船体整体建造中应力集中的消除技术

2019-03-12黄坚

珠江水运 2019年3期

黄坚

摘要：船舶的性能与建造过程中的焊接工艺参数有着密切的关联，如果焊接部位出现应力集中现象，将会对船体的强度造成影响。基于此，文章分析了船舶整体建造过程主要部件的质量控制，围绕建造过程中针对消除应力集中的工艺展开探究，总结产生应力集中现象的主要原因，并在此基础上制定出合理的工艺方案，可为相关施工人员提供参考。

关键词：船舶建造焊接工艺应力集中

随着船舶制造业的发展，对船舶整体质量提出了较高的要求，由于船舶的特殊性，在建造过程中通常采用整体建造法，但在此过程中各类受力构件极容易受到影响，会在局部位置产生应力集中现象，进而致使结构变形。基于减少应力集中的目的，在建造过程中应具有针对性地制定出合理的施工工艺，由此消除应力集中现象，确保船体建造质量。

1.船舶整体建造过程主要部件的质量控制分析

1.1船舶整体建造船台地基的质量控制

在进行基础船台建造时，宜引入重型压路机，由此提升碾压质量，确保船台的承压能力达到设计标准。在压实过程中，应对左右舭部等部位进行浇筑处理，由此形成边长为0.75m的方形水泥墩。在此部分结构的作用下，可以显著提升船台的承载能力。在设置好方形水泥墩后，应在其中选定10来个固定监测点，由此展开检测工作，全面掌控船体变形特性。

要想全面提升船体胎架质量，就必须做好前期的设计工作，首先对船体基线进行测量，由此明确船台的首尾高差情况；对船舶的结构形式进行分析，以此为参考确定主胎架龙骨的数量，而后采用铁墩对其进行定位处理，进而提升其稳固性。根据船舶的使用需求，单个墩的承载量至少应达到10t。此外，在确定胎架龙骨间距时，应综合参考主龙骨的间距，二者应具有一致性，而后使用测量工具对胎架龙骨的平整度进行测量，确保二者共处一个平面上。

1.2船舶整体建造船台龙骨板铺装及底板肋骨线勘划的质量控制

（1）在实际操作过程中，应注重激光经纬仪的摆放位置，即需要位于船台中心线的端点位置，而后发射激光至尾端位置。此时需要设置多个点，将其连接后便可成为船台中心线，各个点的距离宜控制在1.5～2m范围内。

（2）当结束船台的铺装作业后，应在船台底板中心线上画出对应的肋骨位置线，线应由多个跨档点构成，而后对肋骨进行编号，赋予其独一的身份。

（3）在高度标杆上设置高度线，此外还需要设置基准水线等各类理论高度线。经过此环节后，可以提升后续船台铺装等作业的精确性。

2.船舶整体建造过程消除应力集中工艺分析

2.1采用合理的焊接顺序和方法

（1）无论是钢板还是焊缝，必须确保其一侧具有一定的自由收缩性。

（2）对焊缝的性质进行分析，对于刚性拘束较小的焊缝应优先进行处理。

（3）若出现构架与板接缝相交的情况，此时在形成对接缝的同时还会形成角接缝，在焊接时应优先对前者进行处理。

（4）对所需焊接的部位进行分段，在焊接过程中首先需要对中部进行焊接，而后向左右两端同时延展，由此提升结构的均匀性。

（5）对于存在于同一断面内的构件而言，应注重焊接工序：首先进行大接头对接缝的处理，当结束此部分作业后，再对其他构件对接缝进行处理，最后进行角焊缝处理。基于此方式，可以大幅缓解大接头的残余拉应力。

（6）若角接缝的位置贴近大接头肋骨处，此时应优先对大接头进行焊接，而后再进行此部分焊接。

2.2选择合理的焊接工艺参数

在确保焊接质量的前提下，应在最大程度上减小焊接线能量，具体来说：对于手工电弧焊方式而言，应将焊接电流稳定在下限状态，此时可以缓解焊件的受热程度，削弱焊接的残余应力。

2.3预留变形余量

在进行装焊补板作业时，受其结构特殊性的影响，无法进行自由的收缩，此时便会产生应力集中现象，并致使结构出现裂纹，在对焊缝进行焊接作业时会产生一个较大的拉力，此时结构板出现拉平现象，进而减小焊接残余应力。

2.4焊接电流电压的控制

在整个船舶建造过程中广泛使用了手工电弧焊技术，其技术施工原理见图1，该技术对焊接電流的依赖程度极高，当电流值超出正常范围时便会出现焊缝熔深现象，此时极容易形成结构凸起；当电流值低于正常范围时，便会存在难以起弧的问题，并对焊接进度造成影响，极容易出现熄弧现象。在船舶建造过程中，应对焊条的直径进行分析，以此为参考设置合理的焊接电流值。在实际操作过程中，诸如药皮等材料均会对电流造成影响，因此即便焊接电流足够大，但受药皮高度导电性的影响，便会导致木材出现过热脆化现象。此外，当熔池凝固所需的时间较长时，焊缝的宽度也将随之增加；当焊接速度超出正常范围时，便会缩短熔池冷却时间，此时极容易出现气孔、裂缝等现象。在确定焊接速度时，应对焊接运条方式进行分析。通常情况下，运条方式大多表现为横向摆动式。由于船舶工程对焊缝的晶粒密度提出了较高的要求，因此在建造过程中应遵循多道、多层的焊接方式。

3.焊缝缺陷产生原因及防止措施

总结船舶建造经验可知，焊缝的形式多种多样，对应的成因也存在差异，此时需要采取针对性的措施加以解决，具体内容如表1所示。

船舶建造是一项极为复杂的工程，其与船体构件有着密切的关联。在船舶建造过程中，需依据所选用的构件确定合适的焊接速度，设置监测点频繁对船台基线等参数进行测量；并展开数据对比工作，明确船体结构的变形状况，由此做出针对性的改正，从最大限度上缓解应力集中现象。

4.结束语

综上所述，在船舶建造过程中极容易受到应力集中现象的影响，此时构件会出现明显的开裂现象。对此，文章提出了可行的应力集中消除措施，具体涉及焊接工序、工艺参数以及电流控制等多方面内容，基于多方位的工作，最终消除应力集中现象，推动船舶建造工作的开展，提升船舶的整体性能水平。