4 000 t中薄板船分段制造精度控制

劉鎮+袁起

摘 要：本文研究4000t中薄板公務船船體分段建造精度收縮與翹曲變形，通過分段工藝變形圖譜和實際建造測量數據分析，并結合生產施工方便性和精度質量標準要求，制定該船型合理的焊接收縮補償和翹曲反變形設置，建造出精度合格的分段，減少返工，實現高精度快速搭載。

關鍵詞：焊接補償；反變形；分段變形圖譜；數據分析

中國分類號：U671.4 文獻標識碼：A

Abstract：This paper studies the manufacture precision， shrinkage and warping deformation of moderately thin plate blocks for 4 000 t official ship. By using block technology deformation graph and the analysis of actual construction measuring dada， this paper proposes the reasonable welding shrinkage compensation and anti- warping deformation arrangement for convenient operation and good precision control standard of block manufacture.

Key words ：Welding compensation；Reversible deformation； Block deformation graph ；Data analysis

1 前言

船體分段建造的精度技術發展大致經歷了三個發展階段：由全船所有零件加放余量，到內部構件無余量，再到分段無余量建造。其中，包括了設備的改進、設計手段的革新等方面，在一定程度上促進了精度技術的發展。但是目前建造的中薄板公務船因缺乏基礎數據的積累，分段建造的精度控制措施還是主要依據經驗進行粗略的估算，無法通過理論計算方式進行精確的測算。

由于此前建造的產品呈現出多樣性，各型船的結構特點、材料都不一樣，加上生產過程缺乏統一的監管和各關鍵工序數據的積累，導致相似產品可以借鑒或參考的意義不大，針對在建4 000 t中薄板公務船進行系統分析，整理出該公務船分段建造焊接收縮與變形的精度設計方案，增強公司建造中薄板公務船的能力。

2 分段建造精度分析與補償與反變形設計

4 000 t公務船總段建造的基本流程如下：全船按照零件、部件、組件、分段、總段、搭載的順序逐步開展；底部分段主要由零件、部件在胎架上散裝；上半立體分段主要是由部件、組件在胎架上組裝；總段主要由上半立體分段與底部分段組裝而成。該船建造過程中大量采取部組件的施工方法，故在開展施工策劃時，需重點針對此種情況制定相應的施工方案，并提前掌握其收縮變形的規律。

分段焊接總變形的預測方法有多種，但由于目前國內造船現代化程度不高，理論計算法進行精確預測，通過參考工藝手冊有關分段焊接變形及公差造船尺寸鏈的相關內容，由于圖譜簡化近似計算的方法比較適用于建造技術要求較高、結構較復雜的的船，初步確定該船主要采用此法，然后再利用數據收集進行分析進而優化設計。

經分析對比，根據圖譜法初步測算的數據及類似船的建造數據，以最終確定該船的數據，其前提是對比兩型船的施工工藝和結構特點。此外，由于分段建造過程中的變形主要是焊接引起的，但在建造過程中會適當采用火工進行矯正，即分段建造過程中的變形主要是由焊接變形和火工矯正變形組成。

現以典型的機艙底部分段（D31）為例，根據試驗得出的簡單板件焊接變形規律及典型分段的施工工藝，對分段的焊接總變形進行計算。底部分段的施工順序如下：外底板→縱骨→中龍、旁龍、肋板→內底縱骨→內底板→舷側縱桁→2甲板與內底板間壁板→2甲板。

根據分段劃分圖和分段的基本結構：雙層底高度H=1 200 mm，分段長度L=1 300 cm，分段半寬B=420 cm。分段正造，對應工藝手冊分段裝焊工藝規程8號方案：外板裝配焊接；內底板裝配焊接；安裝構架于外板，先焊構架焊縫，再焊構架與外板焊縫；安裝內底板分段翻身；焊接內底與構架焊縫。

根據選定的方案8，查找焊接變形圖譜，確定分段焊接變形的相對縮短值與曲率，最后根據理論計算公式得出分段焊接總變形的理論數據。

由此，可由圖譜查到△t=8.4×10-4、△b=13.2×10-4、C1=9.6×10-6、Cb=9.4×10-4。根據各參數，利用計算公式得出典型底部分段（D31）的總變形如下：

長度收縮：△L=△t×L=8.4×10-4×1 300=1.092 cm；半寬收縮：△B=△b×B=13.2×10-4×420=0.554 cm；長度撓度：F1=C1×L2/8=9.6×10-6×1 3002/8=2.028 cm；

半寬撓度：Fb=Cb×B2/8=9.4×10-4×4202/8=0.207 2 cm。

通過計算得到：分段縱向每米0.8 mm焊接收縮；橫向每米1.1 mm焊接收縮；縱向每米1.5 mm的反變形；橫向每米0.5 mm反變形的初步方案。

3 實測數據分析

3.1 縱向補償數據

根據H1185船測量監控數據，分析縱向補償數據（每米加放2 mm）為表1所列。

3.2 橫向補償數據

根據H1184/1185兩艘船底部分段甲板半寬測量數據，分析橫向補償數據（每米加放3 mm），為表2所列。

3.3 縱橫向變形數據

根據H1184/1185兩艘船底部分段首尾甲板及龍骨高度測量數據，分析縱向向補償數據（每米加放1 mm），橫向未加放，如表3所列。

根據以上數據，結合分段的建造工藝，對類似船分段的建造經驗總結如下：

（1）縱向焊接收縮量：分段長度一般在10～14 m范圍內，縱向焊接收縮量一般在20～28 mm間，即縱向2.0 mm/m，根據測量數據分析，底部分段實際縱向焊接收縮量僅為加放量的1/3～1/2；上半立體分段實際縱向焊接收縮量較底部分段小，平均加放量為1.19 mm/ m。

（2）橫向焊接收縮量：分段半寬一般在5～7 m范圍內，橫向焊接收縮量一般在4～9 mm間，即橫向3.0 mm/m根據測量數據分析，底部分段實際橫向焊接收縮量僅為加放量的1/3，平均加放量為0.96 mm/m。

（3）縱橫向反變形：底部分段縱向反變形1.0 mm/ m，由檢驗肋骨線到分段兩端加放的縱向龍骨反變形量在6-7 mm間。根據測量數據分析，底部機艙分段縱向反變形實際變形量較大，平均加放量為1.61 mm/m，其他底部分段與原設計補償相近平均加放量0.95 mm/m；橫向反變形甲板四角水平，并除去兩端縱向變形值，原設計并未加放，根據測量數據分析，底部分段變形量不大，平均加放量為0.53 mm/m，

4 結論

借鑒前期建造兩艘船的變形補償設計方案，并根據該船確定的分段制作工藝，可以發現型船分段制作采用胎架角鋼固定，構件多數采用部件或組件進行施工，各部件或組件完工后均需要進行火工矯正，使得建造實際測量的數據與設計補償有出入。

從工程建造施工方便和分段建造精度標準要求出發，根據實船建造的經驗數據和理論計算，經分析對比，得出該船合理的焊接收縮和變形施放為：

（1）縱向焊接收縮取原經驗數據的1/2，即1 mm/m；

（2）底部分段甲板為拼裝后分段組立，焊接收縮取原經驗數據的1/3，即1 mm/m；

（3）底部分段縱向變形補償取原經驗數據1 mm/m，但機艙段首尾翹曲變形較大，取1.5 mm/m；

（4）由于受外班縱骨焊接退火的收縮影響，橫向翹曲變形相互抵消其值，較小，可采取加放0.5 mm/m的補償。

（5）其他縱骨間距無加放，僅在分段端口余量進行粗略處理，甲板半立體分段為片體組裝，翹曲變形可脫胎校正定型，不設反變形值。

參考文獻

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