18000TEU超大集裝箱船舵鰭分段結構特點及建造工藝研究

韓 俊 王 顥 李 超

（上海外高橋造船有限公司，上海200137）

0 引言

舵是實現船舶操縱的主要設備，舵系工作的好壞將直接影響船舶的推進特性及正常航行，對船舶穩定性有直接影響。目前散貨船、油輪以及集裝箱船采用半懸掛式半平衡舵，舵安裝在艉部舵鰭分段上，舵鰭分段由純鑄鋼或鋼板和鑄鋼組合的掛舵臂與艉部劃分出的一部分船體結構組合而成，此分段的建造質量和精度直接決定了后續的舵系安裝質量，進而會影響到船舶建造質量和進度。

18000TEU集裝箱船舵鰭分段立體模型如圖1所示。本文在此基礎上分析總結了超大集裝箱船的舵鰭分段結構特點、生產設計及建造過程，為今后超大型集裝箱船該分段的建造提供相關設計及工藝參考。

圖" "5!!!12B集裝箱船舵鰭分段立體模型

1 18000TEU集裝箱船舵鰭分段結構特點

此舵鰭分段由舵筒與船體結構組合而成。該分段是在船體結構全部燒焊完成，無損探傷結束后，將舵筒整體插入，船體結構與舵筒之間存在諸多對接及交接焊縫，這些焊縫的焊接質量直接決定舵筒與船體結構連接的牢固度，因此這些對接及角接處的坡口選擇及焊接順序很重要，且船體結構在這些連接處的板材板厚及材質相較此分段其他區域更厚、更高。

2 設計過程

隨著公司造船效率的不斷提升，生產部門對設計圖紙的質量要求也在提高。設計是生產的先行，設計時考慮得越周到細致，給生產現場帶來的便利就越大。因此，在舵鰭分段的結構設計過程中對具體的焊接坡口、具體的建造方式以及為顧及施工方便而進行合理化設計等各方面都需要予以全面細致的考慮，以確保分段建造的質量。

2.1 焊接坡口

此分段焊接坡口的型式及朝向要求特殊，在設計階段需充分考慮各方因素。

（1）舵筒由外部廠家提供，其與船舶主體結構存在諸多對接坡口，因此船體設計開設坡口時要充分考慮廠家提供的舵筒相關結構坡口朝向，避免平行坡口的出現，從而避免質量事故的發生。

（2）舵鰭內部結構與舵筒圓箍處的坡口要求為深熔焊。

（3）舵筒上端面與17846平臺對接縫的坡口方向朝上。

（4）一般情況下船體外板板厚朝外，而此分段舵鰭外板由于板厚朝里，導致其內部結構在建模時要偏一個舵鰭外板板厚，不能簡單地參照SURFACE建模，否則內部構件會偏大一個板厚，影響鋼板訂貨及結構安裝。

由于舵鰭外板曲率較大，內部構件與其形成角焊縫時要開設自然坡口，但因建模時偏了一個板厚導致自然坡口不能自動建模，設計人員需逐一剖取圖面量取角度后手工開設坡口。

（5）為了保證舵筒的安裝精度，舵筒底板與舵鰭底板的對接處，中縱剖面、FR2橫剖面船體結構與舵筒結構的對接處，取消對接縫的坡口6mm的間隙設置。

2.2 舵鰭建造方式

（1）舵鰭要單獨制作DAP。舵鰭右舷外板上胎，左舷外板散貼，此時要注意右舷外板板縫處內部構件開設KU40×5的NOTCH孔，而左舷外板板縫處內部構件開設KU40×10的過焊孔，保證陶瓷襯墊的貼附及焊接的順利進行。

（2）在舵鰭上截取6個面，每個面均需制作模板以供制作胎架使用。

（3）對剖取的截面進行加工，制作逆直線和標尺水平線用于現場定位安裝。注意每個截面的數據必須保證正確，否則一旦模板不對，舵鰭的制作精度就無法保證，進而會影響整個分段的質量。

2.3 設計合理化

（1）由于舵鰭內部存在狹小空間不利于內部結構焊接，因此設計時需考慮在舵鰭左舷外板上開設兩個臨時工藝孔，以便施工人員進行內部作業，待內部結構焊接結束后再將其封死。為保證施工人員的安全，現場部門應采取相應的安全防護措施。

（2）進行臨時工藝孔封死燒焊作業時內部要貼鋼襯墊，以保證焊接質量。

3 建造過程

由于此分段最后連接舵葉，因此在建造過程中如何更好地控制精度尤其關鍵。

3.1 分段定位

（1）舵筒在分段（包括舵鰭）階段進行定位、裝配，此分段船體結構焊接、無損探傷工作全部結束后，將舵筒整體插入分段內。

（2）如圖2所示，將舵筒豎立在分段胎架上，使舵筒上端面與17846平臺在同一平面上，并作出舵筒上下端面B、A兩點，用扁鐵條釘焊在舵筒上下端面，開一個小圓孔，B點為舵筒上端面，A點為舵筒下端面，通過A、B兩點用鉛錘蕩一根直線，延伸至基面的對準點劃一個十字線得到C點，找出舵筒中心線。

圖- 分段定位示意圖

（3）舵筒在分段階段進行裝配定位不焊接，等分段總組、搭載階段焊縫焊接結束后再進行舵筒的焊接。

3.2 總段定位

（1）在此分段總組、搭載兩個階段焊接時，應控制舵筒中心線，偏差值要求控制在±4mm之內。

（2）當總段搭載焊縫全部焊接結束后，在舵筒上下端面中心作出B、A兩點，通過A、B兩點向下延伸一根直線，直至與艉軸中心延長線相交，得到十字相交點C。

3.3 焊接要求

（1）焊接前應檢查坡口清潔狀況，坡口兩邊緣20mm范圍內是否有鐵銹、垃圾等污物。

（2）定位馬安裝的間隔約為400mm，當襯墊與襯墊連接時，為使襯墊與鋼板粘合緊密，必要時，可在該連接處增加定位馬。

（3）焊前預熱要求：當環境溫度低于0℃時，所有焊縫焊接前至少要預熱至21℃；當母材厚度大于38mm時，預熱溫度應≥65℃。

（4）在焊接過程中要有專人進行測量，當舵筒的中心線與軸線中心線前后左右偏離值超出±6mm時，測量人員應立即通知焊工采取措施，調整焊接順序。尤其是在焊接1／3板厚的焊縫時，要邊焊接邊測量，嚴格控制舵筒中心線的變形。

（5）焊接時應采用多道多層焊，除打底層外，其他各層的焊縫厚度應控制在2～4mm以內，焊工在每一焊道焊后須清除焊渣與飛濺，第一層焊縫焊接結束后，第二層焊縫要立即蓋上去，層間溫度應控制在150℃以下。

（6）首先焊接舵筒上端面與17846平臺處的對接焊縫，焊接方法采用CO2襯墊單面焊，由兩名焊工對稱焊接，焊接時需滿足（4）、（5）兩點要求，焊接順序如圖3所示。

圖* 焊接順序

（7）焊接分段外板與舵筒中段圓箍處的角焊縫，也由兩名焊工對稱焊接。

（8）焊接舵筒結構與舵鰭內部結構的對接焊縫，焊接方法采用CO2半自動焊，焊接時要嚴格控制焊接順序，應采用雙數焊工對稱焊接，首先焊接中縱板的對接焊縫，再焊接FR2處的肋板對接縫，最后焊接FR1、FR3處嵌補板與舵鰭、舵筒結構的對接焊縫，焊接需滿足（4）、（5）兩點要求。

（9）最后焊接舵鰭內部結構與舵筒結構的其他焊縫。焊接過程中應注意控制舵筒本體的溫度不能大于60℃。

（10）焊接結束后按無損探傷布置圖的要求對焊縫進行無損探傷檢查。

（11）根據涂裝要求，對尾鰭內部焊縫進行車間底漆補漆處理，并應放置相應的氣相緩蝕劑，按50g／m3的比例均勻放置；氣相緩蝕劑應固定在尾鰭內部結構上，不允許直接散放在尾鰭底板上。

（12）對尾鰭左舷外板處的臨時工藝孔進行焊接，焊接要求同（4）、（5），相應的焊接順序如圖3所示，臨時工藝孔焊接完成后應進行100%超聲波探傷檢查。

（13）由于在密閉艙室內施工，內部施工時應注意加強通風，防止發生安全事故。

3.4 檢驗

（1）焊接結束后，焊工必須敲清焊渣及焊縫周圍的飛濺，并檢查焊縫表面質量是否符合驗收要求。

（2）焊縫無損檢驗按船級社認可的無損探傷布置圖中的要求進行。

（3）焊縫無損檢驗后，如果焊接缺陷超過標準要求時，焊工應嚴格按照Q／SWS41－011—2005《焊縫返修通用工藝規范》要求對缺陷進行返修。

3.5 精度測量

舵筒焊接結束后要對其內徑進行精度測量，并將實際測量值報舵筒廠家，測量值需經廠家簽字認可。

4 與散貨船和油輪在此分段上的差異點

散貨船和油輪在此分段上結構幾乎一致，其分段整體立體模型如圖4所示。

比較圖1和圖4可以看出，散貨船和油輪的舵鰭分段是由純鑄鋼或鋼板和鑄鋼組合的掛舵臂與主結構對接形成舵鰭分段，而18000TEU集裝箱船是由舵筒和主體結構構成，且主體結構中包含舵鰭，舵筒為成品，不需要鏜孔，建造過程中需要對舵筒的安裝和焊接進行精度控制，以保證舵系的安裝精度，增加了整個分段的建造周期及建造難度。

散貨船和油輪此分段的鑄鋼件與主體結構的焊接在分段階段燒焊完成，而不是到搭載階段焊接，在分段搭載結束后，須拉線照光再進行鏜孔，以保證整個舵系的安裝精度。

圖. 散貨船和油輪舵鰭分段整體立體模型

5 結語

超大型集裝箱船的建造長期被日韓所壟斷，18000TEU集裝箱船為我公司首次承接建造，標志著我國正式進入超大型集裝箱船的建造領域。該船從設計到施工沒有借鑒度高的經驗，因而做到保質保量地完成具有里程碑式的意義。該船舵鰭分段設計難度高、作業空間小、焊接要求高、制作精度要求高，是典型的復雜分段，本文通過對該分段的設計和建造過程進行分析研究，梳理、總結了其中的重難點以及工藝流程，對整個分段制造的控制具有典型性，對公司后續超大型集裝箱船在該分段的設計及建造上具有一定的借鑒意義。