關于大型油輪CM的節點檢驗

來辰

摘 要：本文以某300 000 DWT VLCC油輪為例，對其高應力區CM節點的設定、檢驗方式與標準、現場工藝實施問題進行分析與探討，并比較了中國船級社（CCS）和英國勞氏船級社（LR）在CM節點檢驗上的異同。

關鍵詞：大型油輪；CM節點；CCS；LR

中圖分類號：U671.4 文獻標識碼：A

Abstract： Based on a 300 000 DWT VLCC with ship classification CCS， this paper analyzes and discusses the setting， inspection methods and standards， on-site process implementation of the critical area （CM points）. The similarities and differences between CCS and LR in CM points inspection are compared.

Key words： Very large crude carrier； CM points； CCS； LR

1 CM節點檢驗的意義

CM即英文Construction Monitoring的縮寫，意為“結構精度監控”。CM節點檢驗的意義在于對船舶高應力關鍵節點進行嚴格的建造監控，保證船廠按照認可的工藝進行施工，并設定量化的標準進行檢驗，從而降低高應力區域在營運過程中發生疲勞破壞的風險。對于大型油輪來說，其結構的安全可靠是其運輸功能實現的根本保證，而CM節點檢驗則是其結構安全的重要保障手段。

2 CCS對300 000 DWT油輪的CM節點檢驗

2.1 CM節點檢驗方法

以某300 000 DWT原油船為例，根據CCS《船體結構建造監控指南》（2014）及《船體建造監控計劃》（CMP），該船的CM節點共有871個，大致可分為四大類：板材之間對位（例如底邊艙斜板、內底板和雙層底縱桁的相交處對位）；板材與背面肘板對位（例如中/邊艙橫艙壁與其背面肘板對位）；重要結構與背面肘板對位（例如橫/縱艙壁上水平桁與其背面肘板對位）；重要結構趾端的外形尺寸（僅舭部分段水平桁趾端）。

從上述分類方式可知，CM節點的檢驗主要就是對板材或結構對位精度的檢驗。從對位精度的角度出發，CMP將全船節點的檢驗方法分為兩種。

2.1.1 100 mm檢驗線法

如圖1所示，在CM節點裝配前，使用雙面尺或者水平儀等設備在母板上作出與其對位的肋板/水平桁/縱桁等結構的理論線同側或異側100 mm檢查線，作為CM節點安裝及檢查的基準線。100 mm檢查線使用洋銃印作出永久標記并做好膠帶保護，傳遞給下道工序安裝檢測使用。

2.1.2 卡板法（結合100 mm檢驗線）

如圖2所示，以底邊艙斜板、內底板和雙層底縱桁的相交處對位（CM024）為例，在內底加工結束后，在其正反面做出L25縱桁的理論線異側100 mm檢查線；按照檢查線安裝L25縱桁，在安裝底邊艙斜板前使用角度樣板來確定斜板的安裝角度；確定斜板的安裝角度后，測量其內皮的延長線頂端距100 mm檢查線長度L，與理論值（根據對應的不同板厚與肋位計算而得）對比看是否滿足安裝要求；安裝完成后焊接，為了防止焊接導致節點處的收縮變形，焊后需再次使用角度樣板進行檢驗。

2.2 CM節點檢驗要求

2.2.1 裝配精度要求

（1）普通的十字接頭對中（包括正十字接頭和斜十字接頭）采用100 mm檢驗線法，其裝配精度要求如表1、表2所示。其中：t1、t2、t3表示對應結構的板厚；a為兩邊結構中心線與中間結構中心線交點的偏差值；a1為實際測量允許偏差值。

（2）結構三線對中（包括斜殼板三心對接上節點和下節點）采用卡板法，裝配精度要求如表3所列。其中：t1、t2、t3表示對應結構的板厚；a為兩邊結構中心線與中間結構中心線交點的偏差值；a1為實際測量允許偏差值。

2.2.2 焊接要求

根據CMP，全船的CM節點共有17種節點詳圖（DET），其中大部分DET都能看到比較明確的焊接要求。

十字對中的結構大都有深熔焊的要求：通常是板厚小于19 mm時采用單面深熔焊，板厚大于19 mm時采用雙面深熔焊；三線對中的結構中，斜殼板與內底板之間需要全焊透，斜殼板與水平桁、內底縱桁/內殼縱壁、內底板/水平桁之間為深熔焊。尤其需要關注的是DET.15，在斜殼板與內底板的全焊透焊縫中肋位附近200 mm內焊腳延伸長度達到11.5 mm。

驗船師應在CM節點的焊前對坡口的外觀進行檢驗，在分段/合攏報驗時再對CM節點的焊后質量進行檢驗，檢驗手段包括外觀檢驗及無損探傷。

2.2.3 節點形狀要求

前文所述的四大類節點中，其中第四類節點“重要結構趾端的形狀”是沒有對位要求的，也就是指舭部分段的L40水平桁處大肘板的兩端節點沒有對中的結構，但CMP中對兩個節點的尺寸有著非常詳細的標準，驗船師需要對這兩處節點的外形進行嚴格的檢驗。相比之下，其他節點的趾端形狀細節大多在結構圖中有反映，CMP中則不再專門詳述。

2.3 現場工藝實施

2.3.1 100 mm檢驗法

如圖4所示，CM節點DET.1處肘板的腹板厚度是不均勻的，靠近趾端處板厚為25 mm，遠離趾端處板厚僅為14 mm。船廠在進行該肘板的小預制時是將兩塊板按照理論線對齊裝配的。到了分段裝配時，如按照CM節點中線對中，即25 mm板厚處中線對中，則14mm板厚處必然無法對中。而如果要求船廠在小預制時即對該結構采用中線對中，不但會增加船廠的生產成本，而且肘板上跨拼板縫的加強筋也無法安裝。

船廠最初對此類節點的裝配方法為：先按照理論線（結構面）安裝，然后將趾端處強行矯正至中線對中。這種二次裝配既浪費時間和人力，又可能損壞結構。驗船師發現后，讓船廠停止了二次裝配，僅要求做加大焊腳處理。

2.3.2 卡板法（結合100 mm檢驗線）

以CM024為例，首先根據100 mm檢驗線安裝L25，再用卡板安裝斜內殼板，安裝完成后驗船師進行CM節點的焊前檢驗。但是根據分段的施工圖，底邊艙所帶的雙層底及雙殼舷側區域需提前預制，預制好后再翻身安裝斜殼板（這是目前很多船廠對于油船、散貨船雙層底的建造方法），即L25是沒有經過焊前檢驗就先行燒焊的。對于L25的裝配精度，CMP中沒有給出類似于普通十字接頭的誤差允許范圍，那么L25裝配過程中產生的誤差將全部轉化到斜殼板的裝配上。雖然從理論上講，在用卡板確定好斜殼板的安裝角度后，還需要測量其內皮的延長線頂端距100 mm檢查線長度L，但實際建造過程中存在以下問題：第一，斜殼板內皮的延長線頂端（即其與內底板內皮的交線）如何能夠保證準確地堪劃？由于這不是預制時堪劃好的線，交由不同的施工隊在安裝好斜殼板后堪劃將存在很大的隨意性；第二，由于分段的預制、翻身、焊接，內底上皮的100 mm檢驗線有時很難清晰完整地保存以供檢驗；第三，即使100 mm檢驗線得以清晰完整地保存，L能夠得到準確的測量，但如果測量誤差大于允許范圍，此時L25已經燒焊要調整也變得非常困難。

為此，解決的方法如下：第一，改變分段的裝配焊接順序，將L25縱桁在預制時僅進行定位焊，翻身裝好斜殼板在進行CM節點焊前檢驗后再進行燒焊。但是這樣操作使L25與內底板之間將變成仰焊，既增多了一道工序又增加了現場施工難度，并不可取；第二，在預制階段裝配L25縱桁時，驗船師就已對100 mm檢驗線進行檢驗，嚴格保證其裝配精度，誤差允許范圍與L的允許范圍一致。但這樣對于船檢和船廠來說都多了一道報驗程序，增加了彼此的人力成本和時間成本。

總得來講，這是該CMP批準檢驗方式中的一個先天性問題，只能靠驗船師增加巡檢、提升船廠的裝配質量來控制。

3 CCS與LR在CM節點檢驗上的比較

3.1 關鍵節點的設定

從CM節點數量上講，無論是本文講到的雙殼油輪還是諸如散貨船、箱船，LR的CM節點數量均少于CCS的設定，并且LR所有的CM節點均為結構對中點，不存在“重要結構趾端的外形尺寸”這類節點。筆者認為，作為VLCC的高應力區，舭部分段NO.40水平桁CM030、CM031兩個節點的設置是CCS油輪CM節點的一大亮點。

3.2 對于十字接頭CM節點的檢驗

對于正十字接頭的CM節點，以DET.1為例來比較CCS與LR的在這方面的要求區別：CCS《指南》中并未明確規定對中方式，換言之船廠可以在有效控制精度、滿足公差標準的情況下自主選擇工藝（中線或者邊線對齊）。但無論現場采取何種對齊方式，最終的精度控制還是基于中線對中。

以DET.1為例，上文已提及船廠采用中線對齊會很麻煩，那么可以在現場施工時選擇邊線對齊。上文提及的船廠強行將結構進行二次裝配矯正，實際上是對CCS《指南》精神的誤解，完全沒有必要。

當然，邊線對齊后產生了中線偏差為a=1/2（t2-t3）=4mm。由于tmin/3=5.67 mm，a<5 mm5 mm時，此時按照CCS《指南》的要求船廠只能采用中線對齊，那么上文中提及的問題還是無法解決。

與CCS不同的是，LR將節點明確分為普通節點和重要節點。全船重要節點很少，主要是三線對中接頭和斜十字接頭，而正十字接頭大都屬于普通節點。對于后者，LR認為可以允許采用邊線對齊的方式，即直接測量結構邊線對齊后產生的誤差，這和CCS允許邊線對齊但精度監控依然以中線為基準的要求本質上是完全不同的。很顯然，按照LR的要求，DET.1作為普通CM節點其對中問題將得到解決。

采取不同的對中方式和焊接接頭，應力的傳遞方式是不一樣的。毫無疑問，中線對中的方式可以最大程度地減少接頭在力傳遞過程中的應力集中，提高疲勞強度。如果需要對中的兩個結構板厚差過大，那么中線對中仍然是對于船舶裝配和焊接質量更有效的保障。

另外，LR的100 mm檢驗線法通常只針對正十字接頭，對于斜十字接頭考慮到a1值的測量比較麻煩，無法用一根鋼尺直接讀取，所以更多的是制作卡板并結合鋼尺來檢驗測量。實際上從斜十字接頭的精度裝配要求可以看到，斜十字接頭也是一種三線對中形式，相比正十字接頭，它本質上更接近斜殼板三心對位節點，采用卡板法是更為方便。當然，船廠需要制作大量卡板，成本也會更高。

4 結語

對于大型油輪來說，關鍵節點的裝配和焊接水平堪稱其建造質量的決定性因素。目前各船級社在這方面的檢驗要求并不一致。加深對這方面的實踐與探討，有助于驗船師更好地對船舶建造質量把關。

參考文獻

[1] CCS.船體結構建造監控指南. 2008版、2014版及2015修改通報[S].

[2] LR.結構建造監控指導性技術文件[S]（2012）.