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如何防止船舶在建造过程中的变形问题?采取哪些工艺措施和工装设备来保证船体的精度?
2024年12月14日 13:06   浏览:0   来源:货代小哈哈

一、防止船舶建造过程中变形的原因分析


在船舶建造过程中,船体变形主要是由焊接、装配过程中的应力、重力以及外部环境等因素引起的。


  • 焊接应力:焊接是船舶建造中最主要的连接工艺,焊接过程中,焊缝及其附近区域会产生不均匀的热应力。当这些应力超过材料的屈服极限时,就会导致船体板材和构件发生变形。例如,在焊接船板时,焊缝处温度迅速升高,随后又快速冷却,这种热循环过程使得焊缝金属收缩,从而产生拉应力,周围的金属则受到压应力,导致板材产生弯曲、扭曲等变形。

  • 装配应力:在船体装配过程中,如果构件的安装位置不准确、强制装配或者装配顺序不合理,都会产生装配应力。比如,将尺寸稍有偏差的构件强行安装在一起,就会在构件内部产生额外的应力,进而引起变形。

  • 重力影响:大型船体结构在建造过程中,自身重力的分布也会导致变形。例如,在分段建造过程中,当一个分段的一侧安装了较重的设备或构件,而另一侧没有相应的配重时,就会因为重力不均衡而产生弯曲变形。

  • 外部环境因素:环境温度和湿度的变化也会对船体材料产生影响。例如,在高温环境下进行装配和焊接,材料的热膨胀可能会导致装配精度下降;而在湿度较大的环境中,某些材料可能会吸收水分而产生膨胀变形。

二、防止船舶建造过程中变形的工艺措施

(一)焊接工艺措施


  • 合理的焊接顺序

    • 制定焊接顺序时,应遵循分散应力、对称焊接的原则。例如,对于船体板材的拼接焊缝,应采用从中间向两端或者从两端向中间逐步焊接的方式,避免焊缝集中产生过大的应力。对于有多个构件的焊接结构,要先焊接对结构变形影响较小的次要焊缝,再焊接主要焊缝。

    • 在焊接船体外板时,可采用分段退焊法或跳焊法。分段退焊法是将焊缝分成若干小段,每段按照逆向焊接的方式进行,这样可以使焊缝的热应力分布更加均匀;跳焊法则是间隔一定距离进行焊接,让先焊接的部分有时间散热,减少热积累和变形。

  • 控制焊接参数

    • 根据船体材料的种类和厚度,合理选择焊接电流、电压和焊接速度。焊接电流过大,会使焊缝金属过热,导致较大的收缩变形;焊接速度过慢,同样会增加热输入,产生变形。例如,对于厚度为 8 - 10mm 的船用钢板,采用二氧化碳气体保护焊时,焊接电流一般控制在 200 - 300A,焊接速度在 30 - 50cm/min 较为合适。

    • 采用多层多道焊工艺可以有效减少焊接变形。多层多道焊时,每一层的焊缝厚度较薄,热输入相对分散,能够减小焊接应力。而且,后一层焊缝对前一层焊缝有一定的热处理作用,可以改善焊缝组织,减少变形。

(二)装配工艺措施


  • 精确的零件加工和预装配

    • 在零件加工阶段,要严格控制零件的尺寸精度。采用高精度的切割设备(如数控等离子切割机或激光切割机)来保证零件的边缘精度和平整度。对于一些重要的构件,如肋骨、横梁等,加工精度要控制在毫米级以内。

    • 预装配是在正式装配之前对部分构件进行组合和调整。通过预装配,可以发现构件之间的配合问题,并及时进行修正。例如,在预装配船体分段的框架结构时,检查肋骨与横梁之间的角度和连接尺寸是否符合要求,对不符合的部分进行调整,避免在正式装配时产生强制装配和应力集中。

  • 合理的装配顺序和方法

    • 装配顺序应根据船体结构的特点和受力情况来确定。一般先进行底部结构装配,再装配舷侧和甲板结构。在装配过程中,要采用合理的支撑和定位方法。例如,在装配大型船体分段时,使用可调式支撑装置来保证分段的水平度和垂直度,防止因自重而变形。

    • 对于一些精度要求高的构件,如主机座、舵机座等,可采用无余量装配方法。这种方法要求在零件加工阶段就精确计算尺寸,在装配时直接将构件安装到设计位置,不预留余量进行二次切割或调整,从而保证装配精度和减少变形。

三、防止船舶建造过程中变形的工装设备

(一)焊接工装设备


  • 焊接反变形装置

    • 焊接反变形装置是一种在焊接前预先设置与焊接变形方向相反变形量的工装。例如,对于船板的对接焊缝,在焊接前可使用楔形垫板将船板预先垫起一个合适的角度。在焊接过程中,当焊缝收缩产生变形时,正好抵消预先设置的反变形量,从而减少最终的变形。反变形量的大小要根据船板的厚度、焊接工艺等因素通过试验来确定。

  • 刚性固定夹具

    • 刚性固定夹具可以限制焊接构件的自由度,减少焊接变形。在焊接船体肋骨等构件时,可使用专门的夹具将肋骨固定在胎架上。夹具的设计要考虑能够牢固地夹紧构件,同时又不影响焊接操作。例如,采用带有可调节夹头的夹具,能够适应不同尺寸的肋骨,并且可以根据焊接顺序适时松开和夹紧部分区域,以控制应力释放。

(二)装配工装设备


  • 胎架

    • 胎架是船体分段装配的重要工装设备。它能够为船体分段提供精确的外形和尺寸基准。胎架的设计要根据船体分段的形状和尺寸来定制。例如,对于曲面船体分段,胎架的表面要按照船体的曲面形状进行制造,精度要达到毫米级。在装配过程中,将船体分段的构件放置在胎架上,可以保证构件的位置准确,并且能够承受构件的重量,防止因重力而变形。

  • 激光测量和定位系统

    • 激光测量和定位系统可以实时、精确地测量船体构件的位置和尺寸。在装配过程中,利用激光经纬仪或全站仪等设备,对船体构件进行三维空间定位。通过与设计模型中的数据进行对比,及时发现装配偏差,并进行调整。这种系统能够大大提高装配精度,减少因定位不准确而产生的变形。


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