船舶整體建造過程中消除應力集中工藝

賀兵

摘 要：船舶作為特殊產品，在建造過程中整體質量至關重要。通過對船舶整體建造過程分析可知，在船舶整體建造過程中，如何消除應力集中是提高船舶整體建造質量的重中之重。從船舶建造過程來看，受到鋼板自身特性、焊接電流電壓、焊接環境及制造工藝的影響，焊接部件會產生應力集中現象，不但影響船舶配件的整體質量和強度，還會對船舶的整體裝配質量產生重要影響。基于這一認識，在船舶整體建造過程中，應認真分析船舶建造工藝流程，深入分析造成應力集中的原因，并制定具體的工藝措施，消除船舶整體建造過程中的應力。

關鍵詞：船舶建造 焊接過程 組裝過程 應力集中 工藝流程

中圖分類號：U671 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2014）02（a）-0127-02

根據目前船舶建造施工的起重能力來劃分，在船舶建造中整體建造法比較普遍。同時也采用首部分段、左右舷側分段的分段建造船臺組裝的部分分段的建造。在船舶建造過程中為了有效消除船體應力集中，加強船舶整體建造的質量管理和施工工藝質量控制，防止和減少在船舶建造過程中因船臺地基、船臺鋪設、船底板龍骨鋪設及基線勘劃、船體焊接殘余應力等方面出現船體建造變形影響船體制造精度的控制，從而最終影響到船舶的建造質量，特制定消除船體應力集中的施工工藝。

1 船舶整體建造過程主要部件的質量控制分析

1.1 船舶整體建造船臺地基的質量控制

（1）船臺地基的處理，在基礎船臺上，采用重型壓路機進行來回碾壓，提高船臺的承壓能力。

在壓實的船臺上，采取在船臺整體左右舭部及中縱方向橫艙壁及機艙前后艙壁、軸包位置，挖掘澆筑0.75 m×0.75 m×0.75 m的正方體混凝土水泥墩，加強船舶船臺整體承壓能力，每個船臺選定10余個基準點并定期進行檢測防止船臺下沉造成船體變形影響產品質量。

（2）船體胎架的制作，首先確定船體基線，測量出船臺首、尾高度差，根據船舶結構型式確定縱向主胎架龍骨數量，利用鐵墩定位在地面上，按每個墩位乘載量不小于10噸計算，胎架龍骨采用“工”字鋼或其他型材焊接固定形成整體。

其次，胎架龍骨間距應與船體結構主龍骨間距保持一致。再利用水平測量設備測量胎架龍骨平整度，并保證在同平面上。

（3）船臺下沉的測量，船底板鋪板完畢后將全船肋骨線標出，確定肋位號。在首、中、尾部強構件處，首部橫艙壁，中部水密橫艙壁，機艙前壁或后壁與縱艙壁交點處，設定6或8個測量點，用油漆或樁柱在地面標記，測量其距船底板高度，數據存檔紀錄。

對測量的高度進行紀錄，每隔一個施工階段再進行測量，與原始紀錄數據進行對比，查看出船臺及胎架面是否存在下沉。

1.2 船舶整體建造船臺龍骨板鋪裝及底板肋骨線勘劃的質量控制

（1）船臺龍骨板中心線，通常可用激氣經緯儀在船臺底板龍骨板上畫出船臺中心線。操作時，將激光經緯儀安置在船臺中心線（船首）的端點，對中平整后，發出激光點到尾端龍骨中心點，每隔1.5～2 m畫出一點，然后將所有點子連成直線，即為船臺中心線。

（2）船底板肋骨線，船臺底板鋪裝完成，在船臺龍骨底板中心線上逐檔或間隔5檔畫出肋骨位置線、橫艙壁位置線，并用色漆標上艙壁、肋骨號碼。

（3）繪制高度標桿上的高度線，根據放樣間提供的高度樣棒，在船臺的高度標桿上畫出基線水線和甲板邊線等全部理論高度線，作為水平軟管、激光水平儀或激光經緯儀進行船臺鋪裝、分段吊裝定位和檢驗的基礎。

1.3 船舶整體建造的鉚焊施工質量控制

（1）構件預制，艙壁、機座、龍骨、框架等在車間平臺上預制焊接，并按樣板（或草圖）進行校正合樣，經檢驗認可后待用。預制構件或建造后鋼板表面不允許有顯著的錘印或凹凸不平現象。剪切或氣割后的鋼板邊如不加工時，則切割邊緣與切割線內的偏差：直線部分≯±1.0 mm；曲線部分≯± 1.5 mm。

（2）橫艙壁裝配焊接工藝，整個橫艙壁的外形尺寸，由樣臺提供樣板確定。拼板的材料規格型號，按照施工圖紙提供的材料規格型號進行。焊接按“焊接工藝”的要求進行。焊接完工后，應消除焊接變形并整平。

2 船舶整體建造過程消除應力集中工藝分析

為了保證船舶整體建造過程的應力集中能夠得到全面消除，應采取以下幾項措施。

2.1 采用合理的焊接順序和方法

（1）保證鋼板和焊縫一端有自由收縮的可能性。

（2）先焊接對其它焊縫不起剛性拘束的焊縫。

（3）在構架和板接縫相交的情況下，既有對接縫也有角接縫，此時應先焊接對接縫然后再焊接角接縫。

（4）當分段總段焊接時，盡可能由雙數焊工從分段中部逐漸向左右、前后對稱施焊以保證結構均勻的收縮。

（5）處在大接頭同一斷面的各種構件，應先焊大接頭的對接焊縫，再焊其它構件的對接縫，后焊其它構件的角焊縫，以利于大接頭產生殘余應力（至少可以減少大接頭的殘余拉應力）。

（6）靠近大接頭的肋骨和隔艙壁的角接縫，一般應在大接頭施焊后進行施焊。

2.2 選擇合理的焊接工藝參數

根據焊接結構的情況，在允許條件下盡可能采用小焊接線能量，如手工電弧焊，采用小直徑焊條下限值焊接電流；或中等焊接電流，較快焊速，這樣可以減少焊件的受熱，從而減少焊接殘余應力。

2.3 預留變形余量

船舶工程結構的建造中，在裝焊補板和嵌補分段時，由于不能自由收縮產生很大應力，在過大應力作用下可能產生裂紋。應預留余量焊接，焊接焊縫收縮把板拉平，這樣可以起到了減小焊接殘余應力的作用。

2.4 焊接電流電壓的控制

船舶建造在焊接焊縫時焊接電流對手工電弧焊的電弧穩定和焊縫成形有極為密切的影響，焊接電流大則焊縫熔深大，易得到凸起的表面堆高，反之則熔深淺。電流太小時不易起弧，焊接時電弧不穩定、易熄弧。電流太大時則飛濺很大。不適當的電流值還會造成其他的焊縫缺陷，焊接電流的選擇還應與焊條直徑相配合，直徑大小主要影響電流密度。電流密度太小，電弧不穩；電流密度太大時焊條發紅，影響正常焊接過程。一般按焊條直徑的4倍值選擇焊接電流，但立、仰焊位置時宜減少20%。焊條藥皮的類型對選擇焊接電流值有影響，主要是由于藥皮的導電性不同，如鐵粉型焊條藥皮導電性強，使用電流較大。焊接速度。焊接速度太小時，母材易過熱變脆。此外，熔池凝固太慢也使焊縫成形過寬；焊接速度過大時熔池長、焊縫很窄，熔池冷卻太快也會造成夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。一般焊接速度的選擇應與電流相配合。手工電弧焊時的運條方式有直線形式及橫向擺動式，橫向擺動式還分螺旋、月牙形、鋸齒形、八字形等，均由焊工具體掌握以控制焊道的寬度。但要求焊縫晶粒細密、沖擊韌性較高時，宜指定采用多道、多層焊接。焊接層次。無論是角接還是坡口對接，均要根據板厚和焊道厚度、寬度安排焊接層次以完成整個焊縫。多層焊時由于后焊焊道對先焊焊道（層）有回火作用，可改善接頭的組織和力學性能。

2.5 焊縫缺陷產生原因及防止措施

焊縫易產生的缺陷種類為：氣孔、夾渣、咬邊、熔寬過大、未焊透、焊瘤、表面成形不良如凸起太高、波紋粗等。

缺陷產生的原因和防止措施見表1。

船舶建造過程中，由于船體構件形狀多種多樣，建造過程較復雜，因此，在船舶建造過程中必須根據船體構件裝配施工進度及焊接施工進度進行定期或不定期船臺基線測量、艙壁水平測量、分段吊裝裝配對位精度測量，船體焊接變型測量。對每次測量數據應與基準數據進行對照，發現誤差時應及時進行較正，以最大限度消除船舶整體建造應力集中對船舶質量的影響，從而保證船舶建造質量。

3 結論

通過本文的分析可知，在船舶整體建造過程中，要想有效消除應力集中現象，就要從采用合理的焊接順序和方法、選擇合理的焊接工藝參數、預留變形余量、做好焊接電流電壓的控制和正確分析焊接缺陷入手，確保船舶整體建造過程應力集中得以全面消除。

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