CN112388197B - 一种舵套管的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接工艺技术领域，具体公开了一种舵套管的焊接方法，用于将舵套管与法兰、船底板以及腹板焊接固定，其包括步骤：将法兰同轴置于舵套管上，法兰的下端面和舵套管的上端面之间形成圆形的第一待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接第一待焊接缝；将舵套管置于船底板上，舵套管的下端面与船底板之间形成圆形的第二待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接第二待焊接缝；将两个腹板对称置于舵套管的两侧，两个腹板的同一侧与舵套管的外周面之间均形成竖直延伸的第三待焊接缝，先焊接两个第三待焊接缝的上半段，再焊接两个第三待焊接缝的下半段。采用对称跳焊的方式，能够分散焊缝热量，以减小舵套管的焊接变形保证舵杆与舵套管的对中精度。

Description

一种舵套管的焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接工艺技术领域，尤其涉及一种舵套管的焊接方法。

背景技术

舵杆是转动舵叶的轴，并用来承受和传递作用在舵叶上的力，以及舵机通过舵杆转动舵叶，舵叶承受水对其的反作用力使船舶实现转向的重要零部件，舵套管套设在舵杆外，需要较高的同心度，不能有太大的误差，一旦有误差需要重新镗孔减少变形程度，造成不必要的损失。因此需要有效的控制舵套管的变形量在一定的范围内，以保证舵套管与舵杆较高的对中精度。

铝镁合金是现代高速船的结构材料，质量轻且易于加工成型。铝镁合金材质的舵套管被广泛应用，但是传统的焊接方法焊接舵套管过程中，由于铝镁合金的焊接强度高，密度小，所以舵套管的线膨胀系数比钢船大，因此在焊接的过程中极易产生焊接变形超出焊接变形标准范围的问题，导致船体通过不了船检的报验，造成巨大的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种舵套管的焊接方法，以保证焊接变形量在有效范围内，以便于提高舵套管与舵杆的对中精度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种舵套管的焊接方法，用于将舵套管与法兰、船底板以及腹板焊接固定，包括以下步骤：

S1：将所述法兰同轴置于所述舵套管上，所述法兰的下端面和所述舵套管的上端面之间形成圆形的第一待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接所述第一待焊接缝；

S2：将所述舵套管置于所述船底板上，所述舵套管的下端面与所述船底板之间形成圆形的第二待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接所述第二待焊接缝；

S3：将两个所述腹板对称置于所述舵套管的两侧，两个所述腹板的同一侧与所述舵套管的外周面之间均形成竖直延伸的第三待焊接缝，先焊接两个所述第三待焊接缝的上半段，再焊接两个所述第三待焊接缝的下半段。

作为优选，步骤S1具体包括：

将所述第一待焊接缝分为多个第一子段，多个所述第一子段中两两一组，且每组中的两个所述第一子段中心对称设置，依次焊接每组中的两个所述第一子段；

步骤S2具体包括：

将所述第二待焊接缝分为多个第二子段，多个第二子段中的两两一组，且每组中的两个所述第二子段中心对称设置，依次焊接每组的两个所述第二子段。

作为优选，在步骤S1中，相邻的两个所述第一子段的焊接方向相反；

在步骤S2中，相邻的两个所述第二子段的焊接方向相反。

作为优选，在步骤S1之前还包括：

采用定位焊的方式将所述法兰的上端面与船基底面板焊接；

在步骤S3中、焊接所述第三待焊接缝之前还包括：

采用定位焊的方式将所述腹板与所述舵套管焊接。

作为优选，在步骤S2之前还包括：

所述法兰的上端面和所述船基底面板之间形成第五待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接所述第五待焊接缝；

将所述第五待焊接缝分为多个第三子段，多个所述第三子段中两两一组，且每组中的两个所述第三子段中心对称设置，依次焊接每组中的两个所述第三子段；

相邻的两个所述第三子段的焊接方向相反。

作为优选，所述舵套管的焊接方法还包括以下步骤：

S4：两个所述腹板的另一侧与所述舵套管的外周面形成竖直延伸的第四待焊接缝，先焊接两个所述第四待焊接缝的上半段，再两个所述第四待焊接缝的下半段。

作为优选，所述舵套管的焊接方法还包括以下步骤：

S5：将步骤S3中所述腹板与所述舵套管的定位焊铣去；

S6：重复步骤S3、S4和步骤S5，四个所述腹板沿所述舵套管的周向均匀分布。

作为优选，在步骤S3中，焊接两个所述第三待焊接缝的上半段时，先焊接两个所述第三待焊接缝中的一个的上半段；

焊接两个所述第三待焊接缝的下半段时，先焊接两个所述第三待焊接缝中另一个的下半段；

所述第三待焊接缝的上半段和下半段均由下至上焊接；

在步骤S4中，焊接两个所述第四待焊接缝的上半段时，先焊接两个所述第四待焊接缝中的一个的上半段；

焊接两个所述第四待焊接缝的下半段时，先焊接两个所述第四待焊接缝中另一个的下半段；

所述第四待焊接缝的上半段和下半段均由下至上焊接。

作为优选，控制焊枪的电流大小，以使焊接过程中的层间温度在220-300℃之间。

作为优选，每次焊接完成后，测量焊接处所述舵套管的变形量，根据测量的变形量调节下一次焊接过程中的层间温度。

本发明的有益效果：

本发明提供的舵套管的焊接方法在焊接舵套管上端面与法兰的下端面形成的第一待焊接缝和舵套管下端面与船底板形成的第二待焊接缝时，采用对称跳焊的方式焊接第一、二待焊接缝。对称跳焊是将待焊接缝分为多段，先焊接其中的一段待焊接缝，在焊接对称区域的另一段待焊接缝的方式焊接。将待焊接缝间隔设置焊接，使待焊接缝在间隔时间内散热，降低了焊接缝的层间温度，使焊接后的舵套管的焊接应力降低并均匀分布，舵套管的变形量有效控制在合理范围内，舵套管与舵杆的对中精度偏差降低。因此，舵套管完全能够达到舵杆的安装精度要求。

焊接两个腹板的同一侧与舵套管外周面之间形成的竖直延伸的第三待焊接缝时，将第三待焊接缝分为两段焊接。分段焊接能够减小焊缝的长度，使待焊接缝持续加热的时间减小，从而避免待焊接缝的温度过高引起舵套管的变形。先焊接第三待焊接缝的上半段再焊接下半段，焊接顺序与焊接增长顺序相反，可以使焊件中残余应力相互抵消，从而减小舵套管的变形，使其控制在合理范围内。

附图说明

图1是本发明实施例提供的第二待焊接缝的焊接顺序示意图；

图2是本发明实施例提供的腹板和舵套管焊接后的主视图；

图3是本发明实施例提供的法兰和船基底面板焊接后的俯视图。

图中：

10、船基底面板；20、法兰；30、腹板；40、舵套管；50、舵杆；60、船底板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本发明中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”，这些方位词是为了便于理解而采用的，因而不构成对本发明保护范围的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供了一种舵套管的焊接方法，用于将舵套管40分别与法兰20、船底板60以及腹板30焊接固定，以保证焊接变形量在有效范围内，以便于提高舵套管40与舵杆50的对中精度。但不限于此，还可以用于焊接其他焊接变形量较大的工件中，以减小焊接件的变形量从而提高焊接件的合格率。

舵套管40在使用过程中，舵套管40同轴设置在法兰20的下方，舵套管40的下端面与船底板60焊接固定，舵套管40的上端面与法兰20焊接固定，法兰20与船基底面板10固定，舵杆50穿设在舵套管40中。舵套管40的周向设置有多个腹板30，腹板30与舵套管40焊接固定，通过设置腹板30减轻舵杆50转动舵叶时的振动。其中，法兰20与船基底面板10焊接固定。

舵套管40焊接过程中，将法兰20与船基底面板10焊接后，将舵套管40放置于法兰20的下方并焊接固定；将舵套管40与船底板60焊接固定；再将腹板30与舵套管40焊接固定。

为减小舵套管40的变形，本实施例中，舵套管的焊接方法具体包括：

S1：采用对称跳焊的方式焊接法兰20的下端面和舵套管40的上端面形成的第一待焊接缝；

S2：采用对称跳焊的方式焊接舵套管40的下端面和船底板60形成的第二待焊接缝。

对称跳焊即将待焊接缝分为多段，多段中两两一组且中心对称设置，先焊接同一组中的一段，再焊接同一组中对称设置的另一段，按照此顺序依次焊接多组待焊接缝。采用对称跳焊的焊接方式时，连续焊接的两段间隔设置，避免先焊接部分升高的温度对后焊接部分的影响，且同一组中连续焊接的两段对称设置，能够使舵套管40焊接后的应力抵消。此外，相邻两段的焊接存在一定的间隔时间，有利于相邻两段中先焊接的部分散热，从而降低焊接缝的层间温度，使焊接后舵套管40的焊接应力降低，并均匀分布，因此能够有效的控制舵套管40的变形在合理的范围内。

优选地，在焊接法兰20和舵套管40时，将第一待焊接缝分为多个第一子段，多个第一子段中两两一组，且每组中的两个第一子段中心对称设置，依次焊接每组中的两个第一子段。

具体地，在本实施例中，第一待焊接缝分为4个第一子段，第一子段的长度相等，以便于焊接后的第一子段的各点温升均匀。

进一步地，同组中的第一子段焊接方向相同，在相邻的两个第一子段中，为了避免先焊接的第一子段的层间温度影响后焊接的第一子段，相邻的两个第一子段的焊接方向相反，以使每一个第一子段的起焊点能够有较长时间来散热，以保证起焊点的层间温度能够降低从而不影响下一个待焊接的第一子段的焊接温度。按照此焊接方向依次焊接第一待焊接缝中的各个第一子段。

具体地，在焊接舵套管40和船底板60时，将第二待焊接缝分为多个第二子段，多个第二子段中的两两一组，且每组中的两个第二子段中心对称设置，依次焊接每组中的两个第二子段。

如图1所示，具体地，第二待焊接缝可以分为8个第二子段，共四组第二子段，8个第二子段分别标号为A、B、C、D、E、F、G、H，第二子段的长度相等，以便于焊接后的应力均匀分布。为保证每一次焊接时，最初的起焊点能够有较长时间来散热，以便于焊接应力均匀分布，焊接的第一组第二子段和第二组第二子段间隔设置，之后在依次焊接剩余的第三组和第四组。即，本实施例中，8个第二子段的焊接顺序为A、B、C、D、E、F、G、H。

可选地，第二待焊接缝中，同组中的第二子段的焊接方向相同，相邻第二子段的焊接方向相反，按照此方向依次焊接第二待焊接缝。

为进一步减小舵套管40的变形，本实施例对腹板30与舵套管40的焊接方法进行了改进。

具体地，焊接腹板30与舵套管40外周面线接触，使得同一腹板30的相对两侧分别与舵套管40配合形成竖直延伸的第三待焊接缝和第四待焊接缝。

可选地，舵套管40的周向分布有多个腹板30，优选地，腹板30的数量为偶数个，且两两一组对称设置，以使舵套管40的受力更均匀。

为防止舵套管40的焊接变形量过大，优选地，舵套管的焊接方法还包括：

S3：将两个腹板30对称设置在舵套管40旁侧，先焊接两个腹板30的同一侧的第三待焊接缝的上半段，再焊接两个第三待焊接缝的下半段。

可以理解的是，单次焊接工件形成的焊缝的长度越长，工件在焊接前后的温差越大，工件的变形量也越大。本实施例中，通过将第三待焊接缝分为两段进行焊接，可以减小单次焊接长度，从而降低单次焊接时腹板30的温升，因此，可以降低舵套管40的残余应力，从而减小舵套管40的变形。

此外，先焊接两个第三待焊接缝的上半段，可以使舵套管40两侧的残余应力相互抵消，从而减小舵套管40的变形，使其控制在合理范围内。

如图2所示，为便于焊缝散热，可选地，在焊接两个腹板30的同一侧的第三待焊接缝的上半段时，先焊接两个第三待焊接缝中的一个的上半段，具体地，先焊接图2所示左侧第三待焊接缝的上半段，再焊接图2所示右侧第三待焊接缝的上半段，间隔焊接使得先焊接的左上半段的层间温度降低，并且两个上半段待焊接缝对称设置以保证焊缝间的残余应力能相互抵消。

为进一步减小舵套管40的焊接变形量，如图2所示，具体地，焊接两个第三待焊接缝的下半段时，先焊接两个第三待焊接缝中另一个的下半段。即先焊接右侧第三待焊接缝的下半段，再焊接左侧第三待焊接缝的下半段。因舵套管40的左侧先于右侧焊接，所以舵套管40的左侧的收缩量将大于右侧的收缩量。为均匀焊缝的收缩量，先焊接右侧第三待焊接缝的下半段，右侧的第三待焊接缝的上半段和下半段的焊接间隔时间短，能够使右侧的整个第三待焊接缝的层间温度升高，冷却后右侧的焊缝收缩量变大，抵消左侧第三待焊接缝的上半段的收缩量，有利于均匀舵套管40左右两侧的收缩量，减小舵套管40的变形。

为防止焊接时熔化的金属向下流淌，优选地，第三待焊接缝的上半段和下半段的焊接方向均由下至上焊接，由下向上焊接的过程中，焊枪的电弧吹力会对熔化的金属产生向上的推力，使第三待焊接缝焊焊接后质量能够得到保证。具体地，按照图2的箭头所示的方向依次焊接。

为保证腹板30能够与舵套管40的连接强度，优选地，舵套管40与腹板30的焊接步骤还包括S4:焊接两个腹板30的另一侧与舵套管40的外周面形成竖直延伸的第四待焊接缝，先焊接两个第四待焊接缝的上半段，再两个第四待焊接缝的下半段。本实施例中，第四待焊接缝的焊接顺序和方向与第三待焊接缝的焊接顺序和方向相同，本实施例中不再具体介绍。

为保证焊接腹板30与舵套管40时连接强度以及位置精度，焊接第三待焊接缝和第四待焊接缝之前，先将舵套管40与腹板30采用定位焊的方式焊接到一起，以防止焊接第四待焊接缝时第三待焊接缝裂开，保证了焊接时的第三待焊接缝和第四待焊接缝的焊接强度。

为防止舵套管40的应力集中，优选地，舵套管40与腹板30的焊接步骤还包括S5:在焊接完第三待焊接缝和第四待焊接缝后，先将腹板30与舵套管40的定位焊铣去。铣去定位焊能够释放步骤S3中腹板30与舵套管40焊接后的应力，减小舵套管40的变形量。

当舵套管40外周设置四个或更多的腹板30时，多个腹板30成对焊接。优选地，在本实施例的舵套管40的焊接方法还包括S6：重复步骤S3、S4和步骤S5，即采用同样的焊接方式焊接其余腹板30，以保证舵套管40的变形量在有效的范围内。

具体地，四个腹板30沿舵套管40的周向均匀分布。四个腹板30均匀分布能够释放焊接时对称区域应力的同时，增强舵杆50转舵时的防振作用。本实施例中，采用四个腹板30来加强转舵时的防振作用，当然也可以采用其它数量的腹板30焊接到舵套管40上，本实施不对数量作具体限制，只要能起到转舵时的防振作用即可。

为保证舵套管40在预设位置焊接，优选地，在步骤S1之前还包括：采用定位焊的方式将法兰20的上端面与船基底面板10焊接。船基底面板10的位置固定，将法兰20移至船基底面板10的下方定位焊接，以便于后续法兰20与舵套管40的焊接的位置固定。

为加强腹板30的防振作用，优选地，在步骤S2之前还包括：法兰20的上端面和船基底面板10之间形成第五待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接第五待焊接缝。船基底面板10作为一种加强结构，能够防止腹板30振动时力的传递，避免造成船体其它部分的损坏。

具体地，将第五待焊接缝分为多个第三子段，多个第三子段中两两一组，且每组中的两个第三子段中心对称设置，依次焊接每组中的两个第三子段。如图3所示，在本实施例中，将第五待焊接缝分为四个第三子段，四个第三子段分别标号为a、b、c和d，按照标号顺序依次焊接第五待焊接缝。对称设置同组中的第三子段，便于焊接过程中对称区域应力的抵消。

为保证法兰20与船基底面板10的变形量在有效范围内，优选地，同组中的两个第三子段焊接方向相同，相邻的两个第三子段的焊接方向相反。如图3所示，a、c的方向都为顺时针方向，b、d的方向都为逆时针方向，按照标号方向依次焊接第五待焊接缝。相邻的第三子段中，为避免先焊接的a的层间温度影响后焊接的b，相邻的a和b焊接方向相反，以使a起焊点有更长的时间来散热，以保证不影响b的焊接温度。按照此焊接方向依次焊接c和d，当然在其他实施例中，a、b、c和d的方向不做具体的限定，只要保证相邻的两个第三子段的焊接方向相反即可。

为保证焊接过程中，舵套管40的变形量在有效范围内，优选地，在焊接过程中控制焊枪的电流大小，以使焊接过程中焊缝的层间温度控制在220-300℃之间。在保证焊接效果的同时，能够最大的降低焊接变形量。

在焊接过程中，为保证每一步的焊接变形量都在有效范围内，优选地，每次焊接完成后，测量焊接处舵套管40的变形量，根据测量的变形量调节下一次焊接过程中的层间温度。具体地，在焊接的过程中，距上一段焊接缝的层间温度降至60℃再进行下一段焊接缝的焊接，以达到控制变形的目的。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种舵套管的焊接方法，用于将舵套管(40)与法兰(20)、船底板(60)以及腹板(30)焊接固定，所述舵套管(40)为铝镁合金材质，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将所述法兰(20)同轴置于所述舵套管(40)上，所述法兰(20)的下端面和所述舵套管(40)的上端面之间形成圆形的第一待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接所述第一待焊接缝；

S2：将所述舵套管(40)置于所述船底板(60)上，所述舵套管(40)的下端面与所述船底板(60)之间形成圆形的第二待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接所述第二待焊接缝；

S3：将两个所述腹板(30)对称置于所述舵套管(40)的两侧，两个所述腹板(30)的同一侧与所述舵套管(40)的外周面之间均形成竖直延伸的第三待焊接缝，先焊接两个所述第三待焊接缝的上半段，再焊接两个所述第三待焊接缝的下半段；

步骤S1具体包括：

将所述第一待焊接缝分为多个第一子段，多个所述第一子段中两两一组，且每组中的两个所述第一子段中心对称设置，依次焊接每组中的两个所述第一子段；

步骤S2具体包括：

将所述第二待焊接缝分为多个第二子段，多个第二子段中的两两一组，且每组中的两个所述第二子段中心对称设置，依次焊接每组的两个所述第二子段；

在步骤S1中，相邻的两个所述第一子段的焊接方向相反；

在步骤S2中，相邻的两个所述第二子段的焊接方向相反。

2.根据权利要求1所述的舵套管的焊接方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：

采用定位焊的方式将所述法兰(20)的上端面与船基底面板(10)焊接；

在步骤S3中、焊接所述第三待焊接缝之前还包括：

采用定位焊的方式将所述腹板(30)与所述舵套管(40)焊接。

3.根据权利要求2所述的舵套管的焊接方法，其特征在于，在步骤S2之前还包括：

所述法兰(20)的上端面和所述船基底面板(10)之间形成第五待焊接缝，采用对称跳焊的方式焊接所述第五待焊接缝；

将所述第五待焊接缝分为多个第三子段，多个所述第三子段中两两一组，且每组中的两个所述第三子段中心对称设置，依次焊接每组中的两个所述第三子段；

相邻的两个所述第三子段的焊接方向相反。

4.根据权利要求2所述的舵套管的焊接方法，其特征在于，所述舵套管的焊接方法还包括以下步骤：

S4：两个所述腹板(30)的另一侧与所述舵套管(40)的外周面形成竖直延伸的第四待焊接缝，先焊接两个所述第四待焊接缝的上半段，再两个所述第四待焊接缝的下半段。

5.根据权利要求4所述的舵套管的焊接方法，其特征在于，所述舵套管的焊接方法还包括以下步骤：

S5：将步骤S3中所述腹板(30)与所述舵套管(40)的定位焊铣去；

S6：重复步骤S3、S4和步骤S5，四个所述腹板(30)沿所述舵套管(40)的周向均匀分布。

6.根据权利要求4所述的舵套管的焊接方法，其特征在于，在步骤S3中，焊接两个所述第三待焊接缝的上半段时，先焊接两个所述第三待焊接缝中的一个的上半段；

焊接两个所述第三待焊接缝的下半段时，先焊接两个所述第三待焊接缝中另一个的下半段；

所述第三待焊接缝的上半段和下半段均由下至上焊接；

在步骤S4中，焊接两个所述第四待焊接缝的上半段时，先焊接两个所述第四待焊接缝中的一个的上半段；

焊接两个所述第四待焊接缝的下半段时，先焊接两个所述第四待焊接缝中另一个的下半段；

所述第四待焊接缝的上半段和下半段均由下至上焊接。

7.根据权利要求1所述的舵套管的焊接方法，其特征在于，控制焊枪的电流大小，以使焊接过程中的层间温度在220-300℃之间。

8.根据权利要求1-7任一项所述的舵套管的焊接方法，其特征在于，每次焊接完成后，测量焊接处所述舵套管(40)的变形量，根据测量的变形量调节下一次焊接过程中的层间温度。

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