船舶整体建造过程中消除应力集中工艺

摘 要：船舶作为特殊产品，在建造过程中整体质量至关重要。通过对船舶整体建造过程分析可知，在船舶整体建造过程中，如何消除应力集中是提高船舶整体建造质量的重中之重。从船舶建造过程来看，受到钢板自身特性、焊接电流电压、焊接环境及制造工艺的影响，焊接部件会产生应力集中现象，不但影响船舶配件的整体质量和强度，还会对船舶的整体装配质量产生重要影响。基于这一认识，在船舶整体建造过程中，应认真分析船舶建造工艺流程，深入分析造成应力集中的原因，并制定具体的工艺措施，消除船舶整体建造过程中的应力。

关键词：船舶建造 焊接过程 组装过程 应力集中 工艺流程

中图分类号：U671 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2014）02（a）-0127-02

根据目前船舶建造施工的起重能力来划分，在船舶建造中整体建造法比较普遍。同时也采用首部分段、左右舷侧分段的分段建造船台组装的部分分段的建造。在船舶建造过程中为了有效消除船体应力集中，加强船舶整体建造的质量管理和施工工艺质量控制，防止和减少在船舶建造过程中因船台地基、船台铺设、船底板龙骨铺设及基线勘划、船体焊接残余应力等方面出现船体建造变形影响船体制造精度的控制，从而最终影响到船舶的建造质量，特制定消除船体应力集中的施工工艺。

1 船舶整体建造过程主要部件的质量控制分析

1.1 船舶整体建造船台地基的质量控制

（1）船台地基的处理，在基础船台上，采用重型压路机进行来回碾压，提高船台的承压能力。

在压实的船台上，采取在船台整体左右舭部及中纵方向横舱壁及机舱前后舱壁、轴包位置，挖掘浇筑0.75 m×0.75 m×0.75 m的正方体混凝土水泥墩，加强船舶船台整体承压能力，每个船台选定10余个基准点并定期进行检测防止船台下沉造成船体变形影响产品质量。

（2）船体胎架的制作，首先确定船体基线，测量出船台首、尾高度差，根据船舶结构型式确定纵向主胎架龙骨数量，利用铁墩定位在地面上，按每个墩位乘载量不小于10吨计算，胎架龙骨采用“工”字钢或其他型材焊接固定形成整体。

其次，胎架龙骨间距应与船体结构主龙骨间距保持一致。再利用水平测量设备测量胎架龙骨平整度，并保证在同平面上。

（3）船台下沉的测量，船底板铺板完毕后将全船肋骨线标出，确定肋位号。在首、中、尾部强构件处，首部横舱壁，中部水密横舱壁，机舱前壁或后壁与纵舱壁交点处，设定6或8个测量点，用油漆或桩柱在地面标记，测量其距船底板高度，数据存档纪录。

对测量的高度进行纪录，每隔一个施工阶段再进行测量，与原始纪录数据进行对比，查看出船台及胎架面是否存在下沉。

1.2 船舶整体建造船台龙骨板铺装及底板肋骨线勘划的质量控制

（1）船台龙骨板中心线，通常可用激气经纬仪在船台底板龙骨板上画出船台中心线。操作时，将激光经纬仪安置在船台中心线（船首）的端点，对中平整后，发出激光点到尾端龙骨中心点，每隔1.5～2 m画出一点，然后将所有点子连成直线，即为船台中心线。

（2）船底板肋骨线，船台底板铺装完成，在船台龙骨底板中心线上逐档或间隔5档画出肋骨位置线、横舱壁位置线，并用色漆标上舱壁、肋骨号码。

（3）绘制高度标杆上的高度线，根据放样间提供的高度样棒，在船台的高度标杆上画出基线水线和甲板边线等全部理论高度线，作为水平软管、激光水平仪或激光经纬仪进行船台铺装、分段吊装定位和检验的基础。

1.3 船舶整体建造的铆焊施工质量控制

（1）构件预制，舱壁、机座、龙骨、框架等在车间平台上预制焊接，并按样板（或草图）进行校正合样，经检验认可后待用。预制构件或建造后钢板表面不允许有显著的锤印或凹凸不平现象。剪切或气割后的钢板边如不加工时，则切割边缘与切割线内的偏差：直线部分≯±1.0 mm；曲线部分≯± 1.5 mm。

（2）横舱壁装配焊接工艺，整个横舱壁的外形尺寸，由样台提供样板确定。拼板的材料规格型号，按照施工图纸提供的材料规格型号进行。焊接按“焊接工艺”的要求进行。焊接完工后，应消除焊接变形并整平。

2 船舶整体建造过程消除应力集中工艺分析

为了保证船舶整体建造过程的应力集中能够得到全面消除，应采取以下几项措施。

2.1 采用合理的焊接顺序和方法

（1）保证钢板和焊缝一端有自由收缩的可能性。

（2）先焊接对其它焊缝不起刚性拘束的焊缝。

（3）在构架和板接缝相交的情况下，既有对接缝也有角接缝，此时应先焊接对接缝然后再焊接角接缝。

（4）当分段总段焊接时，尽可能由双数焊工从分段中部逐渐向左右、前后对称施焊以保证结构均匀的收缩。

（5）处在大接头同一断面的各种构件，应先焊大接头的对接焊缝，再焊其它构件的对接缝，后焊其它构件的角焊缝，以利于大接头产生残余应力（至少可以减少大接头的残余拉应力）。

（6）靠近大接头的肋骨和隔舱壁的角接缝，一般应在大接头施焊后进行施焊。

2.2 选择合理的焊接工艺参数

根据焊接结构的情况，在允许条件下尽可能采用小焊接线能量，如手工电弧焊，采用小直径焊条下限值焊接电流；或中等焊接电流，较快焊速，这样可以减少焊件的受热，从而减少焊接残余应力。

2.3 预留变形余量

船舶工程结构的建造中，在装焊补板和嵌补分段时，由于不能自由收缩产生很大应力，在过大应力作用下可能产生裂纹。应预留余量焊接，焊接焊缝收缩把板拉平，这样可以起到了减小焊接残余应力的作用。

2.4 焊接电流电压的控制

船舶建造在焊接焊缝时焊接电流对手工电弧焊的电弧稳定和焊缝成形有极为密切的影响，焊接电流大则焊缝熔深大，易得到凸起的表面堆高，反之则熔深浅。电流太小时不易起弧，焊接时电弧不稳定、易熄弧。电流太大时则飞溅很大。不适当的电流值还会造成其他的焊缝缺陷，焊接电流的选择还应与焊条直径相配合，直径大小主要影响电流密度。电流密度太小，电弧不稳；电流密度太大时焊条发红，影响正常焊接过程。一般按焊条直径的4倍值选择焊接电流，但立、仰焊位置时宜减少20%。焊条药皮的类型对选择焊接电流值有影响，主要是由于药皮的导电性不同，如铁粉型焊条药皮导电性强，使用电流较大。焊接速度。焊接速度太小时，母材易过热变脆。此外，熔池凝固太慢也使焊缝成形过宽；焊接速度过大时熔池长、焊缝很窄，熔池冷却太快也会造成夹渣、气孔、裂纹等缺陷。一般焊接速度的选择应与电流相配合。手工电弧焊时的运条方式有直线形式及横向摆动式，横向摆动式还分螺旋、月牙形、锯齿形、八字形等，均由焊工具体掌握以控制焊道的宽度。但要求焊缝晶粒细密、冲击韧性较高时，宜指定采用多道、多层焊接。焊接层次。无论是角接还是坡口对接，均要根据板厚和焊道厚度、宽度安排焊接层次以完成整个焊缝。多层焊时由于后焊焊道对先焊焊道（层）有回火作用，可改善接头的组织和力学性能。

2.5 焊缝缺陷产生原因及防止措施

焊缝易产生的缺陷种类为：气孔、夹渣、咬边、熔宽过大、未焊透、焊瘤、表面成形不良如凸起太高、波纹粗等。

缺陷产生的原因和防止措施见表1。

船舶建造过程中，由于船体构件形状多种多样，建造过程较复杂，因此，在船舶建造过程中必须根据船体构件装配施工进度及焊接施工进度进行定期或不定期船台基线测量、舱壁水平测量、分段吊装装配对位精度测量，船体焊接变型测量。对每次测量数据应与基准数据进行对照，发现误差时应及时进行较正，以最大限度消除船舶整体建造应力集中对船舶质量的影响，从而保证船舶建造质量。

3 结论

通过本文的分析可知，在船舶整体建造过程中，要想有效消除应力集中现象，就要从采用合理的焊接顺序和方法、选择合理的焊接工艺参数、预留变形余量、做好焊接电流电压的控制和正确分析焊接缺陷入手，确保船舶整体建造过程应力集中得以全面消除。

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