39 000 DWT散貨船上層建筑精度控制研究

劉振宇

（江門(mén)市南洋船舶工程有限公司，江門(mén) 529145）

1 前言

精度控制已成為船舶企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中的重中之重，加強(qiáng)精度控制技術(shù)研究是縮短船舶建造周期、降低建造成本和提高船舶企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的主要方法之一，因此對(duì)造船精度控制開(kāi)展研究和應(yīng)用具有十分重要的意義。

江門(mén)南洋船舶有限責(zé)任公司建造的39 000 DWT靈便型散貨船，是具有國(guó)際先進(jìn)水平的節(jié)能船舶，在沿海支線(xiàn)航運(yùn)中占有一定的市場(chǎng)。南洋船舶公司從2011年開(kāi)始成立精度管理室，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)公司的船舶進(jìn)行結(jié)構(gòu)精度控制，其中對(duì)船舶上層建筑精度控制尤為重視，在建造過(guò)程中運(yùn)用科學(xué)的精度管理手段對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制，不斷提高上層建筑精度管控水平。

2 上層建筑特征及精度控制難點(diǎn)

39 000 DWT散貨船的上層建筑（以下簡(jiǎn)稱(chēng)上建）位于主甲板尾樓處，總共5層、層高3.9 m、長(zhǎng)度最大處17 m。上建采用縱骨架式結(jié)構(gòu)，其壁板和平臺(tái)使用厚度6～8 mm鋼板，內(nèi)部圍壁板局部采用波形板。上建單個(gè)分段以甲板為基面進(jìn)行反態(tài)在胎架上建造、涂裝作業(yè)后翻身，正態(tài)組成前后島兩個(gè)總段，最后分別進(jìn)行吊裝搭載。上建建造工序復(fù)雜，其板薄焊接易產(chǎn)生變形，火調(diào)工作量大。

本文主要研究：上層建筑在建造過(guò)程中焊接變形影響因素；通過(guò)控制焊接順序及焊接工藝減少焊接變形；對(duì)焊后產(chǎn)生的變形進(jìn)行火調(diào)控制，對(duì)火調(diào)溫度、矯正方法及火調(diào)順序進(jìn)行研究；輔助安裝加強(qiáng)材，對(duì)上建壁板進(jìn)行保型控制。

3 上層建筑焊接控制

焊接產(chǎn)生的熱量是導(dǎo)致上建變形的主要因素，控制好焊接就能減少變形量。焊接控制主要從焊接參數(shù)、焊接順序、焊接方法進(jìn)行控制。

3.1 焊接方法

（1）手工電弧焊：主要用于裝配定位焊及焊縫的修補(bǔ)；

（2）CO2全自動(dòng)焊：一是用在平角焊縫處（如：甲板縱骨、壁板角鋼角焊縫等），二是用在無(wú)結(jié)構(gòu)阻礙的縱橫結(jié)構(gòu)間立角焊縫處；

（3）CO2半自動(dòng)焊：用于胎架拼板對(duì)接縫及其他無(wú)法采用CO2自動(dòng)焊的焊縫；

（4）埋弧自動(dòng)焊：主要用在甲板、壁板拼板焊接。

各種焊接方法中，變形較大的是埋弧焊和CO2焊。埋弧焊參數(shù)見(jiàn)表1；CO2焊參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 埋弧焊參數(shù)表

對(duì)于上建拼板件埋弧焊接時(shí)，一般用直徑3.2 mm的焊絲，焊接過(guò)程中要控制好焊接電流、電壓及焊接速度；CO2焊選用直徑1.2 mm的焊絲，CO2打底焊的電流、電壓要適當(dāng)偏小、焊接速度要放緩，避免焊接缺陷產(chǎn)生。

表2 CO2焊參數(shù)表

3.2 焊接順序

（1）上建甲板拼板件

在內(nèi)場(chǎng)施工時(shí)利用埋弧焊進(jìn)行焊接：先焊拘束度小的焊縫，再焊拘束度大的焊縫（如圖1所示）；上建甲板拼板件裝配完畢后，先焊靠舷側(cè)拘束力小的板件（見(jiàn)圖1中依次標(biāo)識(shí)順序①②③處），后焊接拘束力大的位置⑤⑥⑦⑧⑨⑩。按照該焊接順序進(jìn)行施工，可以減少板件變形，便于拼板件焊后的火工校正。

圖1 甲板拼板件焊接順序

（2）上建分段內(nèi)部的縱、橫壁板、外圍壁板以及骨架

一般選用自動(dòng)角焊機(jī)焊接結(jié)構(gòu)與板材的平角焊縫；對(duì)于板厚小于8 mm的內(nèi)部壁板，一般先焊壁板與結(jié)構(gòu)的角焊縫，再焊壁板對(duì)接縫；角焊縫兩側(cè)按同一方向焊接，減少扭曲變形（見(jiàn)圖2）；若板縫附近有平行結(jié)構(gòu)時(shí)，也可以先焊結(jié)構(gòu)與板材角焊縫后再焊接板縫，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性、減少的焊接變形。

圖2 上建縱壁板焊接順序示例

（3） 其余縱向結(jié)構(gòu)及連接肘板

先焊連接肘板的角焊縫以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性，后焊縱橫向結(jié)構(gòu)間的立角焊縫，最后焊接縱向結(jié)構(gòu)與板材的平角焊縫；甲板上胎架定位后，用自動(dòng)角焊機(jī)焊接橫向球鋼與甲板的平角焊縫；縱向T型材安裝后，先焊縱橫結(jié)構(gòu)間立角焊，再焊縱向T型材與甲板的平角焊；安裝分段內(nèi)部縱、橫壁板、四周外圍壁后，先焊接縱、橫壁板間的立角焊縫（包括外圍壁的立角焊縫），后焊接縱、橫壁板與甲板的平角焊縫及外圍壁與甲板的上側(cè)平角焊縫（指反態(tài)狀態(tài)下的上側(cè)平角焊縫）。

4 火調(diào)控制

火調(diào)控制貫穿上建整個(gè)建造階段，從拼板件、小組裝配到分段完工、總組、搭載每一階段均伴隨著火調(diào)；不同的火調(diào)溫度、火調(diào)方法、火調(diào)順序都對(duì)上建精度有影響，因此要進(jìn)行重點(diǎn)控制。

4.1 火調(diào)各個(gè)階段控制要求

上建板薄、拼板件焊接受熱后會(huì)產(chǎn)生變形，要及時(shí)進(jìn)行火調(diào)處理，對(duì)板縫處變形進(jìn)行調(diào)正，單個(gè)拼板件平整度要求控制在3 mm內(nèi)；上建的小組件均是壁板與角鋼組成，壁板骨材焊接后要對(duì)骨材進(jìn)行背燒處理，小組件整體平整度控制在5 mm內(nèi)；在中合攏裝配階段，需利用火調(diào)進(jìn)行調(diào)正，在焊接前要對(duì)所以壁板進(jìn)行檢查；分段完工松胎前要對(duì)甲板及骨材進(jìn)行退火作業(yè)，分段脫胎后，要求對(duì)分段堆放水平進(jìn)行精度監(jiān)控，保證甲板水平控制在10 mm。

4.2 火調(diào)溫度控制

溫度的掌控是板件火調(diào)過(guò)程中的控制難點(diǎn)，一要熟悉常用鋼材不同厚度所需加熱溫度，二要控制好水火距離（見(jiàn)表3）；在火調(diào)過(guò)程中要根據(jù)火調(diào)時(shí)鋼板顏色判別加熱溫度，（具體參考表4）。

表3 鋼材加熱基本參數(shù)

表4 鋼材加熱溫度與顏色估算

4.3 火調(diào)順序控制

火調(diào)順序決定板件矯正方向及分段整體精度，特別是在單個(gè)分段和總段火調(diào)時(shí)必須嚴(yán)格遵守：（1）單個(gè)分段要先調(diào)甲板、后調(diào)四圍壁板；（2）在火調(diào)施工前要觀察變形區(qū)域，對(duì)變形較小部位做好標(biāo)記，劃出硬檔部位加熱線(xiàn)，采用長(zhǎng)條形跳格法矯正，加熱線(xiàn)寬度要求均勻，火調(diào)方向保持直線(xiàn)，讓鋼材變形部位均勻收縮；（3）圖3是上建圍壁波浪火調(diào)方向及順序，要交錯(cuò)進(jìn)行火調(diào)。對(duì)于硬檔位置，火調(diào)時(shí)要從變形較小處矯正為原則，對(duì)于軟檔位置，要利用短條形加熱方法由骨架四周逐步向中間部位移動(dòng)。

圖3 上建圍壁火調(diào)方向及順序

5 上建加強(qiáng)材加設(shè)

加強(qiáng)材主要作用是增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、減少焊接變形，同時(shí)提高組立件強(qiáng)度，保證轉(zhuǎn)運(yùn)、堆放過(guò)程不易變形。分段在胎建造階段，下口加強(qiáng)材進(jìn)行連接，相互作用形成一個(gè)整體，以減少分段吊裝翻身變形量，保證上層建筑總體精度。

（1）上建分段加強(qiáng)材一般在小組立階段安裝，其中小組立焊前安裝為最佳時(shí)機(jī)，加強(qiáng)材與壁板貼合間隙要求0～3 mm，極限＜5 mm，確保壁板的平整度；

（2）加強(qiáng)材安裝位置：壁板下口安裝位置一般距下口500 mm，加強(qiáng)材的安裝高度一致，便于分段階段加強(qiáng)的連接，形成一個(gè)整體進(jìn)行保型控制；

（3）上建加強(qiáng)材一般在總組定位裝配后再進(jìn)行拆除。加強(qiáng)材規(guī)格一般使用20#槽鋼、φ≥114×5圓管或同等強(qiáng)度的球扁鋼、工字鋼及較寬的扁鋼等，壁板寬度小于2 m的可用角鋼或扁鋼材料加強(qiáng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，焊接過(guò)程中可以通過(guò)焊接方法、焊接順序以及控制焊接參數(shù)等減少變形；對(duì)于焊后存在的變形矯正，可以調(diào)節(jié)火調(diào)溫度、矯正順序控制壁板精度；在上建制作過(guò)程中，輔助增加壁板加強(qiáng)材保型以減少變形。在散貨船上建制造過(guò)程中，運(yùn)用焊接、火調(diào)及增加加強(qiáng)材等方法進(jìn)行精細(xì)化控制，能有效減少壁板變形，保證船舶上層建筑整體精度。

本文總結(jié)的一些措施及精度控制點(diǎn)，在后續(xù)建造散貨船的上建建造中得到運(yùn)用，并取得了良好的效果，值得推廣和供同行參考。