37 000 DWT多用途船掛舵臂建造工藝與精度控制

(長航集團青山船廠，武漢 430082)

37 000 DWT 多用途船是長航集團青山船廠承建的滿足德國“GL”船級社規范的大噸位多用途船。該船技術含量較高，用途廣泛，且結構復雜，建造難度大。

掛舵臂的主要作用是支撐舵葉并使其發揮正常功能。通常置于螺旋槳后方，因此承受較大外力，掛舵臂外部線型正確與光順直接影響船舶的性能。本船掛舵臂重約41 t,由外包板，內部板架結構及舵桿舵承、舵銷舵承(鑄鋼件)組成，相對獨立，其外形尺寸及主要板厚見圖1。

圖1 掛舵臂結構示意

掛舵臂最大板厚85 mm，外包板板厚為75、30 mm兩種。

1 建造難度分析

1)掛舵臂的外包板厚度75 mm，必須保證加工完后與線型基本吻合，現場很難用如火工、拉、壓等方法來矯正線型，加工難度大。

2)掛舵臂內部空間狹小，結構錯綜復雜，安裝及焊接難度大,存在著安全隱患。

3)掛舵臂所設舵桿及舵銷舵承均為鑄鋼件，與鋼板結構的連接在焊接方面有特殊要求，應預防裂紋產生。

4)舵系安裝公差要求見圖2。

圖2 舵系安裝公差要求

從圖2可以看出，對于大型焊接件，要將精度控制在±2 mm是一件很困難的事情。

2 建造工藝和精度控制

1)制作外包板的加工鐵質樣箱，以確保線型的準確，加工外包板時應按放樣的素線來進行加工，才不會發生加工扭曲。

2)制作有足夠強度的胎架，胎架模板數切下料，基面水平，線型正確光順，尺寸準確。

3)以左舷為胎架面鋪設外包板，此時保證外包板必須與胎架貼合，并且相對位置準確。其后即可將外包板的對接焊縫的上表面焊接成形。

4)勘劃構件安裝線，可根據地樣進行劃線，也可通過樣板進行劃線，劃線要加放焊接收縮量。

5)對于內部構件分A～G組立預制見圖3。這樣可以減少狹小空間立角焊，焊完后進行矯正，以消除一次焊接應力和變形，從而減少整體變形。

圖3 內部構件組立預制示意

6)將完工的組立構件對線安裝。此時安裝要絕對外包吻合，檢查的基準是中縱構件與舵系中心線水平對準，不可有裝偏左、右不對稱現象。

7)安裝舵桿及舵銷舵承。安裝前要將與舵承相接的所有板材構件的余料切割掉，開對接坡口并打磨合格，安裝時嚴格調試舵承中線與舵系中心線對準，定位焊固定，然后加碼材，要保證足夠的強度，以阻止焊接變形。

8)驗收合格后進行結構與胎架面外包板的焊接。焊接過程中要隨時檢驗軸線的變化和整體變化。

9)舵承與結構焊接最后進行。此時焊接的工藝應分為三段焊接，先焊中段，再焊下段，最后焊上段，平焊也應分段分層，這樣焊接對舵系中心線變形控制起著關鍵作用。

10)檢查舵系中心線的精度，如超差及時調整和矯正，既可安裝右舷外包板。先安裝中間兩塊板子，便于進入內部施工。

11)焊接右舷外包板外側對接焊，焊接時應嚴格按焊接工藝施工，包括厚板的加熱程序，在裝右舷外包板時應留6 mm的焊接間隙，焊接前，反面貼直徑為8 mm的圓陶瓷襯墊，這樣焊縫反面形成是一凹槽，打磨一下既可，能確保焊縫內在質量。

12)將掛舵臂脫胎整體翻身，用花墩將掛舵臂上、下4個角墊平，右舷朝下，因焊接應力原因脫胎后，會有略微中垂現象，翻身以后左舷朝上就形成中拱現象，將舵桿及舵銷舵承軸線調平(用水平儀)，因此時略微有中拱現象，此時就須在左舷的上表面加載重物(如鐵砣)，借助外力幫助消除變形。

13)翻身后焊接非常重要，應加大焊接量，使其受熱區域大一點，所產生的變形就越大，其目的是矯正翻身后的中拱現象。對于焊接過程必須進行監控，最好每天早晨上班之前打水平測量軸線變化。此時的測量經過晚上的冷卻以后，可測得較準的變化值，根據變化情況，調整焊接工藝程序，最終將變形控制在允許范圍內。

14)所有已安裝構件焊接完后，進行全面的清焊、打磨，如果自由端由于焊接引起局部變形，要進行矯正處理，特別是與導緣板的接縫處，要保證平直光順，坡口開好，打磨好，做好與導緣板相接的準備。然后進行內部結構的焊接報檢工作，因此時還未安裝導緣板，相對進去檢查的條件好一點，可減少封導緣板后的報檢量，待驗收合格后即可進行導緣板的安裝。

15)導緣板的安裝，此時里面空間非常狹小，采用內襯墊外面焊接。應選派技術水平較高的焊工施工，能保證一次焊接合格。

3 裝配與定位焊要求

因掛舵臂結構較厚，焊接量大，為了減少變形，必須嚴格按照焊接工藝進行焊接。

胎架要設在牢固的基礎上，胎架要有足夠的強度和剛度，并有一定的高度，便于施定位焊。

1)裝配邊緣應清潔、干燥、無銹、無屑、無氧化物，無油脂和其它雜物。裝配邊緣的清潔范圍包括焊縫及焊縫附近15 mm左右的結構表面。

2)裝配時，板的錯位誤差<0.1t(t為板厚，且不大于2 mm)

3)定位焊要求。定位焊焊條為CJ427，定位焊長度為35～45 mm, 定位焊間距250～350 mm。

4)焊接材料。CO2焊用焊絲牌號：AT-YJ502(Q)，焊絲直徑1.2 mm。

5)焊接參數。碳鋼板CO2焊焊接參數見表1。

表1 碳鋼板CO2焊焊接參數

6)盡量按照新工藝，采取平面焊。

7)鑄件焊接要點。

(1)鑄件板厚大于30 mm，焊前要求預熱，其溫度為100～150 ℃，范圍在縫口兩側100 mm區域，應避免局部過熱，用氣炬進行預熱時，要用中性焰(不要用冒煙的火焰)，在整個焊接施工持續過程中預熱溫度應保持恒定，溫度測試點距焊縫50 mm，見圖4。

圖4 溫度測量點示意

(2)層間溫度<250 ℃。

(3)多層焊時應注意不宜擺動過寬(<20 mm)，以保證合理的形狀系數(即焊縫的寬度C與融透深度S之比值C/S通常為1.3～2.0)，以減少焊縫偏析和裂紋傾向，見圖5。

圖5 多層焊接擺動正誤對比

(4)進行多層焊時，每層焊縫的起點和終點相互錯開30～50 mm，各層焊縫的起始點不應在焊縫的交叉處。

(5)全焊透焊縫封底焊前，應用碳弧氣刨刨槽，經船東和船級社認可后，再打磨，施封底焊。

(6)對較大間隙焊縫應先長肉，達到設計要求的坡口間隙和角度時，再正式施焊。

8)焊縫順序。

(1)掛舵臂預制時，應先焊板縫，再焊結構間的對接縫，然后焊接構架間的角焊縫，最后焊構架與板之間的角焊縫。

(2)施焊時，應盡量由雙數焊工從掛舵臂中間逐漸向前后，左右對稱施焊，以保證構件的自由和均勻收縮。

(3)手工焊時，對較長的焊縫應采用逐步退焊法式分中退焊法。

(4)厚板施焊注意對稱進行，不要一側焊完再焊另一側，按圖示要求，先焊焊縫截面的一半，再焊另一側，即按1、2、3、4的先后順序進行(見圖6)，焊前要清根。

圖6 焊接順序示意

5 結論

1)關于掛舵臂，前期設計往往只注重結構的強度，忽視施工的工藝性。因此應該安排有經驗的設計人員仔細消化工藝方案，對結構進行優化，解決現場的問題。

2)對于厚板線型加工，應采用鋼性好的鐵樣箱，配合T字樣板的使用，這樣才能保證線型準確。傳統木制樣箱因剛度不夠，很難保證加工后的線型。

3)板厚大于30 mm的板材焊接按規范要求預熱100～150 ℃，層間溫度與此相同，安排合理焊接程序非常重要，還須采取嚴格的測量和控制措施。