船舶钢结构变形火工矫正方法分析

甄咏鹏，邹涛

（南通泰胜蓝岛海洋工程有限公司，江苏 南通 226200）

船舶生产制造阶段，不难发现船体结构十分复杂，故而施工实践中出现变形情况也在所难免，且变形表现出多样化特征，但是细致分析后也是有一定规律可以遵循的，具体是参照其变形特征进行归类。这样工作人员就可以参照不同变形特征，选择相适宜的火工矫正技术方法，进而实现修整变形问题，优化船舶钢结构的制造效果，为我国船舶行业健康、快速发展创造更优良的基础。

1 火工矫正的概述

（1）火工矫正等同于利用火焰加热作用，诱导钢材偏短位置的纤维延长或者使较短部位的纤维发生短缩，最后使钢材发生反变形，这样构件便能达到平直及某一几何形状提出的要求，和技术标准提出的工艺方法相吻合。

（2）矫正方法的技术原理可以做出如下阐述：利用钢材持有的塑性、热胀冷缩属性，在外力或者内应力的作用下使其出现反变形，剔除钢结构的弯曲、翘曲、外观凹凸不平整等质量问题，最后实现预期的矫正目标。

（3）校直、校平、矫形等是火工矫正工艺的常见形式。

（4）点状、线状及三角形加热是火工矫正经常采用的加热方法。点状加热即参照钢结构特征与变形状况，能够加热一点或多点；线状加热阶段，火焰顺沿直线自身位置发生偏移或者在宽度方向同时进行横向摆动，通常会将宽度控制未是钢结构厚度的0.5～2倍，适用于变形程度或刚性较大的结构矫正领域中；三角形加热阶段会出现加大收缩量，多用于矫正厚度偏大、刚性较强的钢材出现的弯曲变形问题。

（5）温度控制：针对低碳钢与普通低合金钢的热矫正，通常将其控制在600～900℃中，热塑性变形的理想温度区间是800～900℃，但要≤900℃。若进一步提升加热温度，则会造成钢材内部组织出现一定改变，晶粒延长，钢材品质降低。

2 船舶钢结构常见变形及矫正方法

2.1 “瘦马”变形

可以采用线形加热法处理该类变形问题，推荐应用水火矫正。将加热线设置在骨架背部，业内将其叫做“背烧”。若通过检测发现结构变形较为严重，则可改用双条加热线，具体是施加在骨材背部两个侧端的焊脚处；而如果形变量较小，可直接应用单条加热线，将其设置在骨材背部的中心。“瘦马”变形矫正过程中应加强温度的控制，不可过高，工人可采用加热温度的下限。若船体钢材变形较严重时，可以利用跳格方法实现“背烧”。

2.2 波浪变形

该种缺陷问题矫正时采用的方法和“瘦马”变形矫正有较大相似点，采用线形加热法进行，两者唯一的不同是实践操作时需要细分为两个阶段推进。同样要求变形矫正时温度不可过高，应参照变形量具体检出值，酌情选用水火矫正工法，矫正操作时，应注意如下问题：第一阶段推进时，工人最好不要先焚烧外凸的一面，特别是外凸面的中间位置，以规避出现应力集中问题而引起塑性变形情况。

2.3 失稳变形

钢构件薄板开孔处经常出现该种变形问题，矫正过程中先矫正的目标对象是开孔区的“瘦马”与波浪变形，而后参照开孔周边的变形实况，配合使用线形加热法依照图1所示次序进行处理。矫正修复开孔的失稳变形情况时，若加热区仅设置在变形的中间部位或开孔边界，则通常很难取得较理想的矫正效果。通常状况下，加热线由开孔周边朝中心缓缓移动，终末点务必抵达开孔边界。

图1 失稳变形火工矫正的图示

2.4 他类变形

鉴于船体结构复杂的现状，其施工生产阶段出现的变形类型也不唯一，表现出多样化特征，除了以上阐述的几种较典型的变形缺陷矫正工艺外，利用火工矫正法处理其他变形问题，配合使用适宜的辅助工具，通常能取得满意的矫正效果。这就预示着在具体施工操作前，相关人员一定要全面分析影响焊接质量、引起变形问题的各项因素，并且遵照有助于提升工效、维护高品质与降低劳动强度的原则，选用适宜的工具落实矫正任务。这里笔者需重点提及的内容是，采用辅助工具变形量是1.8641mm,和焊接4块三角板阶段变形量最大值-2.6209mm做比较，变形量会减少0.8mm左右，取得的成效是显而易见的。

统计并观察以上两种方案实施后成果产出情况，发现Z方向上的变形量大小和三角板数目多少之间有正比例关系；但如果三角板用量过少，那么，在现实焊接施工时，很可能无法精准控制腹板在Y方向的变形过程而出现明显偏移，增加了倾斜、弯曲等不良情况发生的概率。并且焊接构件的强度、刚度与承载力均可能下降而和设计要求间存在出入，因此，要确保投用三角板数目的适宜性。

3 板单元件火工矫正技术

3.1 确定结构局部凸显变形部位

（1）把板单元结构侧朝向上方，纵向结构平稳安放在矫正平台胎架模板上部。

（2）把板单元横截表面板边界的波浪变形凹陷处设定未主要参照凭据，细致观察纵向结构与板边波浪变形外凸处，比较变形量大小以及方位，确定构件发生外凸变形的大体部位。

（3）在大致确定构件的变形部位后，按序观测角焊缝以及其周边钢板、U肋转角部位及U肋上表面钢板。若局部位置发生外凸，通过脚踩、手触感受碰到尖状物体时，便能够进一步确定具体部位。对该处进行敲击处理，如果产生实音，那么，该部位就是应力凸显处。相比之下，角焊缝边界钢板的外凸变形最显著。

3.2 矫正参数

（1）加热次序：其直接影响着构件的火工矫正效果。矫正处理时，横向角变形问题矫正在前，纵向结构弯曲变形矫正在后，横向角、纵向弯曲变形的加热次序、方向等参数也存在一定差异。

图2 背向U肋结构面角变形

（2）加热部位：在确定加热部位前，相关人员要综合多方面因素，分析焊接时收缩应力的作用部位，选用与之相适应的方法进行加热处理，实现反向收缩，构建火焰矫正和焊接收缩变形两者的平衡关系，最后实现复原构件焊接前几何样态的目标。在采用线状加热法矫正横向角变形加热部位时，若图2是其变心表现，则选取板单元角焊缝热影响区域钢板位置作为加热部位，加热线段与角焊缝长一致。

纵向弯曲变形缺陷矫正处理前，一定要认真观察板面边缘变形特性，在横向角变形平面平整度符合要求以后，再对纵向弯曲行矫正处理。若选用线状加热法处理U肋结构时，则将起火部位选定在焊缝热影响区，抵达另一侧角焊缝位置熄火，且于U肋转弯部位略作停滞，借此方式形成温度梯度。

（3）加热温度：在具体施工实践中，加热温度和加热区域形状共同决定着钢结构矫正收缩的变形量。在加热次序、部位均准确的工况下，保证加热温度均匀、加热区形状准确，有益于提升构件变形问题矫正处理的成功率。可选用中性焰加热矫正钢箱梁内δ≥10mm的板单元件，在和焰心相距2～4mm位置将中性焰的最高温度控制在3050～3150℃，加热时联合采用点温计精确调控加热温度。为了规避钢板局部过烧的情况，明确要求火焰在单点上停滞时间不可过长，具体是参照被矫正钢板厚度所需的加热温度去设计停留时间，利用点温计控制加热温度，严禁出现＞900℃的情况。横向角变形问题矫正阶段，通常将其首次加热温度控制在600℃上线，于长度1000mm范围中进行试验检测，首次加热自然冷却后，若检测到其收缩变形量没有抵达设计要求，那么，可以在同个部位重复进行第2次加热过程,同个部位的加热次数要≤3次。

4 结语

目前，在国内外船舶制造企业中，火工矫正技术方法有较广泛应用，其实质上就是通过热处理过程纠正钢结构的变形问题，这种操作能提高结构的自体应力，对其结构性能形成不同程度影响。另外，火工矫正仅能实现修整结构变形问题，并不能控制变形过程。为减少或规避船体钢结构发生变形情况，实践中应合理采用防变形、预加反变形量及选用适宜的焊接工艺等技法。