水火弯板工艺力学共89页
EH36船用钢水火弯板试验及分析
EH36船用钢水火弯板试验及分析潘正军;江泽新;马金军;陈华【摘要】水火弯板是船舶制造过程中非常重要的热加工工艺,作者针对EH36船用钢采用水火弯板工艺进行了相关试验,并对结果进行了分析.通过试验,分析得出加热温度、加热次数、钢板的碳当量及钢板供货状态对于水火弯板后力学性能的影响.【期刊名称】《造船技术》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P95-98)【关键词】水火弯板;船用钢板【作者】潘正军;江泽新;马金军;陈华【作者单位】广船国际有限公司,广东广州510250;广船国际有限公司,广东广州510250;广船国际有限公司,广东广州510250;广船国际有限公司,广东广州510250【正文语种】中文【中图分类】U671本公司在经营业务中承接了冰区加强型船，水线以上部分基本上都采用了Ep6级别钢。
对于带线型的外板大都需要应用水火弯板工艺进行加工，由于之前应用的钢板级别都低于Ep6，且考虑到本船特殊的航行区域，因此对Ep6钢板采用水火弯板后的性能需要进行验证，从而为钢板的选择提供试验依据。
由于Ep6钢目前主要有正火以及TMCP两种交货状态。
正火状态钢属于传统的钢板制造工艺，需要添加合金进行强化以及细化晶粒，其碳当量相对较高，组织以铁素体和珠光体为主，呈带状分布，如图1所示。
TMCP钢则通过加快轧制后的冷却速度，不仅抑制晶粒的长大，且获得了高强度、高韧性所需的超细铁素体组织或者贝氏体组织，如图2所示。
从理论上分析碳当量越高，淬硬倾向越明显，高温加热并且水冷后组织性能也越差。
为了扩大钢板选择范围，本次试验分别选择了三个大型钢厂生产的三种不同交货状态、不同化学成分的钢板，相关化学成分及交货状态如表1所示，力学性能如表2所示。
(1) 试验方法。
每种编号试板切割试块各三块，每块试板尺寸为200 mm×400 mm，钢板轧制方向与短边方向相同。
火焰加热方向与长边相同，加热位置集中在短边中心相连线两侧各25 mm，如图3所示。
高性能复杂曲面水火弯板工艺设备的研制
可表示为：是加热斑点中心最大热流密度；r0是热源有是离加热斑点中心的距离；o为换热表面的图1高斯分布热流密度模型————————————陈焕杰（1983-），男，广东广州人，硕士研究生，从事机械工程设计与研发工作。
五轴联动机器人是指X轴、Y轴、Z轴、R X轴及X、Y、Z轴主要用于控制火焰枪头在三维坐标系内行走，R X、R Z轴则用于控制火焰枪头在沿焰道行走时垂直焰道，保证火焰枪头时刻垂直于钢板当前加热点处的切平面。
其中，X1、X2轴移动装置控制整台设备沿X轴方向移路轨端头要有各2个接近式限位开关，起安全保护作能精确定位和反馈坐标位置。
X1、X2轴电机实现电气消隙及全闭环补偿控制，做到双电机同步驱动，电机带刹车。
轴移动装置控制火焰枪头沿Y轴方向移动，头要有2个接近式限位开关，起安全保护作用，能精确定位和反馈坐标位置，电机带刹车。
3控制系统为使研制的高性能复杂曲面水火弯板工艺设备整体达到控制要求，广船国际与广东工业大学共同设计了一套工艺控制系统，包括检测系统、参数控制系统、运动控制系统。
检测系统主要通过对准备加工的钢板进行扫描并获取钢板的点云三维数据。
加工参数控制系统主要实现了将扫描获取到的点云数据进行预处理，再将这些数据与目标板数据进行匹配，进而形成加工数据，最后传送给运动控制整机安装后，完成系统运动调试。
其中，各轴的运动控制参数如下：图2高性能复杂曲面水火弯板工艺设备三维结构图3枪头结构图4三维模拟检查图5系统控制策略图6样箱检测五轴联动的高性能复杂曲面水火弯板工艺设备，以工艺控制系统，使得水火弯板工艺过程中，对加热火焰的姿态控制更加精准，加热火焰能够时刻垂直于钢板当前加热点处的切平面，从而达到了复杂曲面大曲率船体外板水火弯板工艺控制的基本技术要求，最终实现了高性能、高效率、高精度的复杂曲面水火弯板自动化加工。
船体曲面水火弯板加工工艺算法研究
第20卷 第8期 中 国 水 运 Vol.20 No.8 2020年 8月 China Water Transport August 2020收稿日期：2020-03-30作者简介：曹文馨（1986-），男，研发设计院，工程师，从事船体结构设计等工作。
船体曲面水火弯板加工工艺算法研究曹文馨，樊洪良，冉建华（研发设计院，上海 200136）摘 要：水火弯板是船舶曲面外板成型的主要工艺，可靠的成型预测方法是板件成形自动化系统研究的基础。
本文研究了水火弯板加工的机理及加工工艺参数确定的算法。
在建立并以实验验证了水火弯板的数值模拟模型的基础上，确定了火焰成形的温度场和变形场等主要影响参数，提出了温度场及变形场的描述方案，并通过计算得出了板的温度场及变形场与主要加工参数之间的关系，最后对给定帆形板典型船体结构曲面板的水火成型过程进行了热弹性有限元模拟并确定加工工艺参数算法。
关键词：水火弯板；数值模拟；加热路径；温度场；变形场中图分类号：U671.3 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）08-0050-03一、引言造船过程中有大量的船体曲面外板需要成型加工，对于较为复杂的给定型值的双曲率曲面板采用的是水火弯板进行加工。
水火弯板是一种曲面板成形的重要方法，该方法需预先布置加热线方案并采用火焰热源沿加热线加工并跟踪水冷的方式实现板件成形。
目前水火弯板的加工单纯是依靠人工和经验来确定加热线的位置和长度以及加热和冷却时间直至最终曲面的成形。
随着造船模式的转变，水火弯板自动加工设备的研制和应用日益成为一项急待解决的课题。
水火弯板自动加工设备是以水火弯板加工参数确定的理论为基础研制的。
加工参数的确定，是指对于一给定型值的双曲度船体外板，如何确定外板展开形状，加热线位置和长度，氧及丙烷的流量，喷嘴高度，加热温度，冷却方式及支撑形式等各种加工工艺参数。
只有在对以上各加工参数及最终变形之间的关系有了明确的认识之后，才能反过来根据这一关系确定，能够获得所需最终形状的加工参数。
水火弯板及火工矫正工艺祥解
水火弯板及火工矫正工艺
3.2.3格子状加热法 其加热区呈格子形，又称纲目烧法，此法使用于大变形的 场合下，能得到较均匀的外表，但必须注意切勿矫正过大。 3.2.4放射形加热法 其加热区呈放射形，此方法是使用于凸变形，由变形凸部 中心向四周进行短线加热，加热长度为100~150mm。
90~120 7~20
100~120
130~150 4~40
加热深度（mm）
加热宽度（mm） 氧气压力（kg/cm2） 乙炔压力（ kg/cm2 ） 焰心距板面（mm） 2~3
（0.6~0.8）t
12~15 3~4 0.4~0.8 2~3
t—板厚
5~7
水火弯板及火工矫正工艺
2.3形状左右对称的构件，对称轴两侧的加热线的 数量、位置和长度应一致，操作也必须对称进行。 2.4应尽量避免在同一部位重复加热过多，对低合 金钢更应严格控制。一般情况下重复加热次数不 应超过3次，否则不仅影响成形效果，还会降低钢 材的机械性能。 2.5新钢种的水火弯板和火工矫正，须经试验鉴定 后方可进行。
水火弯板及火工矫正工艺
表二 梅花式圆点火圈的排列间距表 火圈间距 火圈直径 凸弯绕度 垂直轴间距a 垂直轴间距b 30~40
5~10 11~15 16~20 21~25 350 300 250 2000 170 150 125 100
被矫正钢板 厚度
2~3
4~6
40~50
5~10 11~15 16~20
400 350 300
200 175 150
水火弯板及火工矫正工艺
3.2带状加热矫正法： 带状加热矫正法一般使用在板架凸弯区域，其加区呈带状。 此种矫正法的优点是用极少的加热面积能获得与圆点加热 同样的矫形效果。一般带形加热的面积大约为凸弯变形部 分总面积的12%左右。带状加热的宽度与钢板的厚度有关， 矫正薄板时加热带的宽度过大，则易产生加热带板材的表 面失稳起皱现象，影响外观质量，矫正厚板时加热带宽度 过小，是施加板材的热量不足，矫正的效果不佳，因此应 合理选择加热宽度。板厚与加热宽度的关系见下表三所示。
水火弯板与外板排板（可编辑）
水火弯板与外板排板第卷第期 . .中国修船年月.水火弯板与外板排板闫金忠,高嵩,韩冰天津中交博迈科海洋船舶重工有限公司,天津摘要:外板加工一直是各修船厂在船舶改装及修理时所面对的难题,文章通过考虑船体外板在排板时,如何与水火弯板相得益彰,从而实现加工的方便性与快捷性,方便船舶的修理并节省坞期。
关键词:船舶;水火弯板;外板排板中图分类号: 文献标志码:文章编号:: . ,., ? :;;主体外板:底部、舭部、舷侧、首部、尾部、球外板分类及水火弯板鼻、球尾、舷墙等。
附体外板:舵、假舵、分水外板分类。
通常船级社规范将外板划分为踵、突出船体的艉轴包板等。
样箱板较多出现在:中部.为船长,首尾部.,和过渡部首尾柱外板、首尾球腰窝处外板、锚穴及锚台外分个区域。
普通双曲度板主要集中在过渡区域,板、侧推喇叭口处外板、尾滚筒处外板。
复杂双曲度板主要在首尾。
除首尾柱板基本上都可对于更换外板的船舶,分为进坞与不进坞两在肋骨线型图上排板,首尾柱板则需在侧面或水线类。
不进坞船舶换新外板都在水线以上,但在船舶面排板。
修理中,有些船舶已无肋骨线型图资料,考虑修理外板分为平板和曲板。
曲板按加工可分为挠的成本、修理周期等原因,放样间不进行全船的线弯、抱弯、挢弯。
肋骨横向弯称为挠弯,船体纵向型放样工作,线型较大时进行局部线型光顺,线型弯称为抱弯,抱弯除用外板加工样子或数据表查看不大基本都可现场做外板。
进坞船舶一般分改装及外,还可用投影法简单地判别,从该板横剖面投影大修两类。
改装船多保留机舱与尾部,从机舱前壁上任意画一直线,,趋势平行于整张板,按肋距新制,或者平行中体处加长。
大修一般针对海损船进行投影,得到的曲线:即为,的实形即该板抱舶,典型的是球鼻首换新,船底板换新,舵板换弯,测量该曲线舷高便知抱弯的大小。
新。
除保证接口处线型精度外,排板时要注意便于扭曲弯称为挢弯,把首肋骨和尾肋骨沿同一轴水火加工。
大型修理时首次进坞确定更换外板范线叠加即可看出挢弯大小。
水火弯板及火工矫正工艺
水火弯板及火工矫正工艺
3.3三角形加热矫正法： 三角形加热矫正法其加热区呈三角形，又称楔形加热法。 其目的是为了增加加热面积、加热深度、提高收缩作用。 一般用于矫正焊接组合件，如T型、I型、L型截面等刚性 较强的焊接结构以及骨架分段的自由边缘的变形。其加热 位置总是在构件弯曲凸起的一面，其加热范围在构件中和 轴的一侧。对构件的矫正通常是在平板矫正以前进行。三 角形加热法矫正的加热线走向详见下图7。
水火弯板及火工矫正工艺
水火弯板及火工矫正工艺
7.2纵横交叉构架的平面分段的变形矫正：
水火弯板及火工矫正工艺
在构架背面进行带状加热，加热位置在构架板波浪形凹陷 处，离焊缝根部5mm左右。 矫正顺序应间隔一个板格进行，如图14所示1，2，3· · · 顺 序。这样，在被矫正之间的凹凸度会因两毗邻的板格矫正 产生的收缩而拉平。 对于板厚为2～3mm的板加热温度为600～700℃，加热宽 度为10～20mm。对于板厚为4～6mm的板加热温度可达 800～900℃，加热带宽度为15～20mm。 若经上述矫正后仍有变形，可在波浪变形凸出一侧进行加 热矫正，应距构架约100～150mm。 加热后即用木槌或铁锤敲击加热带周围，然后再锤击加热 处，锤击点应与加热嘴相距300mm。这样当凸面矫正了， 凹面变形也会减少。 如果凸弯绕度很大，则应采用封闭环行的带状加热。
水火弯板及火工矫正工艺
若第一次矫正后未达到效果，则进行第二次封闭环行矫正。 第二次与第一次加热带纵横间距为80～100mm。
水火弯板及火工矫正工艺
4、变形矫正的冷却方法： 变形矫正的冷却方法分为空冷与水冷。 空冷：是指经加热后的构件加热区在空气中自然冷却。 这种冷却速度较慢，仅适用于某些特殊要求的钢材或冬 季施工时使用。 水冷：是指对经加热后的构件加热区立即浇注冷水进行 冷却的方法，这种冷却方法能加速冷却速度提高矫正效 率。水冷又可分为正面浇水和背面浇水（一般适用于薄 板的矫正）两种。采取水冷法必须注意以下几点要求： 必须明确被矫正的材料是否允许用水冷却方法。对于一 般船用低碳钢及高强度低合金钢，如16Mn、901、902 等可用水冷。
水火弯板工艺力学
当加热过程终了，加热部位开始冷却时，恰巧与加 热时的情况相反，该部位要开始收缩。为叙述方便， 分两种情况加以讨论。 一、当加热温度在100一200℃范围内，加热、冷 却时变形和应力的变比情况如图所示(图中剖面线部 分为弹性变形区)。当冷却开始后首先是加热区的弹 性变形量回复，使 E 部分消失；温度继续下降，加 热部位继续收缩，由于冷却时的线胀系数与加热时 的线胀系数相等，加热和冷却终了的相对变形量的 绝对值也应该相等，即：
E 全部消失，继续冷却，加热点 当温度降低100℃， 将继续向里收缩，周围的钢材却又会进一步阻碍这 种收缩，而使加热部位产生拉应力，以及弹性拉伸 变形。从田中可以看出，冷却终了时，加热部位的 拉伸变形量正好是加热时所产生的塑性变形量。
热
当加热温度超过200℃时，由于加热时的塑性变形 量 热 E E ，那么冷却终了时不仅会产生弹性变 形 E ，而且会产生塑性变形 E 。
因此，当加热温度在100一200℃之间时，弹性变形 量 E 为一恒值，塑性变形量T E 和温度呈线性关 系，而在200一700℃范围内加热时，总的相对变形 量依然和温度呈线性关系，可是 E 却随温度升高急 剧下降，导致弹性变形量急剧下降，而塑性变形量 急剧增加；当温度守700℃以上加热时，钢材便处 于全塑性状态( E 趋向于零)，随之弹性变形量及 热应力也全部消失，塑性变形部分由于受到周围常 温钢材的制约也无法变形，加热点在径向既不受应 力，也没有尺度的变化。
在加热过程中，当：
s ——钢材达到屈服极限时的相对伸长量。 式中： 加热部位相对伸长变形纯粹是弹性变形，受到周围 钢板的制约所产生的压缩变形也在弹性范围以内， 加热部分冷却以后，依然可以回复到加热以前的初 始状态。 而温度进一步升高，使
水火弯板及火工矫正工艺
详细描述
水火弯板技术利用水与火的结合，通过精确控制温度和压力，实现对金属材料的弯曲和矫直。在船舶制造中，水火弯板技术广泛应用于船体外壳的制造，能够高效、精准地完成大型曲面板的加工，同时降低能耗和减少环境污染。
案例一：水火弯板在船舶制造中的应用
高强度、高精度、可靠性
总结词
火工矫正工艺是一种利用高温对金属材料进行塑性变形的工艺方法。在航空工业中，由于对材料性能和构件精度的要求极高，火工矫正工艺被广泛应用于飞机机身、机翼等关键部件的制造。通过精确控制加热温度和冷却速度，实现高强度、高精度和可靠性的加工要求。
防止开裂
在弯板过程中，注意控制应力分布，避免因应力集中导致板材开裂。
表面处理
对弯板表面进行清理、打磨、涂装等处理，提高弯板的外观质量和耐腐蚀性。
冷却处理
通过自然冷却或强制冷却的方式，使弯板快速降温至室温。
检查与验收
对弯板进行质量检查，确保符合设计要求，并进行验收。
后期处理阶段
03
CHAPTER
火工矫正工艺简介
01
变形控制
在加热过程中，通过控制加热时间和温度，使钢板产生所需的变形。
02
矫直操作
在钢板冷却过程中，通过施加外力进行矫直，使钢板达到设计要求的平整度和直线度。
矫正阶段
去除固定装置
在确保钢板已经完全冷却后，移除支撑和固定装置。
表面处理
对钢板表面进行清理和修整，去除氧化皮和其他杂质，确保表面质量。
检查与验收
火焰加热
通过温度计实时监测加热区域的温度，确保温度在工艺要求的范围内。
温度控制
保证加热区域温度均匀，避免因温度不均导致板材变形。
加热均匀性
加热阶段