浅析火工技术在船舶建造中的应用

阚立江

摘要：随着我国社会经济的不断发展，作为实体经济重要组成部分的制造业更是持续壮大，特别是海洋工程装备及各类船舶的大量建造和升级改造，更是显现了海洋装备制造业发展的蓬勃生机。在各类海工装备和船舶的建造中，需要各种专业技术来支撑，其中火工技术就是其中重要的一种。对此，本文从钢质船舶的建造方面，谈谈火工技术在船舶建造过程中的应用。

关键词：火工技术；海工装备；船舶；建造；应用

在海工装备与船舶制作行业，火工技术是对特定板材进行热变形处理的一门工艺技术。火工从应用阶段来分，可以分为内外场两个大的阶段，内场阶段主要是矫正或加工船体较大或复杂的曲度线形，外场阶段主要是矫正船体分段或局部构件，消除焊接应力等。

一、火工技术施工原理

当金属局部加热时，受热金属的膨胀受到周围冷金属的约束，产生因约束而已经器的压缩应力。该应力一旦超过了金属的屈服点，冷却后将会存在残余应力和由残余应力而引起的塑性变形—永久变形。由于这种塑性变形是经过加热而产生的，故称为金属的热塑变形。若金属在没有约束状态下整体均匀受热随后又均匀冷却，则热塑变形将不会产生，只有当局部加热冷却时才会产生热塑变形，而这种变形都是以收缩变形的特征出现的。

船体结构的火工矫正，从本质上说，是船体零件局部热加工的逆过程。尽管约束条件有所不同，但火工矫正的过程，就是在已经变形的结构中形成新的变形的过程。要达到上述目的，必须在构件上补充局部的加热面积，受热部分的金属在热循环过程（受热膨胀并随之而来的冷却收缩）中形成不可逆的塑性变形（即永久变形），在这一过程中加热区外部产生极大的拉应力，这种拉应力的作用，使已经变形的结构恢复平直。从这一原理出发，针对不同的变形特征，可以用不同的加热方法来进行矫正。

二、火工技术在板材加工方面的应用

在船舶的结构中，首部和尾部分段的外板线形较大，曲面复杂，一般的机械加工难以达到线形的效果，所以只有通过火工作业来完成板材加工。通过沿预定的加热线用氧乙炔火炬对板材进行局部线状加热，并用水跟踪冷却（或让其自然冷却），使板产生局部塑性变形，从而将板材弯成所要求的曲面形状的一种弯板方法，也叫水火弯板。

在实际操作中，要对加热的位置、形状以及顺序进行判定，选择合适的烤嘴，确定加热温度范围和加热速度以及冷却方式，调整火焰的功率，并做好板材四周的支撑固定。同时在操作过程中，根据总体变形情况，适当修改加热参数，以便达到最理想状态。

常见的水火弯板形式如下：

三、火工技术在薄板分段制作中的应用

（一）薄板焊接应力的消除

钢板在焊接过程中，是通过加热或加压，对需要结合的地方熔化，使之造成原子或分子间的结合与扩散，从而达到不可拆卸的联接，而内部原子或分子的结构改变，打破内部力的平衡，造成钢板出现弯曲或扭曲变形，其中6mm以下厚度的钢板尤为明显。通过火工技术，选择合适的温度、合适的喷嘴、行走速度，调整喷嘴与钢板之间的距离，消除钢板焊接区域内部新产生的应力，从而消除变形的情况。

（二）分段变形的调整

当各钢板零部件组装成分段，并完成整体的焊接作业后，整个分段焊缝内存在大量的焊接应力，在通过各种方式释放应力的过程中，造成了分段壁板各种各样的变形。在通过火工技术进行矫正时，通常按以下步骤进行操作：

（1）矫正前的准备。充分准备施工工具，检查工作地点的安全条件，准备矫正工具和安全防护用具，并在火工工件上画出测量点标记。

（2）对基本条件的了解。要事先了解结构材料的性能，判断构件产生变形的原因、变形特点及残余应力的大致分布，以便考虑矫正方法。

（3）对变形的测定。a.用合适的量具测量结构变形的大小（一般测量有弯曲、挠度等，使用长短尺和粉线测量）。b.分析变形的类别，变形分为均匀的弯曲变形、不均匀的短段变形、角变形、喪失稳性的波浪变形、角变形造成的波浪形—“瘦马现象”、对接焊缝的变形等。

（4）确定矫正方案与加热面积。

（5）确定加热温度。根据结构变形类别和材料性能、工件板厚和结构刚性及确定的矫正方案等因素，确定加热温度。

（6）根据加热的工艺要求及选定的矫正方法和加热参数，进行加热矫正。

（7）矫正后复查。

a.检查被矫正的结构是否符合技术要求。b.检查被矫正后结构材料的表面质量。c.若矫正结构尚未达到技术要求，可进行第二、第三次矫正，直至达到要求为止。d.若矫正过度，出现反向变形，则应在反向进行矫正（应尽量避免这种情况）。

由于船体结构非常复杂，产生的变形也是多种多样的，但根据变形特征，可按不同的变形特点来选用与之相适应的矫正方法，以求达到预期的效果。

综上所述，在现阶段的科学技术发展中，火工技术在钢板的加工及变形矫正方面有极大的利用空间，在海工产品和船舶建造过程中发挥着不可替代的作用。但要熟练的应用此项技术，需要通过大量的训练和实践才能掌握，希望在未来的科技发展中与数字化技术进行结合，使火工技术能在更大范围内得到应用。

参考文献：

[1]程公振.火工工艺学[J].船舶职工培训丛书，1988.

[2]华乃导.船体建造与修理工艺[J].分段装配与焊接，2002.

[3]中国造船质量标准[J].国防科学技术工业委员会，CB/T 40002005.