 角鋼與鋁質(zhì)模板采用螺栓連接的組合件

為防止制造好的艙壁板架在胎架裝焊階段變形，吊裝前可采用角鋼加鋁質(zhì)模板組合件進(jìn)行剛性固定。圖 1為某縱壁在分段裝焊及分段吊裝時(shí)為控制板架變形采用的角鋼+鋁質(zhì)模板組合件的應(yīng)用示意。

另外，在上層建筑艙頂板與圍壁板過渡的圓弧段處設(shè)計(jì)同樣線型的胎架模板，這類胎架組合件可在控制上層建筑分段的焊接變形方面取得良好效果。

圖1 角鋼+鋁質(zhì)模板組合件的應(yīng)用示意

3.3 壓力架拼板

在實(shí)船建造過程中對(duì)鋁合金進(jìn)行拼板對(duì)接時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)原則上采用在壓力架下拼板對(duì)接的方式，即焊前充分利用壓力架的功能，對(duì)對(duì)接縫兩側(cè)附近進(jìn)行壓緊，然后利用機(jī)械化的自動(dòng)焊進(jìn)行焊接。這種方式拼接的平面壁板的變形明顯比手工對(duì)接焊的拼板變形小。壓力架拼板減小了鋁合金板對(duì)接焊的初始變形，也就相應(yīng)減少了火工校正等工序，大大提高了拼板效率。

3.4 舾裝件布置形式

為降低平直艙壁板“瘦馬”現(xiàn)象的發(fā)生概率，要從源頭上避免艙壁上有過多的焊接點(diǎn)。分段中的艙壁板除了有焊接必需的扶強(qiáng)材之外，還有輪機(jī)、電氣及舾裝等專業(yè)的各類舾裝件（諸如電纜托架、梯子、管子吊架等），這些舾裝件與分段的接口形式在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)避免直接焊接于艙壁板上，應(yīng)盡量焊接于壁板扶強(qiáng)材上，這樣就可減少舾裝件與艙壁板的焊接工作量，有效地降低“瘦馬”現(xiàn)象發(fā)生的概率。

3.5 帶筋板條等預(yù)制板材

帶筋板條是擠壓型材，本身無變形，帶筋板條之間采用攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，F(xiàn)SW）進(jìn)行焊接連接也不會(huì)有常規(guī)對(duì)接縫產(chǎn)生的焊縫余高，外觀上較為平整。攪拌摩擦焊過程中金屬不熔化，熱輸入量低，殘余應(yīng)力及焊接變形小，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，攪拌摩擦焊的焊后變形為熔化極惰性氣體保護(hù)焊（Metal Inert-gas Welding，MIG）的1/26，這樣可從根本上避免采用常規(guī)熔焊技術(shù)實(shí)施板架制作過程中扶強(qiáng)材與壁板間大量角焊縫焊接產(chǎn)生的“瘦馬”現(xiàn)象。

3.6 合理工藝要求與措施

3.6.1 原材料控制

鋁板在吊運(yùn)、下料過程中應(yīng)采取有效措施防止其變形。鋁合金板材、型材在下料后裝配前應(yīng)首先檢查其平面度和直線度等，符合要求后才能進(jìn)入裝焊工序。

3.6.2 小組立裝配控制

結(jié)構(gòu)零部件應(yīng)在焊接之前控制好原材料的尺寸和構(gòu)件裝配尺寸，不允許將超過工藝控制要求的變形帶到下道工序。若原材料尺寸不符合要求，應(yīng)查明原因，更換或校正后方可進(jìn)入裝焊階段。

3.6.3 平面鋁板的對(duì)接焊控制

平面鋁板的拼板對(duì)接焊應(yīng)在壓力架下采用自動(dòng) MIG焊進(jìn)行。板縫兩側(cè)應(yīng)采取壓緊或壓重措施，等厚板對(duì)接時(shí)的錯(cuò)邊量≤0.5mm，手摸無不平感。對(duì)接板縫間隙0～1.5mm。焊接前，應(yīng)用壓鐵將鋁板四周壓緊固定，在拼板縫兩端用引弧板將拼板連接起來。焊后檢查平面度，對(duì)超過要求的變形采用機(jī)械軋平或水火校正的方法校平。

3.6.4 平面組立階段的裝焊控制

平面組立（尤其是平直的艙壁板架）階段的裝焊應(yīng)在專門的多孔平臺(tái)上進(jìn)行。焊前應(yīng)按要求進(jìn)行加強(qiáng)，并在板格區(qū)域（加強(qiáng)筋間）放置若干個(gè)壓鐵或壓架，不允許在自由狀態(tài)下施焊。焊后允許對(duì)接邊緣變形（不平度）≤2mm/骨架間距，超出要求的應(yīng)進(jìn)行矯正?；?、管子等固定用馬腳、電纜托架及舾裝件等應(yīng)盡量在平面分段施工階段裝焊。

3.6.5 大組立（分/總段）裝焊控制

大組立（分/總段）裝焊應(yīng)在驗(yàn)收合格的胎架上進(jìn)行。焊后視變形情況進(jìn)行矯正，分段對(duì)接邊緣變形（不平度）≤3mm/骨架間距。大組立主要裝配項(xiàng)目的偏差要求見表1。

表1 大組立主要裝配項(xiàng)目的偏差要求

3.6.6 船臺(tái)合攏控制

分/總段吊裝前，應(yīng)根據(jù)分/總段結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行必要的加強(qiáng)，防止吊運(yùn)過程中產(chǎn)生變形。分/總段之間對(duì)接應(yīng)采用二次定位，準(zhǔn)確劃出切割余量，待切割余量并清潔施焊區(qū)域后才能進(jìn)行第2次正式定位，采用點(diǎn)焊進(jìn)行定位焊，以確保焊縫間隙和對(duì)接質(zhì)量。出現(xiàn)兩分/總段對(duì)接線形不符合的情況時(shí)，只有查明原因并修正好后方可進(jìn)行定位切割余量，嚴(yán)禁強(qiáng)行在變形狀態(tài)下對(duì)接。在安裝上層建筑上各種舾裝件（基座、支架、門窗等）之前，應(yīng)檢查安裝位置的變形是否超差，不符合要求的不能安裝。安裝于上層建筑中的各類舾裝件應(yīng)盡量裝焊在構(gòu)件上，避免裝焊在艙壁上。裝配時(shí)應(yīng)切實(shí)提高裝配精度，控制裝配間隙。

3.6.7 焊接控制

鋁合金焊接無論是小組立還是大組立，都應(yīng)貫徹“固定場(chǎng)地、固定人員、固定設(shè)備”的要求。施工人員應(yīng)經(jīng)專門培訓(xùn)合格后再上崗。做好與鋁合金焊接有關(guān)的施工環(huán)境、焊前清潔及焊后校正等各項(xiàng)工作，嚴(yán)格執(zhí)行工藝文件。

焊接前必須采取有效的防變形措施：小組立在多孔平臺(tái)上平放、四角壓緊；在加強(qiáng)筋之間加放壓鐵；采取在艙壁板構(gòu)件上裝焊臨時(shí)加強(qiáng)排等剛性固定的方法，盡量減小焊接時(shí)的自由變形。

采取合理的焊接順序，先焊對(duì)接縫，后焊角接縫；先焊立焊縫，后焊平焊縫；對(duì)長(zhǎng)且直的焊縫，應(yīng)靈活采用分中逐步退焊法、跳焊法施焊，確保熱輸入分散。

施工中應(yīng)嚴(yán)格控制焊腳高度，靈活采用各種工裝夾具，減少裝配馬腳，馬腳盡量裝焊在構(gòu)架面上，馬腳焊腳≤4mm。

3.7 精心施工

施工過程中的精心、細(xì)致程度影響著焊接變形的大小。鋁合金結(jié)構(gòu)建造過程充分體現(xiàn)了精工細(xì)作的重要性。施工人員從原材料下料開始到最終完成焊接，整個(gè)過程都應(yīng)精心細(xì)致、注重細(xì)節(jié)，以最大限度地減小焊接變形。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)全鋁合金船體結(jié)構(gòu)薄板裝焊易變形、焊接工藝操作性差、受環(huán)境因素影響多和建造難度大的特點(diǎn)，對(duì)船體建造的各個(gè)階段進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)收集、整理與分析，深入研究船體建造過程中的變形和精度控制技術(shù)，制訂合理的焊接收縮補(bǔ)償量，針對(duì)鋁合金板材及型材從原材料偏差到裝配、焊接、校正整個(gè)過程的控制提出具體的技術(shù)要求，并總結(jié)出把焊后變形校正到設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)的校正工藝，提高建造精度和焊接質(zhì)量，不僅為鋁合金船的批量化生產(chǎn)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，同時(shí)也為其他鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了參考和技術(shù)支撐。

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Welding Deformation and Its Control Measures for Aluminum Alloy Hull

ZHONG Guang-jun， MAO Shen-fei
（Jiangnan Shipbuilding （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 201913， China）

Aluminum alloy material has a large linear expansion coefficient and a high heat-conductivity. Therefore construction of aluminum alloy hull is much more difficult than construction of steel hull. Key technologies such as accuracy control and deformation control are the important parts in the study of the all-welded aluminum alloy hull structure construction to guarantee production quality. A welding deformation analysis was carried out with the emphasis on the easily deformed characteristics of the all-welded aluminum alloy hull structure to find out feasible control methods，which would accumulate experience and provide technologies for the production of series ships， and make reference and technical support to the production of other aluminum alloy products.

aluminum alloy hull； welding； deformation； control measure

U671.71

B

2095-4069 （2016） 05-0073-07

10.14056/j.cnki.naoe.2016.05.014

2015-09-21

2011年度上海市人才發(fā)展資金資助項(xiàng)目

鐘廣軍，男，工程碩士，高級(jí)工程師，1979年生。2002年畢業(yè)于天津大學(xué)建筑工程學(xué)院船舶工程專業(yè)，2011年獲得哈爾濱工程大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)工程碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事艦艇設(shè)計(jì)與制造工作。