淺談曲面片體的精度控制

趙凌凌 程言卓

摘要：眾所周知，船艏部、艉部曲面分段線型變化較大，結構復雜，精度難以控制。導致船臺搭載時間長、線型對接不光順火工量大、開刀量大、施工難度大等阻礙了船臺周期。要解決這個問題所需要面臨的困難和挑戰無疑是巨大的。

關鍵詞：優缺點對比；板材焊后變形預防；精度控制

片體制作既要制作簡易，又要保證線型。傳統的制作，肯定無法保證。曲面分段，外板正做，它不僅可以大大減少施焊難度，提高焊縫的焊接質量，確保了曲面線型的光順、流暢，而且縮短了分段的建造周期。但能否在真正意義上提高分段質量、縮短建造周期、加快船臺搭載，則取決于該具體的施工流程是否滿足精度建造工藝，即精度建造工藝在此項創新的成與否上起著決定性的意義。

板材焊后波浪變形預防與控制工藝：

1優化板縫布置

在施工設計圖紙上，板縫的布置是根據船舶結構設計和板材的規格來決定的。實際采購的板材規格往往與設計的規格有所不同，需要重新布置板縫；同時設計圖紙中的板縫布置往往對工藝性考慮不周，容易引起焊接變形。所以開工前必須仔細分析板縫布置情況，將實際的數據進行優化排列，以減少外板焊接后引起的波浪變形。優化板縫布置的四個原則為：

1.1盡量把焊縫布置成與中心軸相對稱；

1.2在滿足規范對焊縫間距要求——“船體主要結構對接焊縫之間的平行距離應不小于100mm（海船）/80mm（河船），且避免尖角相交；對接縫與角接縫之間的平行距離應不小于50mm（海船）/30mm（河船）。”的前提下，把板縫設置在結構構件附近，借助構件的剛性來減少焊縫變形；

1.3在多板組成的壁板和平臺盡量使用大板，減少焊縫數量；

1.4在焊縫相交中盡量布置成“十”字接頭，避免“T”字接頭的出現。

2推行無碼焊接技術

無碼焊接工藝是：

2.1使用磁吸碼，用磁力把鋼板固定于胎架上，不至損傷鋼板，也避免了繁雜的修補工作。

2.2以壓代拉，在胎架上安裝板材時采用壓鐵壓緊來實現線型吻合和防止變形。

2.3先裝構件后焊板縫，確實需要在胎架上焊接的板縫，也要改變傳統的先焊板縫后裝構件的做法，采用拼板后先進行構件安裝，裝好構件后一起焊，利用構件來限制板的焊接變形。

3實施CO2氣體保護焊

改進現有焊接工藝，更新或增加焊接設備以實施全方位CO2氣體保護焊。采用高效、全方位的CO2氣體保護焊，對減小板材特別是薄板的波浪變形作用最大。由于CO2氣保焊電弧熱量集中，加熱面積小，熱效率為50～70%，焊速快，同時CO2氣流具有較大的冷卻作用；而手弧焊電弧熱量大，焊速較慢，熱效率為70～85%。分析對比發現，采用CO2氣保焊，可大大地減少焊接線能量的輸入，焊接熱影響區和焊接變形較小，對控制板材焊后波浪變形，尤其是薄板焊接變形是十分有效的。

全程精度控制

首先：曲面片體的胎架制作與地樣線的繪制。曲面胎架的長期制作對有條件的公司可以劃分專門的曲面胎位，制作活動可伸縮支柱胎架，可以多次重復使用。各個施工班組在制作胎架之前，首先要依據相應胎架制作圖紙的相關信息，合理地規劃出該曲面胎架制作所需占用的場地和空間位置。預防后期同步制作多塊曲面片體，導致制作區域突顯凌亂，進而影響現場的精度控制管理；其次，依據圖紙信息繪制胎架布局的中心十字地樣線，但由于現場地面水平不佳，繪制線條有一定難度，但可以由現場精度管理人員用儀器配合繪制，同時制定出后續片體數據采集時所需的參考基線點，并做好標記，雖比較耗時費力，但必須實施。如果這些東西沒有能夠正常體現出來，則在后續的精度控制中會造成很大的困難，同時對精度的偏差也會帶來比較大的影響。比如，曲面單板在拼板時板縫的定位參考依據在哪里？合攏口的線型水平高低的控制依據在哪里？如果板材加工不到位如何判斷和調節？板材在加工后保留的加工余量需要在拼板階段進行修整時，如何做到精確地修割？如果拼板扭掉在精度分析時如何確定參考基準線和具體的偏差量等等一系列問題的出現，最重要的是將直接影響數據分析的精確性和針對曲面片體劃線和結構安裝的準確性。曾今有例子：曲面片體在制作過程中就沒有事先做好先前的準備，導致曲面片體在拼板結束后線型偏差±120mm；按圖紙提供的理論信息上，艉口和下口各有30mm余量，而實際的卻凸顯出四周分布嚴重不均的大量余量出來，最大余量處可達160mm，可謂曲面拼板定位失敗之典范。最后在制定胎架支柱時，應該根據現場的施工工藝做好剛性固定支撐加強，減少活動胎架的彈性滑動，避免在片體拼板焊接后造成大的重應力變形和焊接收縮變形，否則也將會影響片體線型的曲度和外形美觀。

其次：曲面板的定位和劃線。胎架制作完成并由現場精度管理人員確認合格后，精度分析人員則可以根據現場全站儀使用的基線點，使用DACS軟件來模擬現場胎架水平狀態，經更改軸向以后則提供出每一塊曲面單板定位時所需的空間坐標數據，按照胎架圖制作胎架， 設置1、2號點為現場胎架制作基準點，作為外板定位時的基準點。以1、2點作為基準軸，制作現場外辦定位數據。

現場施工人員則可依據此數據進行拼板定位和加工余量的精確修割，片體拼板定位結束后則由現場精度人員對此片體線型進行焊前測量分析，確認合格方可焊接，待焊接完成、焊縫冷卻后，再進行焊后測量分析，在測量分析時片體內部板縫必須列入型線檢測的范疇內，以便工控檢測內部線型曲度以及艏艉外板板縫的對接平偏差。

如果焊后線型變化不大（在精度控制的范圍之內），則可依據現場基準定位點，利用DACS軟件做出結構劃線連接點的坐標數據，劃線員則可以依據本圖使用全站儀配合劃出測量點，通過樣條將點連成線。但是這種劃線方式比較耗費時間，且對于線型曲度較大的片體，內部又不好設置可攀爬扶手和落腳支點，因此在使用這種方式劃線的時候，劃線員的安全將會受到的威脅，這兩條也是大曲面分段正造法的不足之處，同樣這也是今后做曲面片體和曲面分段正造法所要解決的問題。

最后，曲面片體結構安裝定位與完工脫胎。在前面的工作完成后，則現場的施工人員則可以直接按照其相應的建造工藝進行結構安裝定位，待定位、裝配結束后進行焊前測量，通過DACS軟件分析，滿足精控要求后焊接。焊接完成后可直接進行最后的精度測量分析和微調工作，精度合格后即可進入下道工序，如果該曲面片體作為單個整體來制作，則在片體脫胎時需要做好相應的防變形加強措施，防止在吊運過程中變形、扭曲。

總之，曲面片體的精度控制與制作是今后船舶建造工藝流程的新趨勢，其建造和施工的優勢極為明顯，但同樣也存在不足之處，尚且需要改善。

參考文獻：

[1] 王榮生， 黃平濤， 張廣欽等. 船舶設計實用手冊-結構分冊. 國防工業出版， 2014.

[2] 造船經濟與企業管理.華南理工大學教材供應中心， 2013.

（作者單位：南通振華重型裝備制造有限公司）