貨滾船大型艉門的裝焊精度控制

■ 商成剛，張芳杰，雷磊

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1. 項目簡介

該滾裝船是目前世界上先進、綠色的貨物滾裝船，全長210m，型寬28m，型深18m，設計吃水載重12000t，共計2980m車道線。該船擁有3層重貨甲板，能裝載250個MAFI單元/700TEU以及60輛小型汽車，可滿足重型貨物的裝載需要，擁有先進的滾裝設備布置。該貨物滾裝船配置了兩臺先進的硫化物洗滌塔，保證了廢氣的排放條件；同時擁有優化的船體線型，以及更佳的推進器和節能裝置設計，以降低航行阻力，減少燃油消耗，滿足苛刻的EEDI（船舶能效設計指數）要求。

在船上的貨物滾裝設備系統中，設置了一個目前全球貨滾船尺寸最大的單節艉門，由1節主結構和15塊翼板組成；它是滾裝船連接碼頭的橋梁，可兼作車輛裝卸貨物上下船的跳板；滾裝貨物通過艉門跳板到達主甲板，也可從固定坡道到達內底板，還可以從右舷的固定坡道直接到達露天上甲板。當艉門收起后，能滿足艉門與船體的密性要求，充分體現了該艉門的多功能性和重要性。該船的艉門也是我廠有史以來建造的最大尺寸，其具體尺寸為：17m×26m（電動）。

2. 艉門結構特點與難點

艉門結構特點與難點主要包括以下幾個方面：

（1）艉門是由一個主結構和15塊翼板組成，驅動方式通過電動絞車及鋼絲繩操作，鎖緊方式采用液壓插拴及油缸鉤頭鎖緊。艉門的主結構覆蓋了整個船寬，總重量約136t。為目前全球貨滾船最大、鉸鏈數量最多的單節艉門，單個面積及重量均創我廠建造歷史之最。

（2）整個艉門左側約2/3為平面結構，有平整度要求，與船體通過橡皮壓緊條形成水密，以確保艉門與船體的密性。而艉門右側1/3是一個有弧度的非水密形式，弧面半徑20m，升高約380mm，該右段的坡道與左側結構有臺階連接，且與主甲板和上甲板之間的固定斜坡道銜接。艉門左右兩部分合成了一個完整的艉門結構。

（3）艉門整體結構呈扁平狀，橫向由9道T形強梁，間距為2050mm，縱向由12道T形縱桁和53道普通縱骨HP220X11（AH36），縱骨間距為400mm，組成了該艉門的整體結構；主結構的焊腳高為6mm，附件（鉸鏈除外）焊腳9mm。

（4）艉門的精度要求為：長/寬方向誤差控制范圍±4mm，對角線≤5mm，縱骨間板架變形量控制范圍±3mm，整體平整度控制范圍±12mm。鑒于該艉門的骨材間距小和其結構形式、平整度及密性的要求，給建造的裝焊過程和精度控制帶來了一定的難度。

（5）艉門的15塊翼板通過重力折疊，鋼絲繩收緊（見圖1）；翼板和主結構通過鉸鏈聯接，共有30套鉸鏈；單塊最大尺寸2.8m×3m，重量2.5t，總重約20t。

（6）艉門主結構上的附件有2對主鉸鏈、9對支撐鉸鏈，共計22片鉸鏈眼板，與船體尾封上的鉸鏈座連接。另有7組滑輪組、車道擋板、欄桿、密封壓緊條、防磨條等附件，附件總重量約15t。其關鍵點是主鉸鏈和支撐鉸鏈的安裝定位，以及裝焊過程的控制；因其安裝精度要求高，焊接工作量大、應力集中，易產生焊接變形，會直接影響到艉門的平整度和密性要求，也關系到艉門各鉸鏈同心度要求，以及今后使用的正常開啟和使用壽命。

（7）艉門密封是通過U形橡皮槽的密封橡皮與不銹鋼扁鋼壓緊條的配合實現。扁鋼壓緊條在艉門的主結構上需預裝好，而橡皮槽則在船體結構上散裝。艉門壓緊條所在的區域平整度需嚴格控制，允許的誤差為每米2mm，總的極限誤差為4mm。

圖1 艉門府視圖

3. 艉門的建造工藝、精度控制方法和措施

結合艉門的結構特點、難點及關鍵點分析，經過反復的模擬、推演和論證，以及各工序安裝部件適宜性和裝焊的可操作性。采取以下的工藝措施和方法，來控制整個建造過程的精度、質量和生產周期。

（1）由于該艉門尺寸較大，又有水密與非水密兩部分，因此采取了頂板為基面的整體胎架建造，而在左右部分的右升高臺階處自然斷縫處，形成左右兩個部分，以便于建造過程中的應力釋放，滿足圖樣的技術要求；并分別進行平整度和精度等控制。而左右部分建造完成后，再組合成整體轉運和吊裝上船。

（2）該艉門需兼作車輛上下船的坡道，設計前期經與船東進行充分的溝通，采用了防滑砂的形式；降低了若采用焊接型防滑條形式，而產生的大量焊接變形與應力，為建造過程中保證該艉門的平整度打下了良好基礎。

（3）該艉門在拼板的板材切割前后需經過校平處理，以消除原材料的應力，最大限度確保板材上胎時的平整度。

（4）在該艉門的T5～T6橫梁之間有一道R20000mm的圓弧，由于曲面變化太小，拼板較大又不便于加工，故此處的曲面胎架模板必須拉靠；縱骨也要在此處斷開，以確保該處的結構光順過渡。而胎架的其他部位需確保水平，以控制艉門平整度。

（5）因艉門的縱骨間距較小（僅400mm），又為6mm焊腳雙面連續焊，故放線時需考慮焊接收縮量，采用焊接小車焊接，以控制焊腳高度和整體重量。

（6）裝焊順序的控制：采取先縱向結構，后橫向結構，即縱向結構安裝完，采用角焊機進行雙數焊工從中間向兩端，對稱交錯進行焊接；然后裝焊橫向強結構。注意焊接電流、電弧電壓、焊接速度和焊腳高的控制，從而控制左右分片的焊接變形，以及應力的有效釋放。

（7）建立過程跟蹤測量表，監控該艉門建造過程中各關鍵部位的精度，尤其是主鉸鏈和支撐鉸鏈尺寸精度，以及不銹鋼密封條安裝區域的平整度。對過程中不滿足精度要求的部位，進行裝焊順序、局部加強，以及針對性的結構背燒等工藝措施的調整，滿足該艉門的精度要求在允許公差范圍內。

（8）由于艉門的結構存在大小端，前重后輕，以及左右不對稱，整體尺寸又過大，給建造過程中的吊運和翻身帶來了一定的難度，因此吊碼位置的設置是制造過程中安全的關鍵點。吊點位置不當將會給此艉門帶來扭曲變形，造成不必要的校正工作，甚至更大的返工。為此，該艉門共設制了16個吊運碼，其中翻身碼6個，用于過程中的三次翻身使用；最后只留8個吊運碼用于該艉門轉運和上船的安裝。

（9）艉門的面積較大，其附件（鉸鏈、滑輪組、鎖緊裝置等）又較多，焊接量自然很大，附件的裝焊對其平整度影響較大；反之，平整度控制不好，則影響其附件正確定位。如：艉門附件的關鍵是主鉸鏈和支撐鉸鏈的同心度，是核心也是難點，其主鉸鏈精度要求是0mm，支撐鉸鏈允許誤差是2mm；如果鉸鏈同心度出現偏差，每個鉸鏈與銷軸之間就會產生受力不均，或緊繃咬死，長時間就會造成銷軸或鉸鏈的磨損，造成了鉸鏈與銷軸之間的間隙大，艉門開啟或者關閉時會產生跳動或異響，甚至影響艉門密封性，直接影響艉門的使用壽命。該船的艉門共11對鉸鏈，22片鉸鏈眼板，同心度是該艉門附件的關鍵和重中之重；這也是被稱為麥基嘉全球最大單節艉門的主要原因。

以下重點闡述該艉門主鉸鏈和支撐鉸鏈的安裝定位和焊接過程的控制過程：

第一，鉸鏈定位前，艉門主鉸鏈結構橫向端部需增加保型綁材進行固定，避免鉸鏈焊接過程中，結構頂板變形，影響鉸鏈同心度。

第二，主鉸鏈、支撐鉸鏈、翼板折疊鉸鏈定位前，都要測量艉門頂板鉸鏈橫向區域的平整度，保證其水平度在±2mm；如果頂板不平，將影響鉸鏈定位的參照點，從而影響鉸鏈的同心度。

第三，鉸鏈中心線的設置由于鋼絲線在艉門寬26m長距離下存在撓度，為此將鉸鏈的中心靶線由鋼絲線換成激光射線，以減小因鋼絲繩撓度影響而產生的誤差。設置鉸鏈的測量固定靶，確保各鉸鏈的中心線，以便測量和監控焊接過程中鉸鏈同心度數據的變化，調整焊接位置或順序。

第四，鉸鏈同心度調整到位后，所有鉸鏈要用可調節的臨時支撐進行相應固定，以增加其剛性，防止焊接過程中的變形。并用圓管假軸轉動的方法，進行對單個鉸鏈的焊接過程中輔助同心度的測量和控制，發現變形后及時調整臨時支撐以滿足要求。在整個過程中，還需做好測量數據的記錄和分析。

第五，鉸鏈區域的焊接量極大，鉸鏈本體厚度60mm，與艉門結構有對接和角接；同時鉸鏈上方還有T型材面板和不銹鋼壓條，鉸鏈之間還有封板，所有的焊接量集中到一起，造成鉸鏈的焊接應力較大，鉸鏈座易產生前后收縮（移位）和上下偏差（轉動）。為此，需采取適當的增加鉸鏈的反變形量方法進行焊接。

第六，明確艉門主鉸鏈整體焊接順序以及單個鉸鏈眼板焊接順序。整體施焊順序為先中間、后向兩邊，采用雙數焊工交錯對稱的焊接方法。而對單個鉸鏈眼板而言，先立焊后平角焊。焊接參數需嚴格控制 ，且盡量取規范數值的下限參數（見圖2）。

第七，鉸鏈板材材質是DH36，焊接前需對鉸鏈進行預熱，預熱溫度不低于100°；焊接的層間需測量鉸鏈同心度數據，發現偏差立即停止施焊，待冷卻后再復測數據，如還出現偏差，結合鉸鏈同心前后、上下實測數據，適當對鉸鏈進行干烘釋放應力，直到鉸鏈同心度恢復到允許范圍。

通過采取上述的各項措施，經過精控對所有11對鉸鏈進行同心度數據檢測，結果都在技術要求范圍內，鉸鏈安裝一次性成功。由此可見，我們對整體鉸鏈的焊接順序，以及單個鉸鏈眼板的焊接順序的工藝確定，以及焊接參數的管控措施，同時在計劃的編排考慮，工序流程的制定等措施都是有效的。

圖 2

（10）最后艉門尾翼板水平控制：尾部的15塊翼板通過鉸鏈連接板分別與艉門本體連接，艉門打開時，尾部翼板與艉門成一定的角度，所有翼板都應在一個平面上，不能參差不齊，否則將影響車輛的上下船。故需通過適當的調整翼板限位，來確保所有尾翼板在一個平面上。

4. 實施效果及結論

該船的艉門經過上述工藝措施實施和過程控制，有效解決了該項目在建造過程中的難點，并控制了施工過程中的關鍵點，即建造過程中的建造精度以及裝焊變形。通過現場精控的測量和模擬搭載安裝，符合圖樣的技術要求，并于2018年2月27日在實體船上安裝一次成功，達到了預期的目的和滿意的中間產品。為后續的系列貨滾船艉門的建造積累了經驗，為縮短建造周期提供了依據。