一種鋁質(zhì)薄壁船體立向焊縫預(yù)應(yīng)力變形控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬船舶裝焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁質(zhì)薄壁船體立向焊縫預(yù)應(yīng)力變形控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高速鋁質(zhì)艦船的艙室主要采用3?5_厚鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)焊接而成，由于鋁合金在二三百攝氏度以上溫度的彈性模量和屈服強(qiáng)度很小，抗變形能力差；并且鋁合金材料的熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)大，焊接高溫區(qū)范圍較寬，焊接應(yīng)力、變形比較大，進(jìn)而導(dǎo)致立向?qū)雍缚p的船體艙室變形較大。為解決上述問(wèn)題，實(shí)際生產(chǎn)中采用加強(qiáng)角鋁、橫排等方法來(lái)進(jìn)行約束，但該方法不能有效抑制艙室立向焊縫的縱向收縮，也不能降低艙室焊接接頭中的殘余應(yīng)力水平，待加強(qiáng)角鋁、橫排等拆除后，變形又會(huì)出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，壁板艙室的焊接變形一旦產(chǎn)生，后續(xù)矯正十分困難。不僅浪費(fèi)了大量人力、物力，降低了建造效率；同時(shí)由于加強(qiáng)角鋁、橫排等的裝焊與拆除，又會(huì)破壞艙室表面質(zhì)量，降低船體的耐腐蝕性能，降低生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，有必要針對(duì)上述存在的問(wèn)題和不足，提供一種鋁質(zhì)薄壁船體立向焊縫預(yù)應(yīng)力變形控制方法和裝置。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種鋁質(zhì)薄壁船體立向焊縫預(yù)應(yīng)力變形控制裝置，包括主體結(jié)構(gòu)和預(yù)拉伸應(yīng)力施加結(jié)構(gòu)，所述主體結(jié)構(gòu)包括頂架、可移動(dòng)施力裝置和多個(gè)立柱，多個(gè)立柱的上部固定在頂架底面或側(cè)面，所述可移動(dòng)施力裝置可移動(dòng)的設(shè)置于頂架中部；所述可移動(dòng)施力裝置包括一個(gè)中間梁吊和兩個(gè)側(cè)梁吊組，兩個(gè)側(cè)梁吊組分別位于中間梁吊的兩側(cè)，每個(gè)側(cè)梁吊組含有兩個(gè)側(cè)梁吊，每個(gè)側(cè)梁吊下端連接一個(gè)剛性?shī)A具，所述剛性?shī)A具內(nèi)嵌有電磁鐵，中間梁吊下方設(shè)有一個(gè)動(dòng)滑輪；預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)設(shè)置在動(dòng)滑輪下方，所述預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)包括自上而下設(shè)置的鋼質(zhì)夾板和收弧板。
[0006]優(yōu)選地，所述頂架上設(shè)有第一導(dǎo)軌組和與其垂直的第二導(dǎo)軌組，可移動(dòng)施力裝置可滑動(dòng)的安裝在第一導(dǎo)軌組上，第一導(dǎo)軌組可滑動(dòng)的安裝在第二導(dǎo)軌組上。
[0007]優(yōu)選地，所述可移動(dòng)施力裝置包含安裝板，所述安裝板上安裝中間梁吊和兩個(gè)側(cè)梁吊組，所述安裝板上設(shè)有兩個(gè)與第一導(dǎo)軌組平行的滑槽，每個(gè)滑槽內(nèi)安裝兩個(gè)側(cè)梁吊。
[0008]優(yōu)選地，所述安裝板底部設(shè)有若干個(gè)第一滑塊，第一滑塊可沿第一導(dǎo)軌組滑動(dòng)。優(yōu)選地，所述第一滑塊有2-6個(gè)。
[0009]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)軌組底部設(shè)有若干個(gè)第二滑塊，第二滑塊可沿第二導(dǎo)軌組滑動(dòng)。
[0010]更優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)軌組包含兩條第一導(dǎo)軌，每條第一導(dǎo)軌的兩端底部各設(shè)有一個(gè)第二滑塊。
[0011]優(yōu)選地，每個(gè)側(cè)梁吊包含頂部的軸承和與軸承相連的連桿，連桿底部連接剛性?shī)A具，連桿可繞軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，以使剛性?shī)A具的接觸面與待焊壁板貼合。
[0012]優(yōu)選地，所述嵌在剛性?shī)A具內(nèi)的電磁鐵，在通電后產(chǎn)生磁力，可使剛性?shī)A具對(duì)待焊壁板施加垂直于待焊壁板的擠壓作用。
[0013]優(yōu)選地，所述立柱為伸縮立柱，優(yōu)選為液壓伸縮立柱，可以調(diào)整立柱的高度，便于不同高度艙室壁板的焊接，同時(shí)保證預(yù)應(yīng)力為恒定值。
[0014]優(yōu)選地，所述鋼質(zhì)夾板底部中間開(kāi)有凹槽，收弧板通過(guò)緊固件安裝在凹槽內(nèi)。優(yōu)選地，所述鋼制夾板上部設(shè)有拉環(huán)，所述拉環(huán)與動(dòng)滑輪連接。
[0015]優(yōu)選地，所述頂架上設(shè)有吊環(huán)，以便于本發(fā)明變形控制裝置的移動(dòng)。
[0016]優(yōu)選地，所述立柱底部設(shè)有立柱底座，以使本發(fā)明變形控制裝置更穩(wěn)固的放置于船體底板上，并防止船體底板被拉起來(lái)。
[0017]優(yōu)選地，所述頂架為矩形，所述立柱有四根，四根立柱分別位于矩形頂架的四角。
[0018]優(yōu)選地，本發(fā)明鋁質(zhì)薄壁船體立向焊縫預(yù)應(yīng)力變形控制裝置還包含應(yīng)變片和應(yīng)力測(cè)試儀，所述應(yīng)變片貼在剛性?shī)A具內(nèi)側(cè)、收弧板下方的待焊焊縫兩側(cè)，應(yīng)變片與焊縫方向平行并與應(yīng)力測(cè)試儀連接。
[0019]一種鋁質(zhì)薄壁船體立向焊縫預(yù)應(yīng)力變形控制方法，包含以下步驟:
[0020]A、將船體底板與待焊艙室立向壁板通過(guò)雙側(cè)角焊縫裝焊完成，將預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)與待焊艙室立向壁板通過(guò)焊縫焊接在一起；
[0021]B、將本發(fā)明變形控制裝置的主體結(jié)構(gòu)安裝在待焊艙室船體底板上，待焊艙室立向壁板分別位于每一組側(cè)梁吊組的兩個(gè)側(cè)梁吊之間；移動(dòng)可移動(dòng)施力裝置使得動(dòng)滑輪移動(dòng)到待焊艙室立向壁板垂直上方，將動(dòng)滑輪與預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)相連；沿垂直于壁板方向移動(dòng)側(cè)梁吊，使剛性?shī)A具的接觸面與待焊艙室立向壁板完好貼合；在剛性?shī)A具內(nèi)側(cè)、收弧板下方的待焊焊縫兩側(cè)貼好應(yīng)變片，該應(yīng)變片與焊縫方向平行并與應(yīng)力測(cè)試儀連接；
[0022]C、通過(guò)滑輪、鋼質(zhì)夾板對(duì)待焊艙室立向壁板施加預(yù)拉伸應(yīng)力，然后接通電磁鐵電源，通過(guò)剛性?shī)A具產(chǎn)生磁力擠壓作用而壓緊待焊部位，產(chǎn)生剛性約束；采用雙面雙弧TIG填絲焊工藝對(duì)待焊艙室立向壁板的待焊部位進(jìn)行立向上焊接；待焊接完成及壁板冷卻到室溫后，關(guān)掉電磁鐵，移開(kāi)剛性?shī)A具，拆除應(yīng)力測(cè)試儀、預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選地，在步驟A之前將耳板與船體底板裝焊完成，并使用螺旋拉碼將其固定在胎架上。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明鋁質(zhì)薄壁船體立向焊縫預(yù)應(yīng)力變形控制裝置及方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1、本發(fā)明通過(guò)預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力的精確控制，焊接殘余應(yīng)力與變形控制良好，縱向撓曲變形可以降低到未采用本發(fā)明前原變形的20?40%，角變形可以降低到未采用本發(fā)明前原變形的40%以?xún)?nèi)，焊接殘余應(yīng)力降低數(shù)值與施加的預(yù)應(yīng)力有直接關(guān)系，預(yù)應(yīng)力越大，殘余應(yīng)力峰值降低的越多；
[0026]2、本發(fā)明尤其適合于船體建造的艙室立向?qū)雍缚p焊接，通過(guò)剛性?shī)A具的強(qiáng)有力約束，限制了艙室壁板的面外變形，有利于保證雙面雙弧TIG填絲焊工藝順利進(jìn)行，以解決船體艙室立向焊接變形大以及剛性約束不足而產(chǎn)生較大焊接變形等一系列問(wèn)題；
[0027]3、本發(fā)明使用方便、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)，不需再進(jìn)行加強(qiáng)角鋁、橫排的裝焊和拆除操作，不會(huì)損傷船體內(nèi)外表面質(zhì)量，大幅度提高了生產(chǎn)效率，也免除了焊接作業(yè)人員頻繁裝、卸角鋁與橫排的勞動(dòng)強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明變形控制裝置立體結(jié)構(gòu)的一個(gè)示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明變形控制裝置立體結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明變形控制裝置的前視圖。
[0031]圖4為本發(fā)明變形控制裝置的右視圖。
[0032]附圖標(biāo)記為:
[0033]主體結(jié)構(gòu)1，頂架11，立柱12，吊環(huán)13，預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)2，鋼質(zhì)夾板21，收弧板22，拉環(huán)23，可移動(dòng)施力裝置3，中間梁吊31，側(cè)梁吊組32，側(cè)梁吊321，動(dòng)滑輪33，第一導(dǎo)軌組34，第二導(dǎo)軌組35，安裝板36，第一滑塊38，第二滑塊39，剛性?shī)A具4，立柱底座121，艙室立向壁板61，船體底板62，焊槍7。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0035]實(shí)施例1
[0036]如圖1-圖4所示，本發(fā)明所述的鋁質(zhì)薄壁船體立向焊縫預(yù)應(yīng)力變形控制裝置，包括主體結(jié)構(gòu)1和預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)2，所述主體結(jié)構(gòu)1包括頂架11、可移動(dòng)施力裝置3和多個(gè)立柱12，多個(gè)立柱12的上部固定在頂架11底面，所述可移動(dòng)施力裝置3可移動(dòng)的設(shè)置于頂架11中部。
[0037]優(yōu)選地，所述立柱12為液壓伸縮立柱，可以調(diào)整立柱12的高度并保正預(yù)應(yīng)力在焊接過(guò)程中保持恒定，便于不同高度艙室立向壁板61的焊接。所述立柱12底部設(shè)有立柱底座121，以使本發(fā)明變形控制裝置更穩(wěn)固的放置于船體底板62上并防止船體底板62被拉起來(lái)。所述頂架11為矩形，所述立柱12有四根，四根立柱12分別位于矩形頂架11的四角。所述頂架11上設(shè)有吊環(huán)13。本發(fā)明變形控制裝置移動(dòng)方便，用起重機(jī)吊起吊環(huán)13便可移動(dòng)本發(fā)明變形控制裝置。
[0038]所述可移動(dòng)施力裝置3包括一個(gè)中間梁吊31和兩個(gè)側(cè)梁吊組32，兩個(gè)側(cè)梁吊組32分別位于中間梁吊31的兩側(cè)，每個(gè)側(cè)梁吊組32含有兩個(gè)側(cè)梁吊321，每個(gè)側(cè)梁吊321下端連接一個(gè)剛性?shī)A具4，所述剛性?shī)A具4內(nèi)嵌有電磁鐵，中間梁吊31下方設(shè)有一個(gè)動(dòng)滑輪33ο
[0039]預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)2設(shè)置在動(dòng)滑輪33下方，所述預(yù)拉伸應(yīng)力施力結(jié)構(gòu)2包括自上而下設(shè)置的鋼質(zhì)夾板21和收弧板