10000TEU集裝箱船船體建造質量控制分析

中海工業（江蘇）有限公司 張曉安

2013年12月27日，“MSC MONTEREY”號集裝箱船在行駛至加拿大紐芬蘭西南海域時，船員在接近主甲板處發現長約1.5 m的裂紋。隨后，裂紋擴展至船舶外殼，在船體上形成了約30 cm的裂縫。調查人員經一系列超聲波檢測，發現4892 TEU的“MSC MONTEREY”號（建于2008年）開裂原因是焊縫缺陷所致。

同年6月，商船三井（MOL）旗下8110 TEU的“MOL COMFORT”號（建于2008年）因在印度洋海域發生破裂而見諸各大媒體報端。之后該船竟斷成兩截后沉沒，令許多人詫異不已，因為它畢竟是艘現代化船舶，且失事時并未遭遇急風大浪，這令人聯想到該船舶在建造過程中的船體質量控制。在現代化大型集裝箱船的建造過程中，應保證船體焊接質量，特別要嚴格按照工藝文件執行，加強建造過程的檢驗，及時解決船舶建造過程中的焊接缺陷問題，才能避免上述海難事故的發生。

10000 TEU集裝箱船是為XX集裝箱運輸股份有限公司設計建造的新一代超大型集裝箱船。該船總長335.00 m，型寬48.60 m，型深27.20 m，結構吃水15.00 m，載重量（結構吃水）121800 t,可裝載10036只20英尺標準集裝箱，續航力達到20000 n mile。該集裝箱船由于運量大、航速快而受到國內外航運業巨頭的青睞，但因為建造難度大、技術要求高、工藝復雜，建造技術和市場一直被歐美、日韓等造船企業壟斷。特別是分段大合攏工序，對于焊接技術要求特別高，稍有不慎就會造成鋼材變形，影響船舶整體承載力。本文重點介紹該船在船體建造過程中船體質量控制的點滴體會。

一、10000TEU集裝箱船船體結構特點

對于10000TEU集裝箱船的船體結構設計特點，首先要認識大型集裝箱船的高應力區域，這些區域在建造過程中，無論是裝配、焊接還是檢驗均是需要重點關注的部位，同時這些區域也是船舶在營運過程中易產生疲勞和損壞的位置。

大型集裝箱船通常為平甲板船，帶艏樓及尾下降甲板（Sunken deck），設有前傾式艏柱、球鼻艏、方型尾，甲板大開口，尾部大外飄，貨艙內設置水密橫艙壁和結構艙壁（structure bulkhead）,單舵，單槳式船舶。大型集裝箱船船體基本結構為縱骨架式，貨艙區域設置有雙層底和雙殼舷側結構，且在雙殼舷側的頂部設計為有效的抗扭箱結構。在保證船體結構強度的情況下，對于部分中小型集裝箱船，也可用雙層底和具有抗扭箱或其他等效結構的單層殼舷側結構代替。大型集裝箱船最典型的結構布置為雙層底、雙舷側、兩舷通道、桁架式艙壁。

二、10000TEU集裝箱船結構布置特點

1.甲板骨架及艙口角隅

開口線以外的甲板均采用縱骨架式，甲板寬度小，為典型的大開口船舶，甲板使用等級較高的高強度鋼EH36，板厚68 mm。艙口角隅為圓弧型或拋物線型等，機艙前部的甲板角隅采用匙型；對于開口線以內甲板，通常與艙口圍和橫艙壁結構一同構成箱型橫梁。

甲板結構危險區域：位于貨艙口角隅處甲板板；艙口圍板與甲板室連接處,靠近甲板室處的貨艙口角隅板。

建造檢驗要點：改良設計,提高角隅插入板的鋼板級別，增加角隅插入板的板厚；根據現場實際，適當增大角隅半徑，角隅處自由邊打磨光滑或采用便于應力釋放的特殊形狀艙口角隅；加厚的角隅插入板與周圍的薄板要有良好過渡；角隅插入板與上甲板的對接焊縫要位于角隅圓弧以外；角隅插入板如圖1所示，避免有任何開孔（如通風筒、空氣管和測深管的開孔)；特別注意艙口端橫梁與舷側艙內結構應對良好；特別注意導軌架與角隅之間不要焊接。

2.舷側結構

集裝箱船舷側采用雙舷側結構，并在內舷側采用階梯型結構，便于裝載集裝箱，同時增強總縱強度及增大壓載艙、燃油艙艙容。舷頂列板及內殼頂列板通常采用等級較高、板厚較厚的高強度鋼，實際采用EH36，板厚68 mm。

舷側結構的危險區域：舷側外板縱骨與橫框架上水平扶強材的連接處，尤其在水密肋板處。

建造檢驗要點：要注意正確的節點型式、良好的結構對中、良好的趾端包角焊接。修理－改良扶強材的趾端設計，采用軟趾、軟根或軟趾加背面肘板的型式。

3.艙壁結構

水密橫艙壁頂部設置箱型橫向結構，同時在水密橫艙壁上設置垂直、水平桁材，以支持艙壁的扶強材；如圖2所示，在貨艙長度中間設置由垂直、水平桁材構成的非水密橫艙壁。在橫艙壁上設置有集裝箱導軌架。貨艙中后部區域，水密橫艙壁中下部設置燃油艙。

橫艙壁結構危險區域：橫艙壁水平桁、垂直桁與內殼縱壁、內底板連接處。

建造檢驗要點：注意連接端正確的節點型式，與內殼、內底內結構良好的結構對中、良好的趾端包角焊接。

4.抗扭箱結構

圖1 貨艙口角隅自由邊打磨光滑便于應力釋放

圖2 橫艙壁結構

圖3 抗扭箱

抗扭箱是集裝箱船參加彎扭載荷組合情況下總縱強度的主要部位，由強力甲板、外板、內殼板、二層甲板和橫向箱型梁組成（對于單殼集裝箱船則在貨艙頂部設置單獨的抗扭箱）,其內部結構采用縱骨架式，同時抗扭箱也可作為貫穿貨艙長度的安全通道(passage way），一般在通道內設有通向各個貨艙的水密門或風雨密門，在內殼板上設置的通向這些門的入孔為高應力區域。

5.舭部結構

10000 TEU集裝箱船貨艙內舭部為臺階式結構，以便內殼縱壁的結構過渡，小型集裝箱船貨艙內舭部通常為直角結構，舭部內結構為縱骨架式。

舭部結構危險區域：在舭部艙室與雙層底連接區域，旁桁材、內底板、雙層底橫向肋板和及舭部橫向框架之間連接處；縱艙壁與舭部艙室頂部連接處；舭部橫向框架上扶強材與底部、舭部和舷側縱骨連接處根部和趾端。

建造檢驗要點：注意正確的節點型式、使用補板或插入板封閉開孔、良好的結構對中、良好的趾端包角焊接。

內底板在舭部中端，未一直延伸至舷側，造成極大的應力集中，內底板需有良好的結構過渡。使用與肋板相同的補板或插入板封閉開孔。

危險區域處內底板、肋板和旁桁材之間角焊縫及內殼縱艙壁與平臺板之間角焊縫應加強焊接，取最大的焊接系數或采用全焊透或半焊透角焊縫，加強焊縫的長度不小于300 mm。

6.雙層底結構

圖4 雙層底結構

10000 TEU集裝箱船的雙層底結構采用縱骨架式如圖4所示，其結構一方面要支撐貨物的重量；另一方面要參加船舶的總縱強度；雙層底內除了設置縱骨外，還設置旁桁材和肋板，加強整個雙層底的板架強度，內底板的箱角均座落在旁桁材和肋板上。雙層底的內底板是容易受損的部位，內部結構根據其艙室的用途有著不同的特點，用于壓載的處所其內部構件容易出現腐蝕；在油艙/水艙界面容易出現熱腐蝕。

雙層底結構危險區域：扶強材與內底、外板縱骨的連接處。

建造檢驗要點：特別注意正確的節點型式、良好的結構對中、良好的趾端包角焊接。

圖5 艙口圍結構

7.艙口圍板結構

10000 TEU集裝箱船的貨艙艙口圍板為縱向連續結構，如圖5所示，是集裝箱船參與總縱強度的主要部位，艙口圍的腹板、面板及扶強材采用較厚的高等級高強度鋼EH36，68mm板厚，艙口圍的終端要有良好的過渡。

艙口圍板危險區域：艙口圍板終端結構。

建造檢驗要點:注意趾端正確的節點型式，良好的結構對中和趾端包角焊接，終端肘板與甲板之間角焊在靠近趾端處最好使用全焊透。

三、高強厚鋼板焊接過程控制要求

1.加工

要求嚴格控制板材切割精度，在厚板切割之前，采用試板校驗切割機精度，超出精度控制標準的，要及時對切割機進行校正或檢修。加工車間做好板材切割精度的自檢及記錄工作。切割結束后，對自由邊和開孔邊緣打磨，自由邊切割需要磨平，較深的割痕采用烘槍加溫至120～150 ℃后使用81-K2焊絲進行補焊，補平后打磨光順。

嚴格控制厚板切割坡口的留根，不允許出現正公差，采用樣板檢驗破口切割精度，班組長自檢和精度管理員現場核對，并做好《板材坡口加工抽檢表》記錄。厚板零件材質需要用記號筆清晰地書寫在零件上，以便追蹤。

2.拼板、部件

厚板拼板前進行電加熱，加熱溫度控制在120～150℃之間，由車間相關人員確認后施焊，并提供《加熱曲線表》。厚板定位焊的焊接質量要求等同焊縫，不允許出現夾渣、裂紋等焊接缺陷，長度在150～200 mm之間。厚板拼板除檢查主尺寸外，還要嚴格檢查焊縫邊緣平整度避免錯位。厚板拼板裝配提交質檢部驗收，合格后方可施焊。

厚板拼板采用多層多道焊，預防角變形。拼板焊接結束后，切割引熄弧板后將端頭坡口修正，并打磨光順。焊絲具有特殊要求務必專船專用。火工校正采用壓鐵與加熱后空冷相互配合的方法，把火焰烘槍加熱以保證校正溫度，嚴禁水冷校正。火工加熱位置位于焊縫邊緣30～50 mm處，嚴禁直接在焊縫上加熱。厚板拼板全部由第三方檢測公司CCSI進行UT100%檢測。厚板焊接缺陷需要反刨后打磨清理干凈，加溫至120～150 ℃后，使用81-K2焊絲焊接。

3.分段裝配、焊接

圖6 厚板焊接使用電加熱片加熱

拼板劃線結束后，將拼板縫與構架交叉點的焊縫做磨平處理，再安裝構架。所有吊環切割時需留根3～5 mm割除，然后打磨，避免傷及母材。厚板裝配提交檢驗，驗收合格后方可施焊。所有和厚板有關的電焊都需要電加熱，溫度控制在120～150 ℃之間，由相關人員確認后施焊，并提供《加熱曲線表》。嚴禁在厚板自由端進行電焊，包括支撐、加強、臨時護欄等。厚板開孔全部由數控完成，如因修改需要現場開孔的，經技術部門確認后，采用專用磨具開孔。構架定位焊需要在主焊縫焊接之前打磨清除。涉及到厚板的補焊長度＜30 mm的采用烘槍加熱缺陷部位至120～150 ℃，補焊長度大于30 mm的，必須使用電加熱片先加熱后焊接，如圖6所示，嚴禁直接補焊。使用81-K2焊接的位置必須使用81-K2焊絲進行補焊，嚴禁使用其他焊條、焊絲補焊。

四、結語

在建造10000 TEU大型集裝箱船過程中，只要按照船舶建造規范進行設計、計算，生產過程中嚴格執行焊接工藝要求，重點加強高強厚板的焊接控制，在產品驗收時嚴格把關，就能建造出高質量的大型集裝箱船，能夠預防和控制焊縫開裂和船體斷裂，減少船舶海上事故的發生。