船舶大曲度型材加工缺陷改進措施

顧文捷，袁圣濤，欒建春，高書清

（1.泰州口岸船舶有限公司，江蘇泰州 225321；2.泰州海清船舶科技有限公司，江蘇泰州 225300）

0 引言

以17 500 t化學品船船為例，該船是泰州口岸船舶有限公司的首制船，是業界具有高科技、高附加值、高標準特點的出口船舶。在建造過程中遇到了修改項目多、對外報驗困難等諸多問題，生產施工進度緩慢，特別是機艙分段的線型比較復雜，對型材加工質量帶來了嚴峻的挑戰。火工班組負責船體肋骨線型的加工，施工中遇到了球扁鋼球頭因曲度大、增厚不均、有折角狀缺陷、平面扭曲、邊緣不光順以及流水孔二次切割產生新的變形等技術難題。在進行拉線檢驗時，誤差多處達到了20 m m，這與規范的精度標準10 m內允許±2 mm誤差相差甚遠。本文從型材加工數據、原材料到加工方法，逐一加以調查分析研究，最終找到缺陷原因，并提出改進措施。

1 曲面型材加工數據的調查

曲面骨材加工的逆直線數據是利用 TRIBON系統曲面建模模塊生成的，其中每個型材的逆直線數據會疊加到每根型材的加工圖中。圖1為曲面骨材加工的逆直線數據圖，即型材加工圖[1]。

圖1 型材加工圖

曲面型材的加工間距跟曲面板材的加工數據間距缺省值均為200 m m，間距定義與曲面板加工間距類似，對于邊緣不足200 mm的測量點可以通過TRIBON系統里面對應的缺省文件 BENDTEMP L.IP自定義間距，在該文件中有如下3個重要的設定語句：

1）FLEXIBLE_TEMPLATES,T YPE2,DISTA NCE,200,LENGTHS

該語句的含義為采用肋骨面活絡樣板，DISTANCE等于樣板曲線測量點的距離為200 mm，可以將該語句中的200 mm修改為需要的邊緣控制值。

2）EDGE _TEMPLATE,50

該語句的含義為設定邊緣端縫的樣板距鄰近肋骨線的最小距離為50 mm，小于此值時鄰近的邊緣線不設樣板。

3）MINHE IGHTOFTEMPLATE,600

該語句意為樣板中點到基準線的距離的缺省值為600 m m。通過類似的設置，每塊外板和每根型材的加工信息都一目了然，保證曲面鋼材和型材加工數據的精確度。

經檢查型材逆直線加工數據沒有問題。

2 原型材驗收規范調查

為了在加工中及時查找加工缺陷和弄清質量是否達標等問題，對原型鋼的尺寸允許偏差和標志進行調查。

2.1 型鋼偏差調查

表1為角鋼尺寸垂直度和直線度公差表。根據表1的要求，先對原型材進行現場調查和檢驗。經檢查核對，偏差值都在公差范圍內，原材料都為合格。

表1 角鋼尺寸垂直度和直線度公差調查表

2.2 型鋼的標志調查

根據型鋼標識的要求，每一型鋼件上都應標有爐罐號截面尺寸長度和軋機名稱標記。最大橫截面尺寸大于150 mm應標志生產廠的名稱、品牌和商標，同時應在整個長度上間隔式以突起的字母表示。另外，型鋼還應標有ASTM標準號和等級，在每個軋件上打標記，如果成捆就用一個標簽掛在捆上。對于最大截面尺寸不大于150 mm的小型型鋼，可用捆的形式裝運。每一吊或捆應打標記或掛標簽表示出標志資料。每件型鋼應用指定的顏色在剪切端或橫跨1個凸緣的軋制面靠近剪切端標志出相應的ASTM標準號和級別給出的顏色標志，彩色標志應能區別而且具有清楚可視的足夠大的尺寸。經調查，所用型鋼是批量進貨的，使用統一的標簽，標志的型鋼沒有問題。

3 型材加工缺陷調查

為了在加工中及時查找加工缺陷、弄清質量是否達標等問題，組織技術、質檢人員進行現場調查和檢驗，對已加工好的一部分無孔肋骨進行檢驗統計，存在質量缺陷主要問題有以下幾點：

1）根據公司精度控制文件“型材彎曲加工檢驗表”的要求[1]，肋骨線型誤差應≤2 mm；機艙分段為無孔肋骨，共檢查13根，其中只有5根合格。在后續開工的尾部分段，流水孔經拉線檢驗誤差超過20 mm，全部不合格。

2）型鋼球頭彎曲增厚，折角狀缺陷明顯，整體有扭曲，沒有達到檢驗要求。

3）班組自定的肋骨平整度標準規定誤差應≤3 mm，只有9根合格。

4）加工過程中有邊緣波浪狀缺陷的有21根。

根據缺陷統計，分析肋骨成型質量不達標、有缺陷的情況見表2。

表2 缺陷情況統計表

通過現場調查，從統計的圖表可以看出以下 2項為主要質量問題，需全部重新返工修正。1）在機艙分段檢驗的13根肋骨中，直線度超差的有8根，球頭折角缺陷的有6根，這2項共占了總數的56%；2）尾部分段共有肋骨23根，加工后對流水孔切割產生變形，平均每根線型超差大于20 mm，見圖2，這些都必須全部重新返工修正。

圖2 加工后有孔肋骨檢驗圖

4 目標設定

通過現場調查和對主要質量問題分析討論后，確定了以下目標[2-4]：

1）17 500 t化學品船在建分段無孔肋骨加工后的直線精度合格率必須達到 95%以上，平面平整，邊緣光順無明顯缺陷產生，球頭無明顯折角狀缺陷，增厚均勻。

2）目標可行性分析。通過對機艙無孔肋骨第一批次抽查13根肋骨的檢驗合格率只有38.5%。不合格的原因主要在于直線精度超差球頭折角狀缺陷和平面扭曲。針對這2個問題，根據設定的目標，采取可行性措施，合格率可提升至到96.5%，實現了設定的95%的合格率目標。

5 原因分析

對船體肋骨加工精度不達標、成型質量差的影響因素[1]進行分析和討論，相關分析表見表3和表4。

表3 精度不達標分析表

表4 成型質量差分析表

6 對策實施

6.1 對實操人員進行培訓

針對17 500 t化學品船肋骨加工操作人員未接受工藝紀律、檢驗標準培訓的情況，組成研究小組討論制訂了嚴密的培訓計劃。建造工藝紀律和質量檢驗要求的內容主要包括該船的建造背景和檢驗標準。針對在首制分段中遇到的報驗難、改樣多等問題以及加工的肋骨應達到怎樣的水準提出了具體要求。指出目前在加工中存在的問題，分析問題產生的原因，組織學習討論，自找原因，提出建議。通過3次培訓使受訓人員對工藝紀律、質量檢驗標準有了深刻的認識，達到了重視產品質量、提高產品質量意識的目的。

通過有經驗的技術人員現場指導和實操演示，使受訓人員對操作方法有新的認識，正確認識到只有不斷探索學習操作方法，才能適應高技術含量船舶建造的要求。通過強化訓練，收到了預期的效果，為適應曲率變化大的零件加工打下扎實的基礎。

6.2 改變工序，先割孔后加工

由于型材流水孔比較多，先加工后割孔不容易控制孔的定位和定型尺寸。為解決這一問題，相關工序改變為：在型材下料后，先割孔，后加工。即把流水孔全部割好，不再留有內部支撐物，見圖3。

圖3 下料后先割孔示意圖

為了防止流水孔發生變形，采用了有孔部位避開受力支撐點的方式進行加工，見圖 4。加工后檢查流水孔完好，沒有產生變形，達到了預期效果。

圖4 型鋼加工受力示意圖

對尾部分段加工好的肋骨進行拉線檢驗，每根誤差都控制在±2 mm 以內。經質檢部門專員檢驗，全部合格，先割后加工的施工工藝可以達到預期目的。

6.3 根據肋骨線型及流水孔的排列，制定合理進料間距

針對大曲度肋骨彎制時，球扁鋼球頭增厚不均，有折角狀缺陷不光順的問題，制定了2種改進方案：

1）縮小側壓與中壓間距，避免力矩過大在加大推力時，型鋼扭曲變形及間距過大易產生折角狀缺陷。

2）設定最佳進料間距，采用漸進式多點加工，以避免球頭增厚不均，解決線型不光順的難題[5]。

檢驗人員對肋骨進行了檢驗，認可了肋骨球頭線型的加工質量，肯定了這次工藝的改進，本次改進達到了預期目標。

6.4 消除反向扭曲應力

為了合理解決大曲度肋骨在加工之后所產生的扭曲達不到要求的問題，進行了專門的分析研究。對不同線型、不同規格的型鋼材料在彎制過程中產生不同應力，決定自制不同規格的專用墊塊，將其使用在右側球頭下方，從而使球頭部位平面高于操作臺10 mm，當側壓下壓時，型鋼球頭由于墊塊下陷的作用會產生扭曲，利用人為造成的扭曲抵消加工時產生的扭曲，這種方法的關鍵是合理調節使正反扭曲力一致，從而達到加工平整的目的[5]。

通過以上方法，邊施工邊調節，加工出的肋骨平整光滑，有效解決了扭曲的難題。檢驗人員對加工的尾部分段的14根肋骨進行了檢驗，除有2根肋骨平整略超差3 mm以外，其他指標均已達到標準要求。

通過以上4項措施的實施，操作人員嚴格按要求施工。檢驗人員對尾部分段加工后的肋骨進行檢驗，并對活動前后做了統計，結果見圖 5。從圖 5中可以看出除了平整度及球頭增厚有局部超差外，主要指標都已達到允許的誤差范圍內，合格率達到98%以上，標志著本次實施方案達到了預期目標。

圖5 活動前后合格率對比柱狀圖

7 結論

通過對17 500 t化學品船大曲度型材缺陷的調查、分析與改進，加工好的肋骨線型過渡光順，與加工好的船體外板相貼合，在保證船舶外形的光順美觀的同時，分段的建造精度也得到相應的提高，整船的校驗合格率上升2%。