火工在船体建造中的应用

摘 要：火工是船体建造中常用的一门工艺技术，主要可分为两个方面火工加工和和火工矫正。因此，本文就火工在船体建造中的应用进行分析与探讨。

关键词：火工；船体建造；火工加工；火工矫正

火工是一门用于处理热变形的工艺技术，即是指对钢材进行加热处理，当钢材上升至一定温度然后通过火工加工和火工矫正，使钢材形成特定形状。由于现代钢质船舶制造过程中需要大量采用矫正变形，而钢质船舶的体积和质量都较大，只能使用火工进行矫正变形。

一、火工加工

火工加工主要能够分为两种方法，一种是整体加热弯曲方法，另一种是局部加热弯曲方法。整体加热弯曲的方法指的是在加热炉中对放入的工件进行整体加热，钢材加热至一定温度强度就会降低，而塑性会增大，这时对工件进行强制弯曲，待工件温度冷却后就会成弯曲形状。在船体建筑中局部加热弯曲的加工工艺主要包括两种，分别是火焰弯板以及水火弯板。其中采用火焰弯板加工工件时采用氧-乙炔焰，而钢材具有热胀冷缩的特性，当钢材加热至一定温度工件就会弯曲成形；水火弯板加工主要是在加热工件表面局部时同时对工件浇洒冷水，使工件弯曲成形。

（一）火工加工原理

如果一块平整的钢板需要变成弯曲形状，通过收缩钢板四个角就能够实现；若是需要将已经是弯曲形状的钢板成为平面，则通过收缩钢板中间能够实现。钢具有可塑性和延展性，同时具有热胀冷缩的特性，因此，火工加工的原理就是通过加热钢板的不同部位，利用钢热胀冷缩的特性，施加外力对钢板进行捶击，从而将钢板加工成符合船体建造需求的形成，例如双向曲度船壳板等。

（二）火工加热方法

火工加热方法主要是采用氧-乙炔焰加热钢板，壳体要求不同加热火圈的温度、大小、形状也不同。通常情况下，加热壳板中间部位的火圈其形状为圆形，直径为60毫米左右；加热壳板边缘部位的火圈其形状为V形，深度大约为80毫米，宽度大约为60毫米；加热条状过程中，为了防止构件边缘发生收缩而出现起皱情况，应将加热点控制在距离壳板边缘适宜的距离，其直径为100毫米左右，通常加热线长度为150毫米，加热线宽度为13毫米左右。采用水火弯板加工时，加热线长短、疏密和位置严重影响着板材成形效果。其中加热线位置影响着板材成形，而加热线长短、疏密影响着成形效果。

（三）火焰性质

氧气供给数量不同，产生的火焰性质也不同，主要包括以下三种火焰性质：第一种，氧化火焰。氧气量超过燃烧所需量，会生成明亮、短且边界清楚的火焰即氧化火焰。氧气量过多，就会在加热物表面生成一层氧化铁皮，该氧化铁皮非常薄，但是却会导致工件厚度降低，增加了下道工序作业难度，若是处理不当，还会对工件加工质量造成影响。第二种，还原火焰。氧气量少于燃烧所需量，会生成暗红色、尖端有黑烟的火焰即还原火焰。氧气量较少，会导致燃料燃烧不充分，工件溫度升高慢且温度不会太高。使得生成效率被降低，还浪费了燃料。第三种，中性火焰。氧气量与燃烧所需量相等，生成颜色鲜红、透明的火焰即中性火焰。中性火焰具有温度高、加热耗时少、氧化铁皮出现机率小、节约燃料的特点，是最适合用于加热刚才的火焰，但是中性火焰具有控制难的缺点。

（四）加热温度

加热温度主要由加工方法和工件厚度决定。通常情况下采用局部加热弯曲加工方法产生的温度要低于整体加热弯曲加工方法。加热刚才时最高温度不宜超过1100℃，最低温度宜控制在500℃以上。压制钢材时的终压温度宜控制在850℃以上。现代化钢质船体建造时采用的钢材在加热时，当加热温度从0℃上升至300℃左右时，这时材料的相关强度会达到最大值，塑性会快速降低，处于蓝脆温度。在蓝脆温度通常不能进行捶击加工，与此同时还应避免出现过热或过烧情况[ 1 ]。

二、火工矫正

（一）火工矫正原理

火工矫正与火工加大的基本原理一致，但是两者约束条件不同，火工矫正可以看作是火工加工的逆过程。火工矫正就是指在已经变形的结构中通过火工矫正变形，从而形成全新的永久性的变形。要想顺利完成火工矫正就必须对构件局部加热面积进行补充，扩大构件局部加热面积。最终获取的结果就是金属加热部分在加热时受热胀冷缩特性影响从而形成永久性变形。当过程结束后，金属中没有手段加热的部分会产生拉应力作用，再此作用下发生变形的结构也会发生变形，最终恢复平直。这种拉应力的大小、分布情况在很大程度上影响着结构矫正质量与效果。而产生的应力状态由加热形式决定[ 2 ]。

（二）火工矫正加热形式

1.圆点形加热矫正法

采用氧-乙炔焰进行加热，采取圆状循环游动的方式均匀加热需要进行矫正的部位。矫正板厚度决定着圆点火圈大小，矫正板越薄，火圈越小。矫正板弯曲挠度决定着火圈密度大小，挠度越小，火圈密度越小。

2.长条形加热矫正法

长条形加热矫正法适用于板架凸弯区域，加热区形状为长条形。长条形加热矫正法具有加热面积小，获取的矫正效果与圆点加热一样的优点。矫正板厚度决定着长条形加热带宽度。矫正板为薄板时加热带宽度大，则板材表面容易失稳而发生起皱情况，从而对板材外观质量造成严重的影响。矫正为厚板时，加热带宽度小，则没有足够的热量施加在板材上，矫正效果不理想。长条形加热方法较多，常用的有：格子状加热法、线状加热法、十字状加热法、放射状加热法、短条状加热法[ 3 ]。

三、结语

综上所述，火工加工和火工矫正是现代化船体建造中必须应用到的工艺技术，而火工加工和火工矫正在船体建造中应用的效果与加热方法、加热形式、加热温度、火焰类型等方面有密切关联。

参考文献：

[1] 刘雪梅.火工在船体建造中的应用[J].中国重型装备，2008，04：43-45.

[2] 钟广军，毛申飞.铝合金船体焊接变形及其控制措施[J].船舶与海洋工程，2016，05：73-79.

[3] 周海伦.船体结构焊接变形的控制与火工矫正探讨[J].工程建设与设计，2016，08：150-151.

作者简介：郭盛（1987-），男，江苏扬州人，助理工程师，本科，研究方向：船体技术。