[技术课堂] 船舶薄板焊装变形的控制措施及步骤，总结得很全面

为确保汽车滚装船（PCTC船）的稳性，减轻船舶自重，降低重心高度，船舶主体结构以薄板为主，外板采用9~15mm的薄板；而大多在主甲板以上，大量采用了板厚仅5.5~7mm薄板或高强钢薄板。因此，带来了薄板装配和焊接等过程中的变形，以及各项精度指标和质量要求控制难度增大的问题。

下面将通过我厂为挪威格拉姆汽车运输公司建造的6700PCTC汽车滚装船，以及为我国安吉物流公司建造的2000PCTC汽车滚装船为例，介绍在建造过程中的薄板装配和焊接等过程中的变形控制及措施。

6700PCTC汽车滚装船总长为199.9m，型宽为32.26m，设计吃水深度为9m。该船有13层甲板，第13层甲板为露天甲板，不装载汽车，其他甲板为车辆甲板；第2、4、6、8 为活动甲板（板厚为6mm），各层甲板间采用活动坡道或固定坡道甲板连接。该船货舱区域的甲板层数较多，在整个甲板中第12、11、10、9、8（艏、艉）甲板为板厚6mm A级钢, 第1、3、7甲板为板厚11mm AH36级钢；第5甲板为板厚15mm 、AH36级钢。因船上各层甲板通风的需要，该船上设有大量的风道结构，且风道壁板及内部隔板均为6mm。

2000PCTC汽车滚装船总长为141.20m，型宽为24.4m，设计吃水深度为6m。该船有9层甲板，第9层甲板为露天甲板，不装载汽车，其他甲板为车辆甲板；第6层为活动甲板，各层甲板间仍采用活动坡道或固定坡道甲板连接。在整个甲板中第1甲板为10mm，第2、3、4甲板板厚为6.5mm，其中第5甲板板厚为14mm，其他甲板底6、7、8甲板为5.5mm，第9甲板为7mm的薄板，薄板量占全船甲板的比例较大。

从上述两个系列汽车滚装船的船体结构情况，可以初步了解到汽车滚装船特点就是板材较薄，厚度在5.5~7mm；另外，其结构的横向构架间距较大，纵向骨材较为单薄（HP100mm×7mm、HP120mm×8mm或扁钢100mm×8mm），单个分段甲板片或壁板片的结构强度较弱，给建造过程中的切割下料、装配与焊接、火工矫正、放置、转运和翻身吊装等工序都带来了很大的困难，各道工序不正确操作都有可能对它产生影响, 并引起板架结构的变形；此外，甲板上还有大量的用于固定汽车的绑扎附件需要安装，这些舾装件的装焊也会带来薄板结构的变形。

另一个薄板变形的主要原因，是施工过程中各道工序不正确的装焊，使板架结构的应力未能得到有效释放；完工后通过强制矫正的方法，尽管解决了甲板平整度交验问题（甲板结构内应力仍然大量存在）；然而在甲板翻身、摆放、转运及冲砂涂装等各道工序中，受外力的作用，使甲板内在的应力逐步释放，造成后期甲板的严重变形。

因此，合理地安排装配顺序和焊接顺序，以及过程中的其他环节按规定和要求执行，都将有助于减少薄板结构的变形。关键还是控制好建造过程中的每一个环节和步骤，制定出相应的合理方法和手段，来降低薄板在建造过程中的变形。

薄板的建造变形控制，目前是一个工艺技术性难题，要控制薄板的建造变形，不能单从某一个方面去考虑，而应该从板材的下料预制、装焊前准备、装焊的过程中控制、焊后处理，以及吊运摆放等多个方面综合考虑。下面以甲板分段和风道壁板建造过程中的几个方面阐述。

第一，7mm以下的钢板在预处理和数切后，必须进行两次校平，以释放板材的内应力。

第二，无论是手工切割、自动或半自动割刀，板材切割必须选用***割嘴切割，控制好相应的切割速度，以减小边缘的切割变形。

第三，切割后的薄板板材和构件吊运、翻身时，应采用电磁吊、多点吊、专用吊梁和吊夹具，不允许在板材上装焊吊码，进行单点吊运，以免产生板材和构件不必要的弯曲变形，同时，也为减少不必要的“码板”装焊、拆除和批磨等无用工序。

第四，拼板应在表面平整、刚度好的平台上进行，拼板间隙，埋弧焊拼板装配间隙应在0~1.0mm间；为了保证拼板平直度，可采用压铁或厚钢板在焊缝的两边进行刚性固定；其距焊缝的距离，以满足专用埋弧焊可行走操作的最小距离为宜。

第五，所有焊材应与所焊板材相匹配，严禁用大直径焊条和大电流施焊。焊后应用圆柱型压铁进行板缝处的滚压，或用木锤对焊接板缝进行锤击，以释放拼板焊缝的焊接应力，降低焊缝的“撅嘴”现象。

第六，对于板材局部间隙超差，应采用打磨或铲边的方法来修正，不得采用气割切割，以避免反复加热产生的“撅嘴”变形。

第七，型材在预制装配前必须进行矫直，不能将变形带入下道工序。

第八，对大量的风道隔板，因尺寸小、结构弱、数量大，故需采用专用胎架、焊接小车和放反变形的方法，进行批量预制，以减小焊接变形（见图1）。

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图 1

第九，所有壁板和甲板预制成形后，应放置在专用“门”字型平板托架上运输，以防转运和挤压产生的变形。

（2）分段建造过程的控制 分段建造的胎架基座必须具有足够的刚性，并采取固定措施，不得使胎架处于自由状态，纵、横向模板间距应≤800mm；纵横向模板高为250mm左右，但厚度必须≥10mm，以确保分段胎架板不变形。

为了减小装焊变形，胎架板使用“7”字形卡板与胎架拉靠固定；卡板拉靠时应根据分段实际情况进行增设，严禁用耳板与胎架板和胎架直接焊接。

构件、型材应根据图样核对尺寸、形状和数量，变形或扭曲的型材修整或更换后方可安装，切忌强行组装；以免因造成整个板架的变形，而无法矫正。

安装构件时，定位应从中间向四周进行安装，先安装纵向的纵骨构件和绑扎碗，且严禁在板架上用“门架”强制装焊，要充分利用工装件，进行构件和舾装件的安装。

所有构件和板缝的焊接，均不宜超出焊接规格表中的要求，控制焊脚高度是控制板架变形的有效措施之一。

甲板纵骨的焊接应采用双数半自动角焊机，进行对称、间隔、交替从中间向两侧施焊；焊丝则选用φ1.0mm，注意控制焊接参数；细丝CO2气体保护焊的焊接热输入较小，可以大大减少焊接变形。

甲板上的汽车绑扎碗，采用双数绑扎碗专用焊机，同样从中间向两侧对称、间隔和交替施焊，以减小焊脚高度和焊接变形（见图2）。

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图 2

装焊纵、横向强构件和局部加强的加厚板，因加厚板处的加强构件都有开坡口的深熔焊或全焊透部位，造成此处焊接量大，应力较为集中，也一直是变形较大的区域；经过不断摸索，控制该区域的焊接顺序，并预留焊接应力释放口，所以使该区域的局部焊接变形得到了改观。

对于面积大且扶强材长的构件，应采用分段退焊法，焊接时应由中央向前后、左右方向进行，围绕中心采取跳焊法，不得集中在一个区域；同时应采用双数焊工对称焊接，且焊工人数不可超过6人。

为控制焊接变形，应先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝；焊接时应严格遵守规定的焊接顺序，即应遵循由中间向四周，先对接后角接，先立角焊，后平角焊的顺序原则进行施焊。

平面板架组装施焊完成后，翻身使用双头半自动烘枪，对结构位置进行背烧处理，以释放装焊过程中的应力。

边缘的切割应尽可能采用自动或半自动割刀，无法用机械切割的部位，可用手工切割，但应采用靠模切割，尽量避免重复修割所造成的反复加热变形；割嘴均应采用小号割嘴。

为了保证平面组立沿口平直度，避免翻身、吊运时产生变形，沿口矫正后应加装绑材，在不影响后道工序情况下，绑材可带入到分段或船台中合拢和大合拢阶段。

甲板或壁板建造完工后，应使用特制转运托架运输，以防转运变形。

（3）分段中合拢和大合拢过程的控制 合拢前严禁将甲板段和风道壁板在合拢口的绑材拆除，以免造成翻身吊运时边口变形；绑材需在合拢焊缝及结构焊接完成后方可拆除。装配和焊接过程中的控制同分段建造，在此不再重复说明。

（4）建造过程中的矫正控制 施工过程中的火工矫正是不可避免的，如果这一关键的环节控制不好，将会造成适得其反的效果。

为此应遵循以下几个原则：

第一，板架的起伏波浪变形的矫正。应先在凹面两侧的骨架背部加热，待尚未完全校平时，在凸起的骨架背面之间用长条形或其他形式的加热法矫正。

第二，同一板格中凹凸变形的矫正。先在骨架背面采用单或双线加热，温度不宜过高；再在凹凸变形的交界处，采用长条形、短条形、中短直形或十字形加热进行矫正。注：条状加热比点状加热速度快、效率高，而点状矫正很容易使板材矫僵；不建议采用。

第三，板架边缘失稳变形的矫正。先用长条形加热法，矫正靠近变形部位的一段骨架处的起伏波浪变形和“瘦马”变形，再用三角形加热法，矫正板架自由边缘的失稳变形。

第四，拼板对接缝起折变形的矫正。先用短条形加热法矫正纵向弯曲，再用长条形加热法在焊缝两边加热矫正起折的变形。

第五，为避免由于局部加热面引起的立体分段总的变形，矫正的操作应自下而上的进行。而在矫正几幅毗邻并列的变形时，应间隔一幅进行矫正；这样间隔幅内的变形挠度会因毗邻板幅的收缩而减小，有利于加速矫正。

第六，在矫正两个相邻而刚性不同的结构时，应先矫正刚性较大的结构；而矫正板架结构时，先矫正骨材的变形，后矫正板材的变形。

第七，在矫正有开孔或自由边缘的板架结构时，应先矫正板架变形，后矫正开孔和自由边缘的变形。

板架结构矫正前后的对比如图3~图4所示。

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图 3

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图 4