浅析船舶改装工程中船体变形控制
摘 要：船舶改装过程中，尤其大量钢结构换新的时候存在造成船体结构变形、影响船舶及其装备性能的隐患，因此对船体变形进行控制十分重要。基于此，本文就船舶改装工程中船体变形的控制措施进行粗浅的探讨。
关键词：船舶改装；船体变形；控制措施
多年以来，我国在船舶改装业务方面发展很快，从前处于造船生产从属地位的船舶改装业务行业已经日益发展为我国社会经济的重要支柱。在船舶改装过程中，控制好船体结构的变形十分重要，能保证船舶各系统的正常运行、提高工作精度、确保工程顺利进行。
1.船体结构产生变形的原因与控制的必要性
在对船体结构进行改装时，其原本的受力平衡会因此而打破，为了稳定船体，必然会有另一种平衡出现，变形就是新的受力平衡的形成的结果。变形的产生形式，一个就是因为结构在受力后，会直接产生形体上的变化；另一个原因就是作用于结构的力的本身发生了改变，而改变后的力使原有结构发生了形态上的改变。
从某种程度上来讲，结构变形是绝对的。只是一些没有对结构的功能以及效用产生影响的变形是可以接受的。但是对于超出规定所允许的变形是不能接受的，且会对船体产生一定的危害。一般会产生两种主要的危害，一是会导致船体自身结构功能无法正常使用；二是由于船体结构功能的失效，会导致整个船体失去正常营运承载能力。因此，在对船舶进行改装时，控制变形是其中非常重要的一项措施。因为，一旦产生不符合要求的变形后，消除变形会花费更多。
2.结构变形类别
2.1改装持续受力构件时会引起整体强度缺失而产生变形
对于一些构件会承受持续的受力，特别是船体的纵向构件。在其被破坏后，会削弱总纵强度，从而致使整个船体发生一定的变形，可能是纵向的、也可能是横向的。
2.2大开口工艺孔导致的结构变形
一般大开口的形式出现在船体内部结构的改变，如增加舱底以及舱壁等时。而甲板、船底等是船体改变时的主要大开口位置。甲板上的大开口在一定程度上会导致舱口围变形。特别是在船体静浮于水面上时，会导致左右内缩变形。当大开口工艺口开设在旁板时，舷顶列板就会有变形塌陷的趋势。当大开口在船底板时，船体就有可能会出现整体下沉的危险。
3.控制船体结构变形的实施要点
当船体的结构形式是纵骨时，在改装工程切割中，应该尽量进行局部横向切割，确保纵向连续结构的完整。所以，在对吊装繁简程度等进行选择时，应该尽量将其选择在离船体强结构处。当通道不处于强结构处时，在切割之前，应该加强开口部位的结，尽可能的将变形量减小。
3.1结构的焊接和装配
装配与焊接过程会在一定程度上将焊接结构的整体刚性增大。即在一般情况下，结构的整体刚性会大于其零件或者是部件的刚性。通常，有两种装焊结构的办法，一是对全部的零部件采取边装配、边焊接的办法；二是在装配好全部零件与部件后，再进行后续的焊接工作。在进行生产时，可依据结构在具体情况下的要求，选用合适的装焊方法。当焊接结构截面是对称，且焊缝布置也是对称的简单结构时，可先将其装配成一个完整体后，再按焊接的施工顺序进行焊接，从而将弯曲变形的可能性降低到最小。
在制定科学的装配顺序之后，按要求进行焊接，才能够将焊接变形的可能降低到最小。因为即使在焊缝布置以及结构对称的情况之下，且工艺参数基本完全一致时，也有可能会因其他原因导致变形的产生。一般，最先焊的焊缝会引起更大的变形，且变形的最终方向总是和先焊的焊缝所引起的变形方向是一致的。
此外，除了以上几种情况会引起焊接变形，焊接方向、焊接方法以及焊接材料的不同都会导致变形的产生。通常，焊接方向引起的变形要视具体情况而言，对于同一道焊缝，选用不同的焊接方法，引起的变形与应力也会有所不同。一般焊接材料的不同，主要是指材料的线膨胀系数a，当a越大时，在焊接后产生的收缩变形也会更大。但是，当焊接的速度越快、热源越集中时，变形也就会越小。
总而言之，焊接产生的变形并不是由单一的焊接因素所引起的，作用一般是综合的结果。这就要求，在生产设计的过程中，综合考虑，以制定出科学合理的焊接措施，降低焊接变形的出现频率。
3.2焊接变形的控制
一般为了能够减小焊接变形与应力，在设计焊接结构时都会遵循下面几个原则。
（1）将焊缝对称放置，并最大可能的使其接近结构的中心线，避免翘曲与弯曲变形的产生。
（2）在确保结构强度时，应该将焊缝的尺寸与长度尽可能的减短。
（3）合理的选用比较成形的结构去代替焊接结构。
（4）对于焊缝的布置，应该尽量在最大工作应力范围之外，避免焊接残余应力对结构强度产生不必要的影响。
3.3防止与减小焊接应力的一些工艺措施
（1）选用科学的装配与焊接顺序。对于平面交叉焊缝，应先焊横向焊缝，因其收缩量较大，从而使焊缝能够自由收缩。
（2）选用合适的焊接工艺参数。为了将应力减小到最小，就焊接结构的实际情况，应该选择比较合理的焊接工艺参数。
（3）预热法。首先对焊件的整体或局部进行加热，然后再开始焊接，可以有效减少结构整体和焊接区域的温差，促使结构整体和焊缝区域的均匀冷却，有效减少内应力。一般预热温度会因为焊件材料的厚度、性质等的不同而不同。
（4）加热法。有些焊接结构刚性较大，在对它们进行焊接或焊补之前，要对其适当部位进行加热，使这些部位伸长，以达到减小焊接应力的效果。或在完成焊缝焊接后，辅以加热，使其保温、缓冷，以减缓应力的释放速度。
3.4避免与降低焊接变形的一些工艺方法
（1）采用科学的装焊顺序。结构的装焊顺序在一定程度上会对结构的应力与变形产生很大的影响。因而，要把握结构特点，有针对的进行施工焊接，选用最科学的焊接的顺序，从而将变形减小到最小。
（2）确定合理的焊接方向与顺序。通常，焊缝结构较为对称时，其变形也会很对称。因此，这种结构多采用对称焊接，可以同时让两名或两名以上的焊工进行焊接工作。而对于不对称的焊缝，由于先一步焊接的焊缝变形相对会更大，所以先焊焊缝较少的一面，对焊缝较多的一面后焊，从而抵消两侧的变形，最大限度的减小总体变形。
（3）反变形法。即一般结构在焊后，都会有一定程度的变形，則可提前将焊件制造成方向相反的变形件，用以抵消因焊接导致的变形。
（4）刚性固定法。即为了增大焊件刚性，在焊前就将其固定，防止其在焊接时发生位移。在完成焊接后，将焊件冷却后再放开，从而将焊件的变形降低到最小。
4.结语
近年来，船体结构理论体系也日益完善。在船舶的改装生产中，结构变型控制技术的重要作用和必要性得到了越来越多的船舶修理厂的重视。尽管某些船体变形是永久性的、无法消除的，但有一些船体变形只要花费一定的时间和金钱等就能够得到圆满消除。而船舶的改装十分重要，一旦失败后果严重，因此变形控制技术必将受到更多的重视。
参考文献
[1]刘志刚.船舶焊接变形的控制与矫正[J].船海工程，2002，（01）.
[2]曹雷，严俊，宗培.船体焊接结构件残余应力消除的若干方法[J].船舶，2002，（04）.
（作者单位：上海中远海运重工有限公司）