[发明专利]一种船舶大尺寸分段焊接变形控制装置与方法

说明书

本发明公开一种船舶大尺寸分段焊接变形控制装置与方法，包括温度调节装置、温度测量装置、计算机温控装置。所述温度调节装置包含多个制冷单元、加热单元、电源、继电器，通过导线连接在回路中，加热单元和制冷单元布置于焊接板材上，通过控制加热/制冷单元的开启和关闭实现焊接板材整体温度的控制。所述温度测量装置布置于加热/制冷单元附近钢板上，用于测量对应位置的温度，并反馈。所述计算机温控装置与温度调节装置中的继电器和温度测量装置相连，获取温度测量装置反馈结果并通过控制继电器的通断控制制冷/加热单元的开启与关闭。本发明结构简单、易于实现，可以在焊接过程中改变零件变形状态和温度场分布，减少焊后变形。

技术领域

本发明涉及船舶焊接变形控制领域，尤其涉及一种船舶大尺寸分段焊接变形控制装置与方法。

背景技术

船舶大尺寸分段焊接时，由于受热不均匀，使得在分段表面很容易产生凹凸不平、显现出内部肋板架构的现象，称为“瘦马现象”。由于船舶大尺寸结构设计复杂，制造精度要求高，对于船板焊接变形控制要求极高。采用传统的埋弧焊及半自动气保焊等方法进行施焊，由于焊接热输入量大，将产生较大焊接变形，而施加强拘束会带来残余应力的增加，残余应力在后续装焊过程中仍会影响焊接精度；焊后矫正方法会增加很大工作量，均难以满足船舶大尺寸分段焊接的精度要求。因此，需要研究新型焊接变形控制方法是船舶大尺寸分段焊接生产线工艺流程中亟待突破的关键。

激光电弧复合焊以激光热源为主体，以电弧热源作为第二热源，两者相互复合作用于同一熔池，这样的复合焊接方式综合了激光焊和电弧焊的优势，具有焊接速度快、热影响区小、变形小等诸多优点。因此，从技术特性上来看，激光电弧复合焊适合船舶大尺寸分段生产线的制造需求。船舶零件焊缝通常为几米甚至数十米。长焊缝焊接时，由于焊接的时间差，后焊部分在焊接时，先焊部分已经制冷凝固，后焊部分凝固时不仅受到自身凝固的收缩力作用，同时还受到先焊部分的拉伸作用，焊缝长度方向的热应力分布不均匀性严重；船舶中的薄板可达到5至8mm，相较于传统船舶板厚为20mm以上，薄板在焊接时，零件的刚性更差，薄板焊接变形极为复杂，会出现马鞍形等复杂形状的屈曲变形。

由此可见，船舶大尺寸分段焊接的问题主要来源于热应力分布的不均匀性，设计合理的温度场调控方法，是解决船舶大尺寸分段激光复合焊接变形控制的关键。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种船舶大尺寸分段焊接变形控制装置与方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：设计合理的温度场调控装置和方法实现对船舶大尺寸分段的焊接变形控制，抑制因热应力分布不均匀带来的零件屈曲变形问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种船舶大尺寸分段焊接变形控制装置，其特征在于，包括温度调节装置、温度测量装置和计算机温控装置；

所述温度调节装置包含多个制冷单元、加热单元、电源、继电器，通过导线连接在回路中，加热单元和制冷单元布置于焊接板材上，布置于焊接板材上，由所述计算机温控装置根据焊接时刻和所述温度测量装置测得结果控制所述温度调节装置中的制冷单元和加热单元的开启、关闭时刻，制冷单元的添加可以有效减少焊缝周围的热量，对焊缝起到冷却作用，同时使得焊接方向的热量分布更加均匀，以减少焊缝收缩力，从而降低屈曲变形产生的可能性。加热单位的添加可以在垂直与焊缝方向形成热拉伸力，以抑制焊缝的横向收缩，并使得垂直与焊缝方向的热量分布更加均匀，以减少焊缝收缩力，从而减小焊后变形，降低屈曲变形产生的可能性；

所述温度测量装置包含多个测温单元，布置于所述温度调节装置中的加热单元/制冷单元附近钢板上，用于测量对应位置的温度，并将测量结果反馈给所述计算机温控装置；所述计算机温控装置与温度调节装置中的继电器和温度测量装置相连，获取温度测量装置反馈结果并通过控制继电器的通断控制制冷/加热单元的开启与关闭。

进一步地，所述温度调节装置中的加热单元/制冷单元可配置为半导体制冷片或者热电阻。