江苏金陵925004散货船双层底分段解析.docx

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江苏金陵925004散货船双层底分段解析

专科毕业设计（论文）

设计题目：

92500t散货船双层底分段建造预防焊接变形的措施

系部：

船舶与港口工程系

专业：

船体工程

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

职称

2010年6月南京

摘要

船体双层底分段在建造过程中往往会产生变形，变形会给船舶在以后的建造过程中带来很大的影响，会使整个船体结构强度降低；其中导致双层底分段变形最重要的因素就是焊接变形，本文以92500T散货船双层底分段建造为例，首先预测其产生的焊接变形，然后利用反变形法、刚性固定法、正确的装焊工艺规程方案等方法防止建造过程中产生焊接变形，从而保证职工在操作过程准确装配，减少组件与部件的变形，最终达到防止整个双层底分段的焊接变形的目的。

关键词船体双层底分段焊接变形反变形法刚性固定法装焊工艺规程

Abstract

Hulldoublebottomblockinbuildingdeformationprocesstendtoship,deformationintheprocessofbuildingafterbroughtgreateffect,canmakewholehullstructurestrength,Onecausedeformationofdoublebottomblockisthemostimportantfactorintheweldingdeformation,thispaper92500Tdoublebottomblockbuilt-forexample,thefirstforecasttheweldingdeformation,thenuseanti-deformationway,rigidfixationmethod,andthecorrectmethodZhuangHanprocessplanningschemetopreventtheweldingdeformationprocessofconstruction,thusensuringtheworkerinoperationprocess,reducecomponentsandpreciseassemblyparts,andfinallyachievepreventdeformationofthedoublebottomsectionoftheweldingdeformation.

KeywordsWeldingdistortionAnti-deformationmethodRigidfixationFabricationProcessorder

1.绪论

由于我国现代造船行业的飞速发展，世界各国的造船订单纷至沓来，使我国造船企业提高造船的质量，从而达到国际造船标准；然而受到金融危机的影响，各国船东又提高了对造船的质量标准，这就意味着我国的造船行业面临着更大的挑战，要想提高造船质量就要从平时的点滴做起。

92500T散货船是江苏金陵船厂正在建造的一种船，由于船东代表对这个船型的船要求非常高，船厂也提高了对这种船型的分段建造的工艺标准，尤其对分段焊接变形的控制，因为船东在分段合拢之前要对各个分段进行严格的质量检验，如果分段检查不合格将对以后的生产有很大的影响。

船体分段中具有一定代表性的要属双层底分段，因为双层底分段结构简单，分析起来方便快捷，而且产生的现象特别多，容易发现。

船的底部分段在现在的造船公司都要求非常的严格尤其是油船的底部分段，为防止环境污染，地部分段的强度必须加强，防止例如油船漏油而产生环境污染，所以选择比较具有代表性的分段进行研究分析，能充分的体现出研究问题的现象，研究的结果就更实用。

由于现代船舶大多数由分段焊接建造而成的，在船舶分段建造过程中由于焊接因素会导致分段产生变形。

分段产生的焊接变形会给船体下一阶段的装配带来很大的影响，也可能是整个船体外形产生变形，使船体结构强度降低。

因此，在分段建造过程中就要及时的更正焊接变形，预防焊接变形是必不可少的问题，那么预防措施就要不断的研究和开发，才能使我国的造船行业不断的发展壮大。

本文主要研究探讨的是船舶分段建造过程中预防焊接变形的措施，主要通过江苏金陵船厂建造的92500T散货双层底分段来研究说明，大部分是实际生产中发现的问题，解决方案结合船厂工人的意见以及学校老师的理论帮助。

2.船舶双层底分段焊接变形的原因、种类及危害

2.1.船舶双层底分段焊接变形的原因

船舶双层底分段在建造过程中一定会产生焊接变形，产生焊接变形的原因[5]主要分为结构因素和工艺因素。

一般原因分析方法也是从两方面：

正装和倒装（由于实践操作本论文主要是倒装）。

结构因素：

（1）内底板纵横焊缝引起的纵横向收缩

（2）纵横结构角焊缝引起的纵横向收缩

（3）由于焊缝不对称于分段截面中和轴，内底板焊缝及其与结构的角焊缝焊后两端产生向下、向上变形

（4）由于同样原因，分段翻身后焊接，外底板焊缝及其结构的角焊缝焊后两端还会产生向下、向上的变形

注：

内底板和外底板在装焊过程中产生的变形最大

工艺因素：

（1）双层底分段建造的胎架基础不牢

（2）双层底分段建造的胎架本身刚性不合格

（3）胎架与内底板在建造时虽然有“拉马”固定，但是在建造过程中“拉马”没有拉紧或内底板在上胎架时与模板型线没有吻合

（4）装配质量不合格，各个组件和部件之间间隙过大；焊后火工矫正收缩量过大

（5）没有严格按照正确的焊接顺序进行焊接，焊接参数不正确，焊脚尺寸过大

（6）分段装焊前没有准确按照施工图纸操作，提前把装焊余量预置出来

（7）分段建造所用板材厚度

（8）分段翻身建造时堆放位置不当

注：

“马板”是自制一种有缺口长方体的铁块，用于固定胎架与架上板材

2.2.焊接变形的种类

船舶焊接变形的种类很多也很复杂，分析的角度不同产生的焊接变形的种类也就不同。

通常按照方向性和空间性来分，简单的主要分为：

横向变形、纵向变形、平面内变形、平面外变形[1]。

由焊接变形的方向性可分为纵向变形和横向变形。

纵向变形是由焊接方向的收缩应变产生的，包括纵向收缩，纵向弯曲；横向变形是焊缝方向垂直的收缩应变产生的，包括横向收缩、剪切变形和角变形等；也可以在整个空间范围里，把焊接变形分为平面内变形和平面外变形。

平面内变形包括横向收缩、纵向收缩和剪切变形。

平面外变形包括角变形、纵向弯曲、扭曲变形和弯曲变形。

具体分析如图所示：

图2-1收缩变形

图2-1是由于在平面焊接过程中板材产生收缩应变，导致板材纵向和横向的缩短，进而整个分段长度了宽度产生了变化，这就是收缩变形。

图2-2弯曲变形

图2-2是由于在平面外焊接过程中板材产生了收缩应变，导致板材纵向的收缩，使整个组件产生了弯曲变形。

图2-3波浪变形

图2-3所示当焊接过程中板材太薄就会因为焊接应变产生波浪变形，这种情况在船舶甲板建造过程中经常产生。

图2-4扭曲变形

图2-4所示钢材焊接产生的残余应力和残余应力变形，降低了焊接构件的稳定性，进而产生了扭曲变形。

图2-5角变形

图2-5所示由于板材焊后焊缝及其附近区域与焊缝平行的平面内垂直于焊缝方向上不均匀分布的固有剪切应变分量而产生的角变形。

以上图例只是展示出船舶生产中几种常见的焊接变形，正是因为焊接种类繁多复杂，才会对分段乃至整条船的建造都产生重大的危害和影响，所以要研究出解决这些变形的方法措施是必然的。

2.3.焊接变形的危害

板材的焊接残余变形和残余应力是同时存在的，有时焊接残余变形的危害比残余应力的危害还要大。

焊接残余变形使焊件或部件的尺寸改变，降低装配质量，甚至使产品直接报废。

矫正变形是一件费时的事，会增加制造成本，降低焊接接头的性能。

另外，由于角变形、弯曲变形和扭曲变形使构件承受载荷时产生附加应力，因而会降低构件的实际承载能力，导致发生断事故。

船舶分段是船体分段中一个比较有代表性的，所以这样的分段产生问题对真个船体产生的危害是非常危险的。

通过实践简单的了解了一些这个问题带来的危害。

图2-6分段合拢

如图2-6所示是一副现场波形壁合拢图，波形壁分段在装配过程中产生了焊接变形，但是没有及时的发现，在合拢过程中两个波形壁没有办法正常合拢。

这样就给下一阶段的两个分段对接时焊接造成影响，当两个分段对接时细微的变形就会导致工人施工不能顺利进行，通常工厂的程序:

将问题提交到车间—生产处—技术部—技术员现场核实检测—技术部—生产处—车间—工人，这样一份繁杂的过程严重影响了生产效率；船体整个结构的强度也会降低。

3.92500t散货船双层底分段建造焊接变形的分析

92500T散货船是江苏金陵船厂正在建造的一种船，这种船虽然不像油船、集装箱船、滚装船那样要求的精度特别的高，但是毕竟是国外的订单，而且建造的数量很多，也关系到厂里的知名度，所以船厂里面的要求自然也非常的重视，精度控制也非常的到位。

虽然平时要求很高，但是还会产生一些问题，本次分析研究的题目就是关于船舶双层底分段在建造过程中产生的焊接变形。

实际生产中主要预防产生的焊接变形就是横向收缩、纵向收缩、角变形、扭曲变形、波浪变形，因为这样的变形产生造成的后果比较严重，处理起来比较麻烦，但这样的变形也非常的明显，判断起来容易，自然预防起来比较方便快捷。

主要通过生产图片进行分析：

图3-1波浪变形（侧面）图3-2波浪变形（平面）

图3-1是江苏金陵船厂建造的92500T散货船HB双层底分段，这是分段侧面图。

从图中可以看出分段外底板已经产生了变形，由于这种变形不明显只能从侧面来观察。

底板和桁材装焊好以后，在整个桁材的直线都会产生变形，进而使整个板材发生波浪变形，也可能产生扭曲变形。

图3-2就是整个分段的外底板变形图，从表面确实看不出什么明显的变形，但通过精度测量水平会发现外底板产生了明显的波浪边形。

分段产生了变形就必须要“开刀”，像那些简单的烘烤肯定是不能解决。

但一个建造好的分段如果“开刀”对整个分段都会产生很大的影响，因为开刀过后的分段焊接还要进行手工焊接焊好，分段焊缝的刚性、强度等一些工艺都会造成影响；更严重的在分段合拢时候，两个双层底分段拼接时分段合拢焊缝的强度也会受到影响，在做无损探伤检验时肯定是不合格的,那样的影响就非常严重啦！

注：

“开刀”是要用割刀将已经焊接好的板材或者分段沿着焊缝割开。

图3-3内底板拼接（处理前）图3-4内底板拼接（处理后）

图3-4是双层底内地版上胎架后对接图，图中表示的是没有发生变形的内底板，而图3-3是由于胎架和内底板焊接过程中产生的收缩使内底板产生弯曲变形，导致对接板材不吻合。

从图中可以明显的看出发生的变形量，这种变形是非常明显的，通常这种变形是工人在施工的过程中的操作导致的。

由于内底板上胎架过程中没有采用固定措施（就是以后谈到的刚性固定法），当工人焊接产生纵向的收缩，导致弯曲变形。

弯曲变形是生产中常常见到的一种变形，常见就意味着产生的过程非常简单，但是处理起来确实非常的麻烦，胎架与内底板焊接过程中都是用“拉码”固定的，产生弯曲变形，就要一个一个将“拉码”拿掉重新固定再焊接好，这样平时需要一天的工时，浪费了时间和人力，给以后的生产也造成了阻碍；当重新固定内底板成功以后（如图3-4）所示，胎架水平度就会产生一定的变化，整个分段的水平也会与放样有差别，对部件的装配也有着很大的影响，降低了整个分段的精度。

注：

“拉码”是一种长方体的铁条，主要用来固定分段外板与胎架的

4.92500t散货船双层底分段建造焊接变形的预防措施

平时的生产都会产生误差，由于焊接装配肯定会使双层底分段产生各种变形，带来的困难也是不可避免的。

因此，必须采取一些预防措施，尽可能减少分段的变形。

一般船舶双层底分段焊接变形的预防措施[6]分为：

反变形法；刚性固定法；按照正确的装焊工艺规程；按照正确的焊接规范；加强对各道工序的检查与精度控制；提高零件加工质量和部件装焊质量；分段四周的自由变，焊前可加压排或作其他临时性加强；推广先进的工艺方法，尽量采用机械化焊接；注意分段的调运和堆放。

4.1反变形法

双层底分段在装配过程中肯定会出现变形，防止变形的产生最直接的方法就是预置板材的变形，在装配前工人要预留板材的变形量，比如说，通常从肋间距开始，每个肋间距一般加放0.5mm的余量；当给胎架放样时，也要在原有的高度加高一点余量，使内底板上胎架以后经过焊接变形以后收缩来达到正确的装配。

以上只是工作中一些方法简单的介绍，这些就叫做反变形发。

92500t散货船双层底分段建造过程中反变形法应用简单介绍：

根据施工图纸中的要求要按胎首先架放样图纸进行放样，技术部门发来的图纸都是用计算机通过精确计算做出的理想图纸，施工时并不是那么的完美。

胎架放样好工人在搭焊胎架时一定要在原来设计高度上从两边到中间递增余量，数值在0—10mm之间，最终搭好的胎架要呈现出一个“塔”形（由于变化很细微肉眼很难看出）；双层底内底板上胎架后，再按照放样图纸进行放样，这时候放样也要预留出变形量，要考虑到装焊球扁钢时由于焊接问题产生的收缩量，一般每个肋位要加放0.5mm（因船而异），从而预防整个外板的横向收缩变形；在吊装搭焊肋板时，装配工在点焊固定时要用铁条好球扁钢，但是与内底板的角度不是90度，左右幅度在10度以内，具体要根据施工图纸上的标注，看好是什么焊（全焊透或单面焊接）

分段在长度和宽度方向的收缩变形，使分段长度比实际理论长度要短，一般采取加放骨架间的收缩量来解决。

通过总结来看，其实一般反变形法都是通过加放余量来达到防止分段产生焊接变形。

4.2刚性固定法

当对接一些大型板材是由于版面太大很难控制好盖板的安放位置，从而导致板材变形，简单的方法就是要用“马板”将板材固定好（如图4-1所示），一般都用在装外底板和内底板时用到这种方法。

外板和内板都是用一些小板材拼接成的，往往在对接时两块或者几块板材由于加工原因不能准确的对接在一起，只能用“马板”将板材固定连接在一起，这样在对接焊时会减少焊接变形。

但是有的部位容易产生变形，比如球扁钢贯穿桁材的开孔，很容易是桁材变形，这样就可以用补板来对这些部位进行加强，但是不能用补板完全将开口补上，这样容易使桁材减低对应力的释放。

在生产中发现固定法其实就是用辅助板材将装焊板材强行固定好，尽可能降低变形，有时也会根据需要临时加装一些板材来加强一些部位的强度，当然也是为了减小变形。

所以说刚性固定法并不能完全控制变形的产生，当辅助板件拆除后，变形还是会产生，只是没有加强前那么大而已。

但是刚性固定法确实平时工人生产中最常用的一种方法，在实际生产中通过实践证明的方便快捷的方法。

说明这种方法在应用中最有意义。

（a）（b）

（c）（d）

图4-1外底板拼接

（e）（f）

（g）

图4-2内底板拼接

图4-2中简单表示了92500t散货船双层底分段建造过程中，内底板、外底板焊接时为了预防产生焊接变形，生产用“马板”提前做出的刚性固定，从而防止底板在焊接过程中产生扭曲变形。

图4-3完工分段

刚性固定法是建造过程中非常重要的一种预防焊接变形的措施，不仅在分段建造过程中起到了重要的作用，在分段装焊成功后（如图4-3）也必须采用刚性固定法，防止焊接变形的产生。

4.3按照正确的装焊工艺规程和焊接规范

造成焊接变形比较大的原因很容易发现，平时也会注意解决这些变形，但是细小的变形最后也会产生大的变形；所谓是积少成多，平时由于施工不按照正确的装焊工艺规程和焊接规范，以为这些都是小问题，最后却产生大的危害，所以说按照正确的装焊工艺规程和焊接规范是一种预防船体分段焊接变形的重要措施之一。

正确的装焊程序可以减少分段的变形，通过船舶双层底分段来体现出正确的操作的重要性。

双层底分段正确的装焊工艺规程：

装配内底板，并固定焊好；安装构架于内底板，用定位焊固定构架板材；构架之间的焊缝要先焊接，再焊构架与内底板的焊缝；焊接纵骨与高构架之间的焊缝；掉装外板；分段翻身，焊接外板的内面焊缝；焊接构架与外板的焊缝；分段翻身，进行外板的封底焊。

正确的焊接规范可以对船舶双层底焊接变形预防有很大的作用。

焊接规范中主要指焊接过程中焊工应注意的焊接问题，包括焊机电流强度、焊条规格、焊接次数、焊接速度等方面。

其实这个规范还在于焊工平时操作的经验，只是一味的按照规范来操作也不是什么全能方式，毕竟操作中临时的问题是随时都可以发生的。

4.4加强对各道工序的检查与精度控制

在各个船厂有各个船厂对生产各道工序检查与精度控制的部门，船厂（江苏金陵船厂）中的精度测量部门是专业检查精度的。

精度测量部门是最近几年才兴起的一个部门，因为以前的造船要求质量不高，到最后船舶都可以合拢下水。

但是，现在对船舶的质量要求越来越高就产生了一个这样的专业部门，因为厂里面意识到分段的精度对下一项生产的影响，只有严格的要求才能建造出质量高的船舶，也可以为生产节约更多的时间，保证任务按时的完成，创造更高的效益。

所谓的提高生产效率就是减少生产中分段产生的焊接变形。

从92500t散货船双层底分段建造开始，精度测量的技术人员就已经随时随地的对分段进行检查，通过检查来控制整个建造过程中的精度。

简单的介绍下精度测量人员的工作：

当双层底分段胎架放样结束时，精度人员要来检查是否达到要求；内底板上胎架工人进行放样后，精度人员又要来进行测量，主要测量是内底板对角线精度；在装焊板件时精度人员会每天不定时的来对焊缝进行无损探伤检验；整个外板装焊完成时，精度人员会再对整个分段进行检查（辅助板材的去处、漏洞的补焊）；对各道工序的检查就相当于学习知识是一样的，在于平时的积累，只要加强平时一点一滴的积累到后来的时候肯定可以减少双层底分段产生的焊接变形，进而防止分段产生焊接变形，细节决定成败！

4.5提高零件加工质量和部件装焊质量

船舶双层底分段产生焊接变形不全是装焊板件的工人所造成的，其实预装配的板材质量也是一个非常重要的问题，如果零件加工质量出了问题，在现场施工人员不清楚的情况下依然按照原有的工艺操作必然会在施工过程中产生焊接变形，最后整个分段随之也产生变形，为了防止问题的发生就要提高零件加工质量；装配工人在施工过程中往往不会注意到一些细微的操作，其中最普遍的就是在装焊部件时会粗心大意，在点焊时往往不遵守工艺规程，使部件的装焊质量没有了保证，分段本来就是由各个部件组装成的大部件。

如果部件的质量和装焊质量没有得到保证，首先可以确定的这艘船就是不合格的，所以提高零部件本身的加工质量和部件的装焊质量是非常重要的一种预防焊接变形的措施。

4.6推广先进的工艺方法，尽量采用机械化焊接

科技的发展，船舶焊接的技术也不断提高，机械化焊接技术在各个船厂也得到了普及。

一般机械化焊接就是埋弧自动焊机（如图）等一些自动焊机，由于不需要人工施焊，不确定因素自然就少了很多，精确度就更高了，焊缝的缺陷自然也就减少。

其实运用先进的工艺方法和采用机械化焊接就是想要提高操作的精度，当分段施工精度得到保证时，自然变形就会较少。

5.结论

现代造船行业的发展迫使我们国家的造船企业不得不面临着一个严峻考验，我们必须不断的发展完善自己，一点点缩短我们与世界一流的造船国家的距离。

平时必须从点滴做起，才能有提高，还是那句话细节决定成败。

如果像92500t散货船双层底分段建造过程总产生的焊接变形，这样看起来细小却又关系到整个船体生产的问题都能很容易的解决，那么我们国家的造船企业肯定能飞速发展，赶超世界一流国家。

现在像日本韩国等一些造船行业非常发达的国家，通常他们对船舶的制造都有着非常严格的要求，曾经在学习理论知识的时候老师就曾经说过这样的话“一个国家的造船行业是否发达不是看这个国家的订单量，而看的是这个国家造出来的船的质量是怎样的，造的是什么样的船”；为什么我们国家造的船大多数都是散货船、油船、内河船等一些技术要求不是很高的船，这说明我们国家的造船还是和别的国家有一定的差距，其实主要还是平时施工过程中的要求和规范，没有严格的按照生产规范来执行。

通过对92500T散货船双层底分段焊接变形预防措施的研究中可以看出很多问题，其实很多变形就是平时的一点一滴造成的，稍微的认真执行就可以避免问题的产生，所以说平时的琐事也是至关重要的。

如果我们国家的造船行业也能从平时的细微管理抓起，我相信不久的将来我们一定真正的成为世界上的第一大造船国，这个目标对我们来说并不遥远！

致谢

一学期的实习工作已经结束，在此期间通过在江苏金陵船厂基层的实践，将在学校中学习的理论知识得到现场实践，产生深刻的印象。

简单的装配工艺对船舶建造产生了重大的影响，能够解决生产中产生的问题。

在这段实习和写论文期间，我的论文导师马春卉老师倾注了大量的心血，从选论文题目、写开题报告，到一遍又一遍地指出论文初稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心的感谢。

通时我还要感谢在学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友；还有给我这次学习和实践机会的江苏金陵船厂。

写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。

参考文献

[1]孙维善.船舶焊接[M].北京：

国防工业出版社，1992

[2]焊接工艺人员手册：

俞尚知主编，上海科学技术出版社，1991

[3]现代焊接方法与设备：

吴志强主编，机械工程师进修大学出版社，1989

[4][苏]C.A.库兹米诺夫.船体结构的焊接变形[M].北京：

国防工业出版社，1978

[5]船体工艺手册（修订本）：

黄浩主编，国防工业出版社，1976

[6]船体修造工艺：

王鸿斌主编，人民交通出版社，2006