上層建筑變形控制與矯正工藝探討

方學華

摘 要：本文介紹了靈便型散貨船上層建筑制作過程中的變形控制方案與施工工藝探索，探討了上層建筑薄板變形控制的要領和矯正工藝，并通過實踐提高了上層建筑的制作質量。

關鍵詞：上層建筑；變形控制；矯正工藝

Discussion on superstructure deformation control and correction

Fang Xuehua

（ Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co.， Ltd. Jiangmen 529145 ）

Abstract： This paper introduces the deformation control scheme and construction technology of handysize bulk carrier superstructure， discusses the deformation control point and correction of superstructure thin plate， and through practice to improve the production requirements of superstructure.

Key words： Superstructure， deformation control， correction process

1 前言

船舶建造過程中，由于上層建筑板材薄、薄板面積大、變形大及矯正難度大等因素，上層建筑的變形控制與矯正是重點難題。薄板變形矯正一般采用現場水火矯正，施工人員的技術水平和經驗很大程度影響變形控制與矯正質量。如何從施工工藝方面改進上建制作質量，是各大船廠共同面對的課題。

2 變形控制措施

2.1 材料管理

薄板材料在施工過程中容易產生變形，在下料、吊運、堆放以及拼板施工過程中，都需要嚴格執行工藝要求控制變形。如：吊運采用磁鐵吊或吊梁吊運，減少自由邊吊運板夾導致的邊緣變形；片體完工后，規范化做好壁板加強排及轉運、堆放管理等，減少材料的轉運過程變形及吊運變形。良好的材料管理是上建變形控制的基礎。

2.2 自動焊縫變形控制

由于薄板的自動焊縫施工時容易產生較大的波浪變形，故拼板應選用平整的工作場地，焊前采用壓鐵塊壓住控制自動焊縫帶來的焊接變形，并在變形處理后安裝壁板構件 ，壓住后焊接結構，做好加強排后整齊規范放在托架上，有效減小了上建小組合階段的變形。較大的甲板拼板自動焊縫施工時，翻身作業由專業起重工負責指揮，以減小變形。

2.3 加強排的管理

為提高上建壁板平整度，一般都需要在壁板上安裝加強排，規范加強排的材料使用要求及安裝時機和拆除時機，明確加強排的安裝高度及點焊要求等，使加強排施工規范化、標準化，充分發揮加強排控制變形的作用。

2.4 做好測量工作

分段在胎架制作階段，提高劃線準確性和裝配質量，控制下口的方正度和對合性，做好精度測量控制，精度合格后開始按焊接工藝要求從中心向外對稱焊接；并做好焊后與火調后的測量分析，脫胎后的上建分段應水平墊放，預防火調過程中產生扭曲及中垂等總體變形。

2.5 上建分段起運管理

上建分段的小組合立片體轉運及分段的起運需要起運課大力配合，吊具方面盡量采用磁鐵吊或吊梁；其次，由于薄板的強度弱，盡量減少材料包括上建分段的轉運次數，吊運、轉運次數越多導致的起運變形越多；第三，上建分段脫胎必須檢查加強排的完整連貫性、焊接牢固性；脫胎后龍門架及擱凳應墊放在強結構部位，并保持分段水平以免墊放不當引起總體變形。

2.6 舾裝工作

上建分段的預舾裝包括管子、電纜孔等，安裝時機應在火調完工合格后進行，考慮到排水，可分段焊接后預先按圖紙要求開好管子孔，便于雨季及火調排水。

3 裝配焊接要求

3.1 裝配基本要求

從小組合開始每個裝配施工環節時刻注意變形控制預防，并提高劃線測量的準確性，做好精度測量修正工作。按要求規范化做好相應加強排，并將接頭連接牢固；材料的吊運、翻身等工作離不開裝配工的細致工作。結構裝配，要求控制好肋距、角度、直線度和間隙等，避免重復開刀工作；壁板裝配定位后從中間開始向兩頭裝配分散應力，并控制好垂直度及時將加強排接頭連接牢固，對接縫需做好加強排控制變形。總組定位方面，要提高裝配的切割精度，避免間隙過大引起焊角過大；嚴格控制好分段水平，預防分段積水問題等。

3.2 焊接基本要求

采用CO2焊，其焊接電流小，輸入分段的熱量也較小，焊接變形也相對小，而焊件輸入熱量不僅取決于焊接規范，也取決于焊件的焊縫規格包括間隙大小等，間隙過大增加焊接熱量，擴大了熱影響區而增大焊接變形。平角焊縫一般以采用CO2角焊機為主，并按焊接規范，較長焊縫采用分段焊、退焊法等，避免焊接熱量過于集中。上建分段應在裝配完工并檢驗合格后開始焊接，從中間開始向四周分散應力。

上建分段火調一般在分段焊接完工后施工，規范的裝配、焊接施工是上建火調工作的保障。

4 上建總組火調

4.1 工具改進

根據上建結構角鋼空間特點，特制了多種型號的專用工裝輔助矯正，工裝使用方便靈活，有效提高了矯正效果；并特制了木槌配合上建薄板矯正，提高矯正效果。火調使用氣體為天然氣，火槍嘴的型號要求采用1#或2#，加熱火焰細長可提高矯正效果。

4.2 火工培訓

上層建筑變形較為復雜，主要是波浪變形居多。為提高施工火工的理論基礎，組織了理論與實操的專項技能培訓，并對工裝木槌的使用技巧進行實操培訓演練，讓每個火工提高理論并掌握實踐經驗，提高矯正效果。

4.3 火調工藝交底

4.3.1 加強排的拆除

為充分利用加強排控制總組二次焊接變形，結合日本船廠經驗，要求外板加強排在總組焊后火工對每個硬檔進行水火矯正退火后再拆除，避免過早拆除后產生較大的波浪變形及板格間變形相互影響。

4.3.2 總組矯正順序

現代造船模式一般都在地面提前進行總組，完工后再整體吊裝上船，有利于縮短制造周期。上建總組火調矯正分兩個階段進行，即粗調和精調。粗調即對加強排拆除前階段采用長條形按要求對硬檔進行矯正，精調即在硬檔矯正后，按要求對軟檔平整度進行細致的矯正，使板格的平整度達到標準；精調一般采用規范的短條形或圓點形效果為佳。

在上建總組裝配焊接完工后，打破以往傳統經驗從下往上的單向火調順序，果斷根據工程力學原理，從中間第三層開始向下和向上分別矯正，更加快速分散應力并減少相互間傳遞影響。要求火工前后面、左右面對稱作業，單一面分散作業相結合、工裝和木槌輔助相結合提高矯正效果。

4.3.3 矯正方法

（1）硬檔矯正法

上建外板硬檔矯正前一般先劃好硬檔加熱線，采用長條形加熱矯正。工藝要求長條形的加熱參數如下：加熱寬度20 mm，深度2/3 t，加熱速度25 m/h，溫度600～6 50℃，水火距離20～50 mm。硬檔的矯正需注意矯正順序，一般以“跳格法”效果最佳；硬檔可矯正2次，硬檔對變形矯正收縮率約占變形矯正比率約60%～70%以上；變形較大部位可采用工裝配合提高硬檔矯正效果；硬檔兩端留100～150 mm不加熱，減少應力上下層之間傳遞。硬檔采用長條形矯正后應立即檢查結構角鋼的直線度，并加以矯正調直。

（2）軟檔矯正法

粗調結束后，結構整體平整度狀態基本良好，精調前應用直尺或拉線逐一檢查軟檔的平整度狀況，并做出相應標記便于操作；將變形區分等級：0、5、10、15、20、25（mm），經過粗調的板變形一般在5～15 mm；建議局部變形≥10～15 mm采用工裝（目的降低變形量的等級）效率較高，迅速達到矯正效果，并控制火調面積也相對較少。

精調矯正方法一般采用規范的短條形或圓點形，其中間斷性短條形矯正因效果較好，矯正痕跡較少而廣泛使用。短條長度100～150 mm，間隔50～100 mm；溫度500～6 00℃；排列整齊規范，并具有一定的方向性；圓點的直徑20 mm，間距100 mm。從軟檔變形較小部位開始矯正，變形較大的軟檔，采用工裝配合矯正；使用工裝時需加墊板緩緩增加外力以免頂出“包”，矯正仍需從變形小部位開始矯正。還可以采用木槌配合矯正，打槌時，從矯正的外圍向中間移動避免痕跡。矯正后拉線或直尺檢查平整度，標準化作業。

總組火調軟檔矯正的精調順序一般從上向下進行，并逐層矯正后依次向下報驗。

（3）疑難問題處理

上建的拐角及暴露區域的甲板如駕駛甲板及羅經甲板的平整度等，相對火調施工難度高。拐角矯正，應左右兼顧對稱性矯正；拐角變形控制的改進方法優化結構，增加角鋼降低拐角火調難度。暴露甲板的矯正應注意結構的直線度，避免積水問題。門窗應將四邊火調平直后安裝，矯正時應拉對角線檢查，對角線偏差要求≤3 mm。

煙囪分段的火調矯正難度相對較大，暴露面積大、美觀性要求高，施工需提高矯正質量避免痕跡。要求保證火調質量，安排熟練火工按要求規范化對稱性矯正，要求嚴格控制加熱溫度，變形較大部位采用工裝多人配合作業方法。

夏季需要考慮日照影響外板平整度。

（4）火調面積控制

37 000 DWT散貨船上建外板總面積約2 150平方米，經過工藝流程優化并加強培訓及現場管理，最終軟檔火調面積控制在80平方米。上建總組火調過火面積大幅下降，較之前船舶600～700平方米明顯改進了產品質量，涂裝課對外板的除銹等涂裝工作壓力明顯降低，縮短了產品制作周期，得到了船東的滿意認可。

（5）補涂工作

大力推廣綠色造船，在上建火調完成后要求采用車間底漆對外板火調部位做好補涂工作，避免火調部位銹跡斑斑，提升產品內在品質和船舶綠色建造要求。

5 小結

通過對我司37 000 DWT散貨船上層建筑工藝流程及管理的改進優化，各工序之間相互配合協調，使上建薄板變形得到良好的控制。加上對火工工裝改進及火工矯正理論和實踐培訓，提高了薄板矯正實質效果。對上建外板2 150平方米的矯正，最終軟檔過火面積控制到80平方米，達到同行業先進水平，力爭在后續船控制到65平方米以內，外板整體破損率控制到3%左右，進一步提升上建火調質量。

成本方面，工裝木槌改進成本僅約1 000元；由原先大面積火調到工藝流程優化后的局部火調，預計每條船上建的施工成本、動能成本節約5萬元以上。同時，施工周期大大縮短，綜合效益明顯。質量品質方面，避免以往傳統做法，工裝有效幫助提高質量，并對船東進行了專項工藝交底，得到船東的贊賞。

參考文獻

[1]《船舶建造工藝學》. 魏莉潔等編著.

[2]《工程力學》. 杜建根等編著.

[3]《船體火工》. 黃鎮編著.