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【6h】

船用零部件窄间隙埋弧焊工艺及焊接变形控制

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根据国家“十一五”规划，我国船舶行业应该抓住当前造船热潮的大好机遇，实现由造船大国向造船强国的转变，实现船舶焊接技术的快速提升，提高船舶焊接的效率。随着船舶大型化和特种船舶的开发，厚板结构件的应用越来越多，但是对于船用厚板结构件的生产，由于缺乏焊接关键技术，目前还只能依赖于进口，因此开发船用厚板结构件的关键焊接技术具有重要的战略意义和经济价值。 对于厚板结构件的焊接，其中技术难点为窄间隙焊接的侧壁熔合问题；同时，如何提高焊接生产效率、实现焊缝自动跟踪、降低焊接残余应力、控制焊接变形以及获取脱渣性能良好的埋弧焊焊剂等一直都是焊接工作者热门研究的问题。针对该船用零部件的焊接，设计了非对称的X型坡口，应用了焊缝跟踪技术，进行了大量的焊接试验，制定了窄间隙埋弧焊工艺参数和焊接变形控制技术，解决了该船用零部件生产焊接中的问题，并且应用于实践，实现了该船用零部件生产的国产化。 在焊接过程中，为了保证温度场测量数据的可靠性和精确性，使用模拟式和数字式的温度场测量装置，对整个焊接过程进行了实时纪录，确保了焊接过程测量数据的完整性。使用小孔法测量时，通过对弹、塑性力学理论的分析以及国内外研究文献的查阅，提出了对影响残余应力计算的释放系数A、B和释放应变中附加应变εm的处理技术，确定释放系数A=-0.8με/Mpa，B=-3με/MP，附加应变值εm为-100με。使用小孔法对焊接模拟件的热影响区以及远离焊缝的模拟件边缘，进行了焊接残余应力的测量，得到了可靠的和准确的焊接残余应力分布曲线。 针对该船用零部件的厚板结构，建立了对应的数学模型，确定了相关的材料热物理性能参数、边界条件、热源模型以及约束条件等，利用ANSYS软件编写了船用零部件厚板结构的窄间隙埋弧焊温度场和残余应力场的有限元分析程序，计算出了焊接热循环曲线以及残余应力，模拟结果与实际测量数据基本吻合，为焊接变形的优化控制提供了依据。 在有限元仿真试验中，模拟分析了焊接过程中的定位焊位置、焊接线能量以及焊道布置对于焊接残余应力和焊接变形的影响，提出了通过控制焊接过程来减小焊接残余应力和焊接变形的措施，优化了焊接质量，提高了焊接生产效率。通过有限元仿真试验可得：定位焊对船用零部件厚板结构的残余应力影响不大，但是对构件的焊接变形有很大的影响，当定位焊长度为100mm时，可以最大程度地减轻焊接变形的矫正工作量，对焊接变形的控制具有指导意义；焊接过程的线能量对于船用零部件厚板结构的残余应力和焊接变形有着很大的影响，模拟仿真试验表明：当焊接线能量为3000KJ/m时，产生最小的焊接残余应力和焊接变形；基于船用零部件厚板结构的焊接变形难以矫正的特点，提出了窄间隙埋弧焊中焊接变形控制的判据，其中总体变形的判据为15mm，翻身操作的判据为1.5mm，并以此判据作为焊接操作时翻身工艺的制定，实现了工程许可的焊接变形的控制，减小焊后焊接变形的矫正工作。 通过项目的开展和研究，提出船用零部件厚板结构的焊接方法和相应的焊接工艺，并在保证焊接质量的基础上，借助计算机以及数值模拟技术等先进的科学技术手段，对影响焊接过程的各个因素进行归纳和分析。通过降低焊接残余应力和控制焊接变形，同时优化相关的焊接影响因素，得到更加高效的焊接工艺，提高我国在厚板结构件焊接领域，特别是船用零部件厚板结构的焊接水平。

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