铝合金船体焊接变形及其控制措施
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时间：2017-12-16
一、影响铝合金焊接变形的因素
（一）铝合金自身特性的影响
铝合金具有很多特点，例如，硬度小、导热系数以及线膨胀系数大等，这些特点导致在焊接过程中容易发生变形。除此之外，原材料本身具有一定应力，这些应力会在辊轧、成型、切割等过程中产生，同时存在于结构装配以及焊接之前。在进行焊接时，由于会有一定的热量输入，这就会造成部分应力的消除，但是铝合金变形的结果是由两者综合作用导致的。长建的船舶焊接变形主要包括：（1）“瘦马”现象，这种现象主要存在于船体外板或者是上层建筑骨架焊接处。（2）起伏波浪变形。这种变形主要产生于薄板结构中，是板架变形的一种。（3）船体局部变形。与钢材料相比，铝合金线膨胀系数是其2倍左右，在进行焊接時焊接部分会发生凝固，进而会导致体积收缩，收缩率在6%-7%，所以在进行焊接时由于用力收缩会造成焊接裂纹出现。与钢材料相比，铝的弹性模量约是其1/3，与若是结构条件相同，铝合金的焊接变形明显大于钢材料焊接变形，约2倍左右。
（二）热量的影响
由于焊接过程中会有一定热量产生，影响构件内部应力，因此，在进行焊接时存在一些错误观念：焊比不焊好、焊得多比焊得少好及连续焊比间断焊好。应该建立正确的思想观念，在确保构件强度的基础上焊得越少越好，这种观念。对于减少焊接变形具有非常重要的作用。在确保焊接工作顺利进行的基础上，角度、坡口形式以及间隙等应该进行合理选择，同时还应该确保数量越少越好，控制金属熔敷量，只有这样才能减少热量的输入。热量输入会直接影响焊接变形的大小，除此之外，焊接变形的大小还受热源性质以及加热方法的影响。在进行焊接时，热量，属于导致变形出现的一项主要因素，所以在整个焊接过程中应该加强对热量的控制。若是在进行局部预热时的方法不恰当，就会导致焊接变形的增加。
（三）焊缝尺寸、数量和位置等的影响
1、焊缝尺寸与数量
焊接收缩量会受到焊缝长度以及截面积大小的影响。通常情况下，焊缝纵向收缩量会与焊缝长度之间成正比，而横向收缩量则会与焊缝宽度之间成正比。若是焊缝尺寸大以及数量较多时，就会导致焊接变形以及用力不断增大。板厚直接关系着焊缝尺寸，若是板厚固定，一旦焊缝尺寸过大，就会导致焊接变形增大。所以应该根据板厚对焊缝尺寸进行科学合理的选择，这样一来不仅可以降低焊接变形，还能够有效节约焊接材料。
2、焊缝位置
焊缝位置也会对焊接变形产生直接影响。若是焊缝位置以及结构重心线之间不对称，就会产生较为复杂的变形，例如，不仅会发生纵向与横向变形，还会出现弯曲变形。倘若船舶在船台上进行装配时，在对甲板和上层建筑进行焊接时，会对艏艉上翘产生较大影响，这种情况出现的原因是，焊缝的位置在中和轴以上，与此同时，距离中和轴位置相对较远。构建结构出现弯曲变形的一项主要影响因素就是焊缝位置。在设计焊接结构时，需要对焊缝位置进行对称性布置，若在实际操作过程中无法完成对称，那么需要在焊接过程中采取反变形措施加以控制。
二、预防与减少铝合金焊接变形的措施
（一）结构设计
1、在船体结构设计时应考虑船体总段划分的可行性，以使船台的焊接工作量减至最少。
2、尽量减少焊缝数量
选用大尺寸板材，或选用槽型舱壁、压筋板及带筋板结构代替有扶强材的焊接结构。
3、合理设计结构形式及焊缝位置
对薄板应选择合适的板厚，减小骨架间距及焊脚尺寸，以提高结构的稳定性，减少波浪变形；焊缝尽可能平行于要求焊接变形最小的方向等。
4、选用焊接线能量较低的焊接方法。
（二）舾装件布置形式
为了尽可能减小直舱壁板发生意外事故，所以应该在施工的过程中尽量避免出现太多焊接点。在焊接的是不仅要具备必须用到的扶强材之外，还应该具备轮机、电气及舾装等专业的各类舾装件，这些舾装件与分段的接口形式在设计时就应避免直接焊接于舱壁板上，应尽量焊接于壁板扶强材上，这样就可减少舾装件与舱壁板的焊接工作量，避免出现安全隐患。
（三）焊接控制
对于铝合金的焊接应该有严格的控制，需要有固定的场地人员以及焊接设备。首先，必须有一个场地，能够确保长时间工作且不受自然环境影响，尽量不耽误焊接进程；其次，要对施工人员进行技能培训，经过考核后才能上岗工作，施工人员要了解各种施工、焊接清洁、变形校正等要求，精准控制焊接；最后，还要有固定的设备，既利于施工人员熟悉设备的使用，也能提高焊接效率，优化设计铝合金焊接方案，实现完美焊接控制。
（四）精心施工
任何施工过程，都要求施工人员精心细致，因为精心施工影响着施工质量及应用安全。铝合金的焊接更应该从始至终精心施工，为了尽可能减少焊接变形程度而耐心细致，精工细作。
结束语
总而言之，上文主要就铝合金船体结构、焊接技术、辅助工具等方面存在的问题以及解决措施进行了描述，因此，在生产铝合金船体时，要控制薄板厚度，尽量减少对环境的依赖性，提高焊接技术及操作性，能够很好地校正薄板变形的情况使之达到正常范围内，如此便可为铝合金船体生产积累经验，有利于更好地支撑铝合金制品的制造，推动批量化生产的步伐及铝合金行业的发展。
参考文献
[1] 洛巴诺夫ЛМ，巴辛НА，米霍杜伊ОЛ，等.АМг6铝合金及其焊接接头电动加工处理法效果[J].自动焊，2012（1）：3-8.
[2] 余望喜，张伟.半潜式钻井平台船体建造方法研究[J].船舶与海洋工程，2013，29（1）：54-58.
[3] 李标峰.船用铝合金焊接及其船体建造工艺[M].北京：国防工业出版社，2005.
（一）铝合金自身特性的影响
铝合金具有很多特点，例如，硬度小、导热系数以及线膨胀系数大等，这些特点导致在焊接过程中容易发生变形。除此之外，原材料本身具有一定应力，这些应力会在辊轧、成型、切割等过程中产生，同时存在于结构装配以及焊接之前。在进行焊接时，由于会有一定的热量输入，这就会造成部分应力的消除，但是铝合金变形的结果是由两者综合作用导致的。长建的船舶焊接变形主要包括：（1）“瘦马”现象，这种现象主要存在于船体外板或者是上层建筑骨架焊接处。（2）起伏波浪变形。这种变形主要产生于薄板结构中，是板架变形的一种。（3）船体局部变形。与钢材料相比，铝合金线膨胀系数是其2倍左右，在进行焊接時焊接部分会发生凝固，进而会导致体积收缩，收缩率在6%-7%，所以在进行焊接时由于用力收缩会造成焊接裂纹出现。与钢材料相比，铝的弹性模量约是其1/3，与若是结构条件相同，铝合金的焊接变形明显大于钢材料焊接变形，约2倍左右。
（二）热量的影响
由于焊接过程中会有一定热量产生，影响构件内部应力，因此，在进行焊接时存在一些错误观念：焊比不焊好、焊得多比焊得少好及连续焊比间断焊好。应该建立正确的思想观念，在确保构件强度的基础上焊得越少越好，这种观念。对于减少焊接变形具有非常重要的作用。在确保焊接工作顺利进行的基础上，角度、坡口形式以及间隙等应该进行合理选择，同时还应该确保数量越少越好，控制金属熔敷量，只有这样才能减少热量的输入。热量输入会直接影响焊接变形的大小，除此之外，焊接变形的大小还受热源性质以及加热方法的影响。在进行焊接时，热量，属于导致变形出现的一项主要因素，所以在整个焊接过程中应该加强对热量的控制。若是在进行局部预热时的方法不恰当，就会导致焊接变形的增加。
（三）焊缝尺寸、数量和位置等的影响
1、焊缝尺寸与数量
焊接收缩量会受到焊缝长度以及截面积大小的影响。通常情况下，焊缝纵向收缩量会与焊缝长度之间成正比，而横向收缩量则会与焊缝宽度之间成正比。若是焊缝尺寸大以及数量较多时，就会导致焊接变形以及用力不断增大。板厚直接关系着焊缝尺寸，若是板厚固定，一旦焊缝尺寸过大，就会导致焊接变形增大。所以应该根据板厚对焊缝尺寸进行科学合理的选择，这样一来不仅可以降低焊接变形，还能够有效节约焊接材料。
2、焊缝位置
焊缝位置也会对焊接变形产生直接影响。若是焊缝位置以及结构重心线之间不对称，就会产生较为复杂的变形，例如，不仅会发生纵向与横向变形，还会出现弯曲变形。倘若船舶在船台上进行装配时，在对甲板和上层建筑进行焊接时，会对艏艉上翘产生较大影响，这种情况出现的原因是，焊缝的位置在中和轴以上，与此同时，距离中和轴位置相对较远。构建结构出现弯曲变形的一项主要影响因素就是焊缝位置。在设计焊接结构时，需要对焊缝位置进行对称性布置，若在实际操作过程中无法完成对称，那么需要在焊接过程中采取反变形措施加以控制。
二、预防与减少铝合金焊接变形的措施
（一）结构设计
1、在船体结构设计时应考虑船体总段划分的可行性，以使船台的焊接工作量减至最少。
2、尽量减少焊缝数量
选用大尺寸板材，或选用槽型舱壁、压筋板及带筋板结构代替有扶强材的焊接结构。
3、合理设计结构形式及焊缝位置
对薄板应选择合适的板厚，减小骨架间距及焊脚尺寸，以提高结构的稳定性，减少波浪变形；焊缝尽可能平行于要求焊接变形最小的方向等。
4、选用焊接线能量较低的焊接方法。
（二）舾装件布置形式
为了尽可能减小直舱壁板发生意外事故，所以应该在施工的过程中尽量避免出现太多焊接点。在焊接的是不仅要具备必须用到的扶强材之外，还应该具备轮机、电气及舾装等专业的各类舾装件，这些舾装件与分段的接口形式在设计时就应避免直接焊接于舱壁板上，应尽量焊接于壁板扶强材上，这样就可减少舾装件与舱壁板的焊接工作量，避免出现安全隐患。
（三）焊接控制
对于铝合金的焊接应该有严格的控制，需要有固定的场地人员以及焊接设备。首先，必须有一个场地，能够确保长时间工作且不受自然环境影响，尽量不耽误焊接进程；其次，要对施工人员进行技能培训，经过考核后才能上岗工作，施工人员要了解各种施工、焊接清洁、变形校正等要求，精准控制焊接；最后，还要有固定的设备，既利于施工人员熟悉设备的使用，也能提高焊接效率，优化设计铝合金焊接方案，实现完美焊接控制。
（四）精心施工
任何施工过程，都要求施工人员精心细致，因为精心施工影响着施工质量及应用安全。铝合金的焊接更应该从始至终精心施工，为了尽可能减少焊接变形程度而耐心细致，精工细作。
结束语
总而言之，上文主要就铝合金船体结构、焊接技术、辅助工具等方面存在的问题以及解决措施进行了描述，因此，在生产铝合金船体时，要控制薄板厚度，尽量减少对环境的依赖性，提高焊接技术及操作性，能够很好地校正薄板变形的情况使之达到正常范围内，如此便可为铝合金船体生产积累经验，有利于更好地支撑铝合金制品的制造，推动批量化生产的步伐及铝合金行业的发展。
参考文献
[1] 洛巴诺夫ЛМ，巴辛НА，米霍杜伊ОЛ，等.АМг6铝合金及其焊接接头电动加工处理法效果[J].自动焊，2012（1）：3-8.
[2] 余望喜，张伟.半潜式钻井平台船体建造方法研究[J].船舶与海洋工程，2013，29（1）：54-58.
[3] 李标峰.船用铝合金焊接及其船体建造工艺[M].北京：国防工业出版社，2005.
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