甲板焊接变形矫正

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1、船甲板焊接变形矫正新方法在造船行业中，只要用到薄钢板，船甲板就将产生扭曲变形，而这种变形将无法完全消除。但是，当发现产生变形的根本原因后，我们发现一种最有经济效益和管理效益的Terac热矫正方法。过去由于缺乏薄板热矫正知识或加热过程控制手段，有些情况下将导致薄板上的筋板热变形更加严重，而对于Terac 感应加热系统的应用进行评估发现，这种方法大大减少了矫正时间。另外，就感应热矫正对薄板材料性能和微观结构的影响进行评估，均没有产生任何不利影响。1. 什么是矫正造船行业的甲板焊接变形问题，已被研究了数10年，但是各种变形问题依然以不同方式存在。另外，特别对于军用船只，甲板越薄变形越往结构内部转移。

2、对于高强度钢，如Lioyds DH36(或同级别的S355)，这种现象更普遍。最新发布的数据显示，薄板的变形量可以控制在可管理的范围内。目前，通过增加少许余量进一步降低变形已经实现，但是成本很高。传统的热矫正方法，通常是用于处理厚度8mm的钢板。热矫正的过程是把钢板一侧加热，而另一侧还是冷的，热面冷却时产生的张力把钢板拉直。然而当加热薄钢板时，热量很容易传递到钢板内。这时，加热区域内的筋板也容易被加热，坚硬的筋板就会产生热变形。这样一来把钢板加热到目标温度就需要更长的时间、燃烧更多的气体。大量的热散失到周围环境中，将引起多方面的不利后果。在澳大利亚做的试验表明：对于4mm厚的X80钢板，加热区

3、域的屈服应力比加热前增加6%。试验用的X80钢板，是一种低碳铌-钛-钼合金钢。Huang et al已经总结了很多这种热矫正方法的不足，如不利影响，经验需求，可能用到水和清洁工，还可能引起薄板上筋板的变形。还有，热影响区内对材料力学性能的影响，特别是喷水冷却时，冷却处很有可能在钢板内部产生硬化晶相组织。Terac 感应加热系统，使用短的线圈，对薄板进行感应加热，事实证明对减少薄板变形很有效，而且没有前面所描述的加热方法带来的缺陷。下面将对感应加热后的薄板特性、内部结构以及耗时进行描述。2. 热矫正设备设备封装在一个标高1.8m的单柜中，便于存储和起吊搬运，如图1所示。主要部件如下。（1）变频电

4、源 把电源电压转换为与高效加热匹配的频率和电流。主要参数通过控制面板设置，试运行后无需操作员任何调整。（2）操作面板 普通操作员控制，如相位切换（用于冷却泵旋转）和故障显示与复位设置。（3）冷却系统 是一个闭环水冷系统。（4）电容器单元 在加热单元中，功率调节级别先于变压器。内部集成有操作员设置的计时器。（5）30m连接电源和电容器的线缆（通过一个可以扩展单元，可以增加到45m，不影响参数设置）。外部包裹着耐热、耐磨的材料。从主机开始，工作半径可以达到60m。（6） 加热单元 包括感应器、HHT（手持式变压器）、电磁铁（防止在加热时移动）、操作控制按钮和定时选择开关。（7）立式加热系统 对于立

5、壁和或狭小空间，更加容易实现；手持式单元用于取代水平甲板加热单元，如图2所示。3. 热矫正设备操作因为感应加热的效率非常高，所以只需要很短时间就可以热透这些薄板。在感应热矫正的应用中，感应器的加热长度是160mm，4s内就可以把钢板加热到居里温度(740)，根据钢板实际厚度，决定再继续加热的时间。钢板的一小片区域被加热，热量垂直传递，会在钢板表面形成很细微的一条隆起。热矫正时，这些隆起比较明显，但其影响微乎其微。正是由于垂直方向的热胀冷缩过程中产生的拉力，才把钢板拉向平整。扭曲越严重，越需要更多热量传递来产生更大的拉力。热透进钢板的程度如图3所示，热透区域在钢板背面只占很小的比例。电容器单元，

6、如图1所示，内部封装了两个计时器，操作员可以手动调节。一个适用于普通钢板加热计时，另一个适用于正对背部有加强筋板的钢板，防止筋板吸收热量无法热透钢板。把感应线圈放置到待加热区域上方后，轻按电源开关，加热就开始了，整个加热过程是自动进行的。然后，把加热单元移动到下一个待加热区域，重复上述操作即可。对于所有加热工艺而言，加热模式都是非常重要的。以一块典型船甲板为例，当对横向连接处进行加热前，纵向或许已经加热过。如果这些区域还需要进一步的热矫正，那么仍然可以对每个区域进行加热。对于Terac用户，有很多技巧需要掌握；针对立壁和水平甲板，在调试到合适的加热设置前，每个操作者都要尝试各种加热模式、顺序和

7、加热时间。必须说明的一点是，操作者之间的差别微乎其微。在热矫正过程中， 少量的Terac用户用水冷却甲板，然而，当工艺顺序允许对冷却后的区域逐个热矫正时，强制冷却对好的效果无益。需要提醒的一个重要问题是，待矫正的船甲板边缘，要有足够的约束，允许加热时把起皱部分拉平。4. 热矫正设备应用在海军船舶建造中，薄甲板的比例非常高，因此船厂中对这类船只热矫正工作量相当大。在热矫正前、过程中及完成后，都要对矫正区域的变形量进行测量。与用火焰热矫正相比，感应热矫正的过程可以更精确的控制。感应热矫正的过程，遵循船甲板的装配顺序。这些变形区域的最大允许变形量为6mm。对热矫正效果的评估，以变形量在误差范围内的结

8、构比例来定。需要注意的是，热矫正的目的不是生产完全平直的甲板，而是生产出误差范围内的甲板。因此，感应热矫正后有93%95%的甲板在误差允许范围内；而火焰热矫正后，只有51%56%的甲板合格，大小偏差都存在。当前的热矫正工艺，包括两部分：用铆钉打铝板补丁加固，然后用火焰矫正。如果拿感应热矫正工艺与上述工艺相比，作为一种经过实践检验的标准工艺，能够节省约75%的时间。节省的其他成本，包括原材料（铆钉）、加固铝板以及其他工序，例如打磨平整铆钉和再焊接、再打磨坡口。图4中有一块带拐角的外甲板和一小块甲板。小块甲板上用感应热矫正，而带拐角的用传统的火焰热矫正。经过火焰热矫正后的带拐角的甲板上，有非常明显

9、的再焊接疤痕和打磨痕迹（上面的打磨与感应加热完全无关）。不论怎样加热钢板，关键的一点都不要剧烈的改变母材的属性。试验证明，对于所有的情况，加热后的区域都会有很好的铁素体晶粒和球状合金碳化物。通常认为, 这种结构与焊接后的热影响区的内部结构类似, 分布在热影响区( HAZ) 的临界地带和交叉地带。5. 感应热矫正有效降低了变形如果想降低造船工业中钢板的变形, 必须要从导致变形的源头解决, 而不是在后续的工序中变形越来越多的时候再进行矫正。BAE 系统表面快速解决方案, 通过编制矫正程序从根源上来解决薄钢板的变形。但是,需要说明的一点是, 如果不求助于研发更高效的解决方法, 想要进一步降低变形量,

10、 将更加困难。为了减少焊接变形, 造船业着实进行大量重复的工作, 如更高的强度钢、激光切割簿板、倒角尺寸变小等, 但是仍有少量的变形存在。这个案例说明, 引进高度可控的Terac 感应热矫正机, 是非常及时而且很值得的投资。保守估计,就目前的变形程度而言, Terac 有助于进一步减少50%的重复工作。当前, 在造船行业, 这是惟一一个可行的、能够一次取得理想矫正效果的方法。6. 结语针对薄钢板的变形热矫正, 专门研发的Terac 感应热矫正系统, 完全能够生产出误差范围内的高质量钢板。与火焰热矫正效果相比, 感应热矫正显示出了较大的优越性。对厚度为4mm 钢板加热区域进行检测的结果显示, 感应热矫正没有破坏母材的材料性能。同时, 对热矫正后的Lioyds Grade DH 36 材质进行检测, 感应加热后的硬度只比加热前略微有些增加。