某型船艉軸架驗(yàn)證、安裝與焊接工藝實(shí)踐

趙 鵬

(大連遼南船廠， 遼寧 大連 116041)

艉軸架鑄鋼件的位置一般位于船舶艉軸出口后方、螺旋槳推進(jìn)器前方，其艉軸架軸轂內(nèi)孔中心與軸系中心重合。艉軸架處于船體外部水線以下，船舶航行時艉軸架伴有水流經(jīng)過，因此其結(jié)構(gòu)形式和外形尺寸對船舶水下流場有一定影響。本船艉軸架采用雙臂艉軸支架形式，艉軸架的軸轂內(nèi)孔中心線與水平地面、軸轂上兩臂各自的中心線與軸系中心線、軸轂上兩臂之間均存有一定角度，由于該艉軸架鑄鋼件的形狀特殊、空間夾角眾多、單重較大，對艉軸架的驗(yàn)證難度增加，也使艉軸架整體準(zhǔn)確安裝困難增大，同時艉軸架鑄鋼件與船體EH36高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的焊接也是船舶建造質(zhì)量的重要一環(huán)。通過本船在建造過程中的一系列工藝實(shí)踐，逐一解決上述技術(shù)難點(diǎn)，為后續(xù)建造工作節(jié)省時間，從而縮短船舶建造周期。

1 本船艉軸架鑄鋼件介紹

本船屬中型輔助艦船，采用雙機(jī)、雙槳、雙舵的結(jié)構(gòu)形式。主船體為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，船體結(jié)構(gòu)采用EH36船用高強(qiáng)度鋼板。左右舷各1個艉軸架，單個質(zhì)量約20 t。

艉軸架鑄鋼件情況如下。

1)化學(xué)成分。鑄鋼件材料為低溫鐵素體碳錳鋼，化學(xué)成分應(yīng)符合表1要求。

表1 化學(xué)成分 %

2)力學(xué)性能。鑄鋼件力學(xué)性能應(yīng)符合表2要求。表2中拉伸性能為室溫(10～35℃)下的力學(xué)性能，沖擊性能為在-20℃時3次夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)得出的沖擊功平均值。

表2 力學(xué)性能

3)其它要求。艉軸架鑄鋼件應(yīng)在加工后對規(guī)定部位進(jìn)行超聲波檢測和磁粉檢測，并符合公認(rèn)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。鑄鋼件表面和內(nèi)部應(yīng)無氣孔、裂縫、縮孔、冷隔、結(jié)疤等缺陷，以及將會影響鑄鋼件使用的其他缺陷。所有與艉軸架連接的焊縫采用全熔透焊。艉軸架與船體結(jié)構(gòu)連接處的表面要求機(jī)械加工，不能機(jī)械加工的部位必須用人工打磨光順,逐步過渡成形。

4)結(jié)構(gòu)圖。艉軸架鑄鋼件結(jié)構(gòu)圖分別用艉軸架的側(cè)視、俯視、沿直臂中心斜剖視圖(A-A)表示，見圖1。

圖1 艉軸架結(jié)構(gòu)示意圖

2 艉軸架驗(yàn)證

按照與鑄造廠家簽訂的技術(shù)協(xié)議，本產(chǎn)品在鑄造及加工完成后需要船廠進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證。檢驗(yàn)項(xiàng)目主要有2項(xiàng)，第1項(xiàng)是鑄造廠家出具的鑄鋼件化學(xué)成分、熱處理、力學(xué)性能、無損檢測等報(bào)告是否符合技術(shù)協(xié)議要求，并且提供相關(guān)合格證書；第2項(xiàng)是鑄鋼件外形尺寸精度是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。本文主要介紹第2項(xiàng)。

1)三維放樣法。由圖1可知，本船艉軸架采用雙臂艉軸支架形式，艉軸架的軸轂內(nèi)孔中心線與地面所成角度為2.08°，艉軸架軸轂上方豎直臂的中心線與軸中心線存在角度為70.70°，艉軸架軸轂上方兩臂之間夾角為86.01°， 在側(cè)視圖中，艉軸架軸轂上方的水平臂中心線投影線與軸中心線夾角為13.26°。由于艉軸架結(jié)構(gòu)內(nèi)部夾角眾多，給艉軸架尺寸精度檢驗(yàn)帶來較大難度，空間角度基本無法量取，考慮空間幾何的三角函數(shù)關(guān)系，有必要對艉軸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維放樣，求出各檢驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值，將測量圖中角度的問題轉(zhuǎn)化為測量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，見圖2。

圖2 艉軸架三維放樣示意圖

2)驗(yàn)證準(zhǔn)備。鑄鋼件鑄造完成后，鑄鋼件表面應(yīng)完成酸洗、局部打磨、噴丸、噴砂、鋼絲刷清理等處理，軸轂內(nèi)孔精加工到加工預(yù)留位置、軸轂端面留出足夠余量。測量工具采用卷尺、游標(biāo)卡尺、千分尺等。

3)驗(yàn)證過程。首先將艉軸架軸轂與其上方豎直臂按圖1(a)所示位置擺放(為測量方便，整體高度可以適當(dāng)調(diào)低)，其中豎直臂中心面與地面保持豎直，此狀態(tài)穩(wěn)定后檢驗(yàn)軸轂及水平臂投影輪廓線、測量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)a～點(diǎn)e高度值、測量軸轂內(nèi)孔相關(guān)尺寸。將軸轂及水平臂投影輪廓線與1：1打印的投影紙樣進(jìn)行比較；檢驗(yàn)點(diǎn)a～點(diǎn)e高度值與三維放樣得到的數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較；軸轂內(nèi)孔相關(guān)尺寸與軸轂加工預(yù)留圖紙進(jìn)行比較。然后將艉軸架軸轂上方豎直臂中線面與地面平行擺放，此狀態(tài)穩(wěn)定后檢驗(yàn)此豎直臂投影輪廓線。將軸轂及豎直臂投影輪廓線與1：1打印的投影紙樣進(jìn)行比較。

4)驗(yàn)證結(jié)論。將驗(yàn)證結(jié)果與GB/T6414-2017.DCTG13的鑄件尺寸公差值進(jìn)行比對，最后驗(yàn)證該艉軸架鑄鋼件相關(guān)尺寸精度符合要求。

3 艉軸架安裝

1)安裝條件。主甲板以下船體結(jié)構(gòu)裝焊和火工矯正完后，艉部區(qū)域除艉軸架影響的艙室外，其他艙室的密性試驗(yàn)經(jīng)交驗(yàn)合格。船體應(yīng)自由地放置在塢墩上，并拆除艉軸出口以后所有臨時支撐，使其保持自由狀態(tài)。船體基線和中線面應(yīng)連續(xù)3天同一時間段測量3次，測量結(jié)果應(yīng)穩(wěn)定并符合安裝時的船態(tài)要求，經(jīng)檢查調(diào)整后檢驗(yàn)合格。軸線區(qū)域內(nèi)的主要設(shè)備(主機(jī)、齒輪箱、柴油發(fā)電機(jī))安裝就位，若個別設(shè)備不具備進(jìn)艙條件，應(yīng)按其重量在各自的部位進(jìn)行壓載，進(jìn)艙的設(shè)備應(yīng)不影響拉線的相關(guān)工作。照光定位應(yīng)在夜間或陰天進(jìn)行，作業(yè)區(qū)的障礙物應(yīng)清除。拉線工作應(yīng)在主船體無陽光照射，并且船體充分冷卻的情況下進(jìn)行。軸系照光過程中不準(zhǔn)進(jìn)行大型設(shè)備的吊裝、移動以及船體移位，應(yīng)停止產(chǎn)生振動以及有嚴(yán)重干擾的作業(yè)。

2)初拉線。利用測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡采用照光法確定軸系的理論中心線。照光方式采用后照光，照光儀設(shè)于FR145。支架須在船塢內(nèi)固定，但不應(yīng)與船體、腳手架等相連，以避免干擾。選定基座安裝階段照光確定的FR143、FR87的光靶位置，并在艉部FR145處將測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡固定好，然后調(diào)整使照光儀器上的十字線中心與FR143、FR87處基準(zhǔn)點(diǎn)光靶中心目測重合。在左、右軸系位于FR134、FR115處裝焊照光中間點(diǎn)光靶，光靶設(shè)置在使用30a工字鋼制作的支架上，調(diào)整中間點(diǎn)光靶中心與照光儀器上的十字線重合，符合要求后交驗(yàn)。交驗(yàn)合格后將FR134、FR115處的光靶換成拉線靶，進(jìn)行拉線工作。

3)安裝過程。艉軸架應(yīng)是在進(jìn)行初拉線確定艉軸架軸中心線后安裝。用手拉葫蘆將艉軸架按其位置進(jìn)行吊裝,按軸線確定艉軸架的實(shí)際位置,調(diào)整艉軸架軸孔中心線與軸線平行, 艉軸架軸孔中心線與軸線偏差為±2 mm，保證軸孔前后端面的加工余量,確定無誤后將軸孔中心向下偏移3 mm、向舷側(cè)偏移3 mm，這些作為焊接收縮量，保證軸孔前、后端面的加工余量，點(diǎn)焊固定，盡量減小船底開孔尺寸，左右舷艉軸架孔中心線首尾點(diǎn)水平度偏差≤2 mm。艉軸架按軸線定位后，先研配和安裝船體結(jié)構(gòu)并進(jìn)行定位焊，然后安裝外板并進(jìn)行外板間的焊接，當(dāng)外板焊接完后應(yīng)對軸線及艉軸架進(jìn)行一次校對和調(diào)整，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行艉軸架與船體結(jié)構(gòu)和外板的焊接。

4 艉軸架焊接

艉軸架與船體結(jié)構(gòu)和外板的焊接要由中向外對稱逐個焊接，焊接過程應(yīng)有專人跟蹤檢測，利用焊接順序調(diào)整偏差。全部焊接工作完成后,應(yīng)檢查艉軸架軸孔中心線與船體中心線的寬度偏差、艉軸架軸轂前后位置偏差、艉軸架軸中心線距基線高度偏差。當(dāng)艉軸架焊接完并進(jìn)行無損檢測后，采用振動方式消除焊接應(yīng)力，振動時間為30 min，振動后間隔5 d后方可交驗(yàn)。

1)焊接材料選擇。CO2氣體保護(hù)焊所用的焊絲牌號: SQJ501Ni(藥芯焊絲，D1.2 mm)，保護(hù)氣體CO2；焊條電弧焊采用焊條牌號J507，規(guī)格為D3.2 mm。焊絲包裝開封后應(yīng)在2 d內(nèi)用完。當(dāng)焊絲需放在送絲機(jī)內(nèi)過夜時，應(yīng)采取適當(dāng)措施減少與空氣中的濕氣接觸。坡口清根采用碳弧氣刨進(jìn)行，碳棒直徑為4.0 mm、6.0 mm,削斜時可采用扁碳棒。艉軸架與船體結(jié)構(gòu)和外板焊接前應(yīng)按施工圖樣開出坡口，反面焊接前采用碳弧氣刨進(jìn)行清根。

2)焊接順序。艉軸架焊接時，應(yīng)盡量保證左右對稱焊接。構(gòu)件中同時存在對接縫和角接縫時，應(yīng)先焊對接縫，后焊角接縫。構(gòu)件中同時存在平角縫和立角縫時，應(yīng)先焊立角縫，后焊平角縫。構(gòu)件同時存在單層焊縫和多層焊縫時，應(yīng)先焊收縮變形大的多層焊縫，后焊收縮變形小的單層焊縫，待剩余焊縫層數(shù)一致時，多層與單層焊縫一并焊接。多層焊時，焊縫的接頭要相互錯開,錯開距離不小于25 mm，并且應(yīng)保持層間溫度在100～150 ℃范圍內(nèi)。

3)預(yù)熱要求和溫度控制。當(dāng)環(huán)境溫度為0 ℃以上時，對拘束度大、重要的角接接頭可以不預(yù)熱，但焊前應(yīng)烘烤，除去坡口及其兩側(cè)的吸附水分；當(dāng)環(huán)境溫度在0～-10 ℃時，焊前預(yù)熱溫度不低于50 ℃，預(yù)熱范圍應(yīng)在坡口兩側(cè)不小于50 mm處。多層多道焊時，應(yīng)連續(xù)施焊，道間溫度為100～150 ℃。對于需要預(yù)熱的焊縫，預(yù)熱溫度不低于100 ℃。

4)焊接規(guī)范。CO2氣體保護(hù)焊角接接頭焊接參數(shù)見表3。焊條電弧焊焊接參數(shù)見表4。

表3 CO2氣體保護(hù)焊(焊絲D1.2 mm)焊接參數(shù)

表4 焊條電弧焊(焊條D3.2 mm)焊接參數(shù)

5)檢驗(yàn)要求。

(1)焊縫外觀檢驗(yàn)。焊縫外觀檢驗(yàn)包括焊縫及其兩側(cè)應(yīng)徹底清除藥皮、飛濺。焊縫表面應(yīng)成型均勻、致密、平滑地向母材過渡，無裂紋、焊瘤等缺陷。對接焊縫寬度為坡口寬度加4 mm，焊縫余高0～2 mm。角焊縫焊腳高度應(yīng)不小于坡口寬度加2 mm。對接焊縫咬邊深度不大于0.5 mm，角接焊縫咬邊深度不大于0.8 mm，連續(xù)咬邊長度不大于30 mm。

(2)內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)。焊縫外觀檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量檢查，內(nèi)部質(zhì)量檢查必須在焊完24 h后進(jìn)行。對艉軸架與船體結(jié)構(gòu)縱向接頭、與船體外板角接接頭進(jìn)行超聲波探傷抽查，比例為該類焊縫總長的20%，且每道焊縫不少于1處。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按CB/T 3559-2011執(zhí)行，Ⅱ級為合格。艉軸架與外板的焊縫應(yīng)進(jìn)行煤油滲漏試驗(yàn)。艉軸架安裝焊接完畢后按密性試驗(yàn)圖要求進(jìn)行檢驗(yàn)。

6)質(zhì)量控制點(diǎn)。艉軸架軸中心線與船體中心線寬度偏差為±3 mm；艉軸架軸轂前后位置偏差為±3 mm；艉軸架軸中心線距基線高度偏差為±3 mm。

5 結(jié)束語

本文對某型船艉軸架鑄鋼件產(chǎn)品驗(yàn)證、上船安裝及與船體結(jié)構(gòu)焊接等一系列工藝實(shí)踐情況進(jìn)行了詳細(xì)闡述。對于艉軸架鑄鋼件驗(yàn)證時復(fù)雜空間角度難以進(jìn)行檢驗(yàn)的問題，提出了利用空間三維放樣方法測量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的解決措施，經(jīng)實(shí)踐證明該方法簡便快捷，具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。針對艉軸架整體外形尺寸及重量較大、不易定位安裝等問題，實(shí)踐過程中采用軸系照光初拉線的方法確定艉軸架軸中心線空間位置，并按照合理可行的工藝措施確保艉軸架準(zhǔn)確安裝上船。對于艉軸架鑄鋼件低溫鐵素體碳錳鋼與EH36高強(qiáng)鋼船體結(jié)構(gòu)焊接的問題，根據(jù)焊接工藝的現(xiàn)場實(shí)施情況得到此類焊接的工藝方法及工藝參數(shù)，最終確保該類焊接質(zhì)量滿足相應(yīng)規(guī)范要求。綜上所述，通過對某型船艉軸架鑄鋼件相關(guān)工藝實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)成果進(jìn)行歸納總結(jié)，可為同類型或相似船艉軸架鑄鋼件的驗(yàn)證、安裝與焊接提供參考及借鑒。