船舶建造过程中变形的形成 控制与矫正（唐改）

天 津 大 学

（高等教育自学考试）

本科生毕业设计（论文）任务书

天津大学 办学点 船舶与海洋工程 专 业 本科 班

设计（论文）题目：船舶焊接变形的形成、控制与矫正

完成期限：

自 2010年 7月 1日 至 2010 年 12月 30 日 止

指 导 教 师 唐友刚 办学点负责人 黄衍顺

批 准 日 期 学 生 胡东波

接受任务日期 2010.7.1

注：1. 本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。

2.“检查人签名”一栏和“指导教师批准日期”由教师用笔填写，其余各项均要求打印。

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一、设计（论文）原始依据（资料）

船舶建造过程中的变形是一种常见现象，主要是由于船体结构在焊接后产生的局部和整体变形所导致。如不及时采取有效措施，会造成尺寸偏差、结构失稳、强度降低等后果，给下一阶段的焊接和装配工作带来很大困难，不仅导致工期延长，甚至无法达到规范、标准规定的质量要求。

二、设计（论文）内容和要求：（说明书、专题、绘图、试验结果等）

（一）论文内容

针对船舶焊接变形的普遍现象，本文提出了许多降低和消除焊接变形的方法，这些方法各有特点，但由于船体结构的尺寸较大、形状较复杂，因而不易采取单项措施进行处理，必须进行综合治理。据统计 ,现代造船中焊接工作量在整个船体建造总工作量中占相当大的比例 ,焊接的质量和生产效率直接影响到船体的建造周期、成本和使用性能。对船体钢板比较薄的船舶来说 ,焊接引起的变形更为严重 ,如不能很好地控制焊接变形 ,将会给船体装配、主辅机系统的安装带来极大困难 ,甚至达不到质量检验要求 ,施工中焊接变形的控制与矫正显得尤为重要。因此，研究焊接变形产生的原因，对焊接变形产生原因及其影响因素进行分析，针对船体构件建造过程中各个阶段的特点，采取正确的预防和控制措施，合理的对变形进行矫正，对缩短船舶建造周期，提高船舶建造质量具有重要意义。

（二）写作要求

1.数据可靠、推理严谨、理论正确； 2.论述简明扼要、重点突出；

3.层次清晰，语言流畅，符合科技文写作规范； 4.杜绝错别字，字数符合要求。

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附：

设 计 进 度 计 划 表 序 号 起止日期 计 划 完 成 内 容 实 际 完 成 情 况 检查日期 检查人签名 2010.9.1 1 2010.7.1~2010.9.1 查阅文献资料 完成 2 2010.9.3 完成任务书和开题报告 完成 2010.9.12 3 2010.9.15~2010.10.1 完成论文综述部分 完成 2010.10.1 4 2010.10.1~2010.10.30 完成论文理论和方法部分 完成论文应用案例分析部分 完成 2010.10.30 5 2010.11.1~2010.11.30 完成 2010.11.30 6 2010.12.1~2010.12.5 完成论文结论 完成 2010.12.5 7 2010.12.5~2010.12.20 修改完善论文准备答辩 完成 2010.12.20 8 指导教师批准，并签名： 年 月 日

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天津大学高等教育自学考试本科生毕业设计（论文）开题报

告

课题名称 学院名称 学生姓名 船舶焊接变形的形成、控制与矫正 天津大学建工学院 胡东波 专业名称 指导教师 船舶与海洋工程 唐友刚 （内容包括：课题的来源及意义，国内外发展状况，本课题的研究目标、研究内容、研究方法、研究手段和进度安排，实验方案的可行性分析和已具备的实验条件以及主要参考文献等。） 一、课题的来源及意义 本文主要论述焊接变形的形成、控制和矫正，在船体建造过程中，大量焊接构件的变形不利于船体制造精度的控制，从而影响到船舶建造的质量。为此，通过对船体焊接过程中构件焊接变形产生的原因以及影响焊接变形的各种因素进行综合分析，并考虑到船体构件建造过程中各个阶段的特点，总结出了船体建造不同阶段减少船舶焊接变形的结构设计措施和建造工艺措施，从而达到满足船舶强度、使用性和经济性要求。 二、国内发展状况 在我国，从50年代中期开始，焊接造船逐步取代了铆接造船。60到70年代初，开发应用了双丝埋弧焊、垂直气电焊、耐磨及耐腐蚀合金堆焊、各种衬垫单面焊双面成型等高校焊接工艺，水下焊接技术开始发展，造船的材料从低碳钢发展到低合金高强钢，且建造的船舶趋向大型化。70年代末，我国造船业不但能满足国内市场的基本需要，而且焊接质量均符合相关船籍社的要求，80年代，世界造船业普遍萧条，而我国造船业确实一片繁荣。为了适应多造船、快造船的需要，1983年中国船舶工业总公司大力研发和推广应用高校焊接技术，重力焊、低角度弹力焊、CO2气体保护焊、下行焊与高效铁粉焊、单面焊双面成型等方法得到广泛应用。90年代以来，焊接材料不断涌现，焊接设备向多功能、多用途、逆变化、智能化发展。可以预计，随着计算机、微电子、信息传感以及机器人等技术领域的发展，我国的造船技术将会进入国际先进行列。

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三、本课题研究内容、研究方法、研究手段、研究目标 1.研究目标 船舶焊接变形的形成，如何控制和矫正 2.研究内容 解决船舶焊接所产生的变形如何得到综合的控制、矫正，以达到提高船舶建造质量，缩短船舶建造周期的目的。 3.研究方法 本文详细介绍了船舶建造中正确的焊接结构设计、合理的装配焊接工艺、反变形措施、刚性固定法约束控制，提出了在采取控制变形措施后仍无法消除船体件的焊接变形时，可采用的矫正变形的基本方法。 4.研究手段 根据现场测量及相关工艺，运用CAD等相关技术，灵活掌握参考文献以及各类资料所论述的内容，进行相关问题的总结分析。 指导教师、课题组和本人工作办公室具有该方面的图纸和数据，有高级技工的悉心指导，包括原始资料和目前有关焊接状况的相关资料和技术文件，为本次毕业设计奠定了良好基础。 四、进度安排 2010.7.1~2010.9.1 查阅文献资料 2010.9.3 完成任务书和开题报告 2010.9.15～2010.10.1完成论文综述部分 2010.10.1～2010.10.30完成论文理论和方法部分 2010.11.1～2010.11.30完成论文应用案例分析部分 2010.12.1～12.5完成论文结论 2010.12.5～12.20修改完善论文准备答辩 2010.12.30论文答辩 五、参考文献 [1] 叶家玮，现代造船技术概论[M]，广州，华南理工大学出版社，2001． [2] 陈冰泉，船舶及海洋工程结构焊接[M]，北京，人民交通出版社，200l [3] 李亚江，特殊及难焊材料的焊接[M]，北京，化学工业出版社，2003． [4] 孙维善，船舶焊接[M]，北京，国防工业出版社，1992． [5] 王承权，船体结构的焊接变形[M]，北京，国防工业出版社，1978． [6] 王鸿斌，船舶焊接工艺，人民交通出版社，2002 [7] 邓洪军，船舶焊接工艺，人民日报出版社，2005 [8] 田锡唐，焊接结构，北京，机械工业出版社，1996

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[9] 邓洪军，焊接结构生产，北京，机械工业出版社，2003 [10] 陈祝年，焊接工程师手册，北京，机械工业出版社，2002 [11] 英若采，焊接生产基础，北京，机械工业出版社，1996 [12] 赵熹华，焊接检验，北京，机械工业出版社，1992 [13] 寇雄，船舶焊接变形的形成于控制，辽宁工程技术大学学报，2005 [14] 陆伟东，船舶建造工艺[M]，上海，上海交通大学出版社，1991 [15] 陈楚，船舶焊接变形[M]，北京，国防工业出版社，1985 6

摘 要

在船体建造过程中，大量焊接结构的变形不利于船体制造精度的控制，从而影响到船舶建造的质量。为此，通过对船体焊接过程中构件焊接变形产生的原因以及影响焊接变形的各种因素进行综合分析，并考虑到船体构件建造过程中各个阶段的特点，总结出了船体建造不同阶段减少船舶焊接变形的结构设计措施和建造工艺措施，从而达到满足船舶强度、使用性和经济性要求。 关键词：船体建造；焊接变形；控制；矫正

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ABSTRACT

During the process of shipbuilding ,deformation of plentiful welding components makes against precision control of ship construction ,which affects the quality of ship construction .By general analysis of the reasons of causing and affecting ship-hull welding deformation in the process of ship-welding, various methods provided for reducing ship-hull welding deformation in the different phases of shipbuilding is summarized in order to satisfy the requirements of ship intensity and working performance and economy performance also.

Keywords：ship construction; welding deformation; control; rectify

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目 录

第一章 绪论 ..................................... 10 1.1焊接变形的原理和变形种类 ......................... 10 1.2船体焊接应力与变形产生的原因 ..................... 12 第二章 影响船体焊接变形的因素 ................... 15 2.1影响船体焊接变形的因素 ........................... 15 2.1.1焊缝截面积的影响 ............................... 15 2.1.2焊接热输入的影响 ............................... 15 2.1.3焊接方法的影响 ................................. 15 2.1.4接头形式的影响 ................................. 15 2.1.5焊接层数的影响 ................................. 15 第三章 残余应力 ................................. 17 3.1焊接残余应力的分类 ............................. 17 3.2焊接残余应力对焊接结构的影响 ................... 17 3.3减小焊接残余应力的措施 ......................... 18 3.4焊后消除焊接残余应力的方法 ..................... 19 第四章 焊接变形的控制措施和矫正 ................. 23 4.1焊接变形的控制措施 ............................. 23 第五章 总结 ..................................... 31 参考文献 32 致谢 ................................................. 33

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第一章 绪论

在船体建造过程中，大量焊接构件的变形不利于船体制造精度的控制，从而影响到船舶建造的质量。为此，通过对船体焊接过程中构件焊接变形产生的原因以及影响焊接变形的各种因素进行综合分析，并考虑到船体构件建造过程中各个阶段的特点，总结出了船体建造不同阶段减少船舶焊接变形的结构设计措施和建造工艺措施，从而达到满足船舶强度、使用性和经济性要求。本文叙述了焊接变形的原理和变形种类，详细介绍了船舶建造中正确的焊接结构设计、合理的装配焊接工艺、反变形措施、刚性固定法约束控制，提出了在采取控制变形措施后仍无法消除船体件的焊接变形时，可采用的矫正变形的基本方法，从而达到提高船舶建造质量，缩短船舶建造周期的目的。

1.1 焊接变形的原理和变形种类

产生焊接变形最基本和最本质的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件韵刚性条件，在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形。凡是与焊接热变形和构件刚性有关的各种因素，都会对焊接残余变形产生影响。与热变形有关的因素有焊接工艺方法、焊接参数、焊缝数量和断面大小、施焊方法、材料的热物理性能等，与构件刚性有关的因素有尺寸和形状、胎夹具的应用、装配焊接程序等[1]。由于实际生产过程中焊接是一个非常复杂的过程，影响焊接变形的不可知因素很多，试图完全消除焊接变形是不可能的，只有根据焊接变形的基本原理及影响焊接变形的主要因素，采取相应的调节措施，以达到预防和控制焊接变形的目的。船体变形可大致分为总体变形(中垂、中拱、总尺寸缩短)和构件局部变形两种。总体变形是整个船体的尺寸或形状发生的变化，包括纵向和横向的收缩变形、弯曲变形和扭转变形等，其中纵向变形对船舶施工和性能的影响较大，主要表现在艏艉部上翘，这种现象在整体建造中尤为明显。按照CB／T 4000—2005《中国造船质量标准》要求，艉上翘变形应在20mm以内，艏上翘应在30mm以内[2]。总尺寸缩短是由于结构焊接时，受热部分的金属在受热膨胀，然后冷却收缩过程中，形成不可逆转的塑性变形，产生焊缝周围的长度缩短，导致总尺寸减少。通常在10m长度内的收缩量为10—20mm左右。局部变形包括角变形、弯曲变形、波浪变形、失稳变形、错边变形等，表现为焊后构件的平面围绕焊缝产生角位移，焊缝位置与构件截面中性轴不对称，焊后构件成波浪形，焊件长度或厚度方向上的错边等[3]。角变形、弯曲变形、纵向和横向的收缩变形、波浪变形、扭曲变形分别如图1.1、图1.2、图1.3、图1.4、图1.5所示。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hj63.html