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(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度難以控制。導(dǎo)致船臺(tái)搭載時(shí)間長(zhǎng)、線型對(duì)接不光順火工量大、開刀量大、施工難度大等阻礙了船臺(tái)周期。要解決這個(gè)問(wèn)題所需要面臨的困難和挑戰(zhàn)無(wú)疑是巨大的。

關(guān)鍵詞：優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比；板材焊后變形預(yù)防；精度控制

片體制作既要制作簡(jiǎn)易，又要保證線型。傳統(tǒng)的制作，肯定無(wú)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(zhì)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(zhì)量、縮短建造周期、加快船臺(tái)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(xiàng)創(chuàng)新的成與否上起著決定性的意義。

板材焊后波浪變形預(yù)防與控制工藝：

1優(yōu)化板縫布置

在施工設(shè)計(jì)圖紙上，板縫的布置是根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和板材的規(guī)格來(lái)決定的。實(shí)際采購(gòu)的板材規(guī)格往往與設(shè)計(jì)的規(guī)格有所不同，需要重新布置板縫；同時(shí)設(shè)計(jì)圖紙中的板縫布置往往對(duì)工藝性考慮不周，容易引起焊接變形。所以開工前必須仔細(xì)分析板縫布置情況，將實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化排列，以減少外板焊接后引起的波浪變形。優(yōu)化板縫布置的四個(gè)原則為：

1.1盡量把焊縫布置成與中心軸相對(duì)稱；

1.2在滿足規(guī)范對(duì)焊縫間距要求——“船體主要結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫之間的平行距離應(yīng)不小于100mm（海船）/80mm（河船），且避免尖角相交；對(duì)接縫與角接縫之間的平行距離應(yīng)不小于50mm（海船）/30mm（河船）。”的前提下，把板縫設(shè)置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件附近，借助構(gòu)件的剛性來(lái)減少焊縫變形；

1.3在多板組成的壁板和平臺(tái)盡量使用大板，減少焊縫數(shù)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(xiàn)。

2推行無(wú)碼焊接技術(shù)

無(wú)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(bǔ)工作。

2.2以壓代拉，在胎架上安裝板材時(shí)采用壓鐵壓緊來(lái)實(shí)現(xiàn)線型吻合和防止變形。

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

3實(shí)施CO2氣體保護(hù)焊

改進(jìn)現(xiàn)有焊接工藝，更新或增加焊接設(shè)備以實(shí)施全方位CO2氣體保護(hù)焊。采用高效、全方位的CO2氣體保護(hù)焊，對(duì)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(shí)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(duì)比發(fā)現(xiàn)，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(qū)和焊接變形較小，對(duì)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(zhǎng)期制作對(duì)有條件的公司可以劃分專門的曲面胎位，制作活動(dòng)可伸縮支柱胎架，可以多次重復(fù)使用。各個(gè)施工班組在制作胎架之前，首先要依據(jù)相應(yīng)胎架制作圖紙的相關(guān)信息，合理地規(guī)劃出該曲面胎架制作所需占用的場(chǎng)地和空間位置。預(yù)防后期同步制作多塊曲面片體，導(dǎo)致制作區(qū)域突顯凌亂，進(jìn)而影響現(xiàn)場(chǎng)的精度控制管理；其次，依據(jù)圖紙信息繪制胎架布局的中心十字地樣線，但由于現(xiàn)場(chǎng)地面水平不佳，繪制線條有一定難度，但可以由現(xiàn)場(chǎng)精度管理人員用儀器配合繪制，同時(shí)制定出后續(xù)片體數(shù)據(jù)采集時(shí)所需的參考基線點(diǎn)，并做好標(biāo)記，雖比較耗時(shí)費(fèi)力，但必須實(shí)施。如果這些東西沒(méi)有能夠正常體現(xiàn)出來(lái)，則在后續(xù)的精度控制中會(huì)造成很大的困難，同時(shí)對(duì)精度的偏差也會(huì)帶來(lái)比較大的影響。比如，曲面單板在拼板時(shí)板縫的定位參考依據(jù)在哪里？合攏口的線型水平高低的控制依據(jù)在哪里？如果板材加工不到位如何判斷和調(diào)節(jié)？板材在加工后保留的加工余量需要在拼板階段進(jìn)行修整時(shí)，如何做到精確地修割？如果拼板扭掉在精度分析時(shí)如何確定參考基準(zhǔn)線和具體的偏差量等等一系列問(wèn)題的出現(xiàn)，最重要的是將直接影響數(shù)據(jù)分析的精確性和針對(duì)曲面片體劃線和結(jié)構(gòu)安裝的準(zhǔn)確性。曾今有例子：曲面片體在制作過(guò)程中就沒(méi)有事先做好先前的準(zhǔn)備，導(dǎo)致曲面片體在拼板結(jié)束后線型偏差±120mm；按圖紙?zhí)峁┑睦碚撔畔⑸希嚎诤拖驴诟饔?0mm余量，而實(shí)際的卻凸顯出四周分布嚴(yán)重不均的大量余量出來(lái)，最大余量處可達(dá)160mm，可謂曲面拼板定位失敗之典范。最后在制定胎架支柱時(shí)，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工工藝做好剛性固定支撐加強(qiáng)，減少活動(dòng)胎架的彈性滑動(dòng)，避免在片體拼板焊接后造成大的重應(yīng)力變形和焊接收縮變形，否則也將會(huì)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(xiàn)場(chǎng)精度管理人員確認(rèn)合格后，精度分析人員則可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)全站儀使用的基線點(diǎn)，使用DACS軟件來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)胎架水平狀態(tài)，經(jīng)更改軸向以后則提供出每一塊曲面單板定位時(shí)所需的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，按照胎架圖制作胎架， 設(shè)置1、2號(hào)點(diǎn)為現(xiàn)場(chǎng)胎架制作基準(zhǔn)點(diǎn)，作為外板定位時(shí)的基準(zhǔn)點(diǎn)。以1、2點(diǎn)作為基準(zhǔn)軸，制作現(xiàn)場(chǎng)外辦定位數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場(chǎng)施工人員則可依據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行拼板定位和加工余量的精確修割，片體拼板定位結(jié)束后則由現(xiàn)場(chǎng)精度人員對(duì)此片體線型進(jìn)行焊前測(cè)量分析，確認(rèn)合格方可焊接，待焊接完成、焊縫冷卻后，再進(jìn)行焊后測(cè)量分析，在測(cè)量分析時(shí)片體內(nèi)部板縫必須列入型線檢測(cè)的范疇內(nèi)，以便工控檢測(cè)內(nèi)部線型曲度以及艏艉外板板縫的對(duì)接平偏差。

如果焊后線型變化不大（在精度控制的范圍之內(nèi)），則可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)基準(zhǔn)定位點(diǎn)，利用DACS軟件做出結(jié)構(gòu)劃線連接點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，劃線員則可以依據(jù)本圖使用全站儀配合劃出測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)樣條將點(diǎn)連成線。但是這種劃線方式比較耗費(fèi)時(shí)間，且對(duì)于線型曲度較大的片體，內(nèi)部又不好設(shè)置可攀爬扶手和落腳支點(diǎn)，因此在使用這種方式劃線的時(shí)候，劃線員的安全將會(huì)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(wèn)題。

最后，曲面片體結(jié)構(gòu)安裝定位與完工脫胎。在前面的工作完成后，則現(xiàn)場(chǎng)的施工人員則可以直接按照其相應(yīng)的建造工藝進(jìn)行結(jié)構(gòu)安裝定位，待定位、裝配結(jié)束后進(jìn)行焊前測(cè)量，通過(guò)DACS軟件分析，滿足精控要求后焊接。焊接完成后可直接進(jìn)行最后的精度測(cè)量分析和微調(diào)工作，精度合格后即可進(jìn)入下道工序，如果該曲面片體作為單個(gè)整體來(lái)制作，則在片體脫胎時(shí)需要做好相應(yīng)的防變形加強(qiáng)措施，防止在吊運(yùn)過(guò)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(shì)，其建造和施工的優(yōu)勢(shì)極為明顯，但同樣也存在不足之處，尚且需要改善。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王榮生， 黃平濤， 張廣欽等. 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)-結(jié)構(gòu)分冊(cè). 國(guó)防工業(yè)出版， 2014.

[2] 造船經(jīng)濟(jì)與企業(yè)管理.華南理工大學(xué)教材供應(yīng)中心， 2013.

（作者單位：南通振華重型裝備制造有限公司）