船體分段建造工藝精度控制要點(diǎn)分析

馬飛

揚(yáng)州中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，中國·江蘇 揚(yáng)州 225211

1 引言

在船舶建造過程中，船體分段建造工藝精度控制，不僅影響著整個(gè)船舶的建造質(zhì)量，還關(guān)系著整個(gè)造船業(yè)和世界航運(yùn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。在現(xiàn)代化造船行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的形勢(shì)下，對(duì)于船舶建造的精度控制要求也越來越苛刻。要想加強(qiáng)船舶制造質(zhì)量的控制，使船舶運(yùn)輸要求得到最大限度的滿足，必須了解船舶建造的特點(diǎn)，準(zhǔn)確把握船體分段建造工藝的精度控制要點(diǎn)。

2 船體分段建造的特點(diǎn)

船舶建造具有一定的復(fù)雜性和系統(tǒng)性[1]。一般情況下，船舶的分段建造主要包含以下幾大工序：第一鋼材預(yù)處理工序，第二數(shù)控切割工序，第三加工工序，第四小組立、中組立以及大組立工序等。另外，在船體分段成型之后，還需要對(duì)最后的精度進(jìn)行測(cè)量。在船體分段建造過程中，需要對(duì)吊車的實(shí)際能力進(jìn)行分析，對(duì)船舶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究，然后以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行船體制作流程的確定。由于船舶結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，很多零件還需要經(jīng)過熱處理、冷加工以及焊接處理。而這些處理，就會(huì)對(duì)相應(yīng)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)以及形狀誤差控制產(chǎn)生影響，進(jìn)而增大船體分段建造工藝精度的控制難度。

3 船體分段建造工藝精度控制要點(diǎn)

3.1 胎架制造

在船舶分段建造中，胎架是最基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于船舶建造的精度控制影響非常大。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，如果在胎架制造中出現(xiàn)幾毫米的誤差，那么在后期船體分段，尤其是艏艉線型變化較大的分段中，這一誤差將會(huì)增大至十幾毫米或者幾十毫米。所以，在胎架制造中，必須對(duì)胎架的強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，提升胎架的穩(wěn)定性與連通性。與此同時(shí)，還要對(duì)胎架模板尺寸的精確度控制予以高度的重視。

如果是曲面分段，那么船舶建造的質(zhì)量與精度，受到胎架上裝配精度的直接影響。所以，在胎架制造中，必須確保胎架面與分段上胎的部分處于緊密貼合狀態(tài)，分段成型后的外板處于光滑直順狀態(tài)，后期分段合龍后的對(duì)接板縫處于平順狀態(tài)。對(duì)此，在進(jìn)行胎架制造過程中，需要參照上胎分段或者分片質(zhì)量做出合理的調(diào)整，紀(jì)要確保上胎分段得到足夠的支撐，又不會(huì)出現(xiàn)變形、走方等現(xiàn)象[2]。只有提高分段片體進(jìn)入胎架的精確度，才能夠?yàn)樘ゼ苤圃爝^程的安全性提供保證，避免后續(xù)裝配過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的分段結(jié)構(gòu)誤差問題。而這，對(duì)于船體分段質(zhì)量的控制，甚至整船建造質(zhì)量的控制有著積極的影響。根據(jù)加放船底撓曲和收尾上翹的反變形經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)龍骨基線的設(shè)置，需要由定位分段開始，分別向首、尾逐漸由小到大加放反變形量，如圖1所示。

圖1 加放船底撓曲和收尾上翹的反變形經(jīng)驗(yàn)

3.2 增加補(bǔ)償量和余量

在傳統(tǒng)的船舶制造過程中，增加補(bǔ)償量和余量是一種有效保證船舶建造完整性的方法。一般情況下，船舶構(gòu)建在經(jīng)過熱處理、冷加工、裝配、焊接以及火工矯正等一系列工序之后，尺寸會(huì)有所縮小。所以，在下料的時(shí)候，需要增加一定的余量。

另外，船體構(gòu)建在經(jīng)過焊接等操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的收縮變形，出現(xiàn)尺寸變短等問題。所以，在下料的時(shí)候，需要增加一定的補(bǔ)充量。余量可分為加工余量、裝配余量和焊接余量三種，而補(bǔ)償量可分為加工補(bǔ)償量、裝配補(bǔ)償量和焊接補(bǔ)償量三種。余量和補(bǔ)償量之間的區(qū)別為，余量的增加值偏大，補(bǔ)償量的增加值較小，且與收縮變形值非常接近。補(bǔ)償量的增加值，可以將構(gòu)件經(jīng)過一系列工藝加工之后的累計(jì)收縮值進(jìn)行逐一抵償，并將最終的尺寸控制在精度范圍內(nèi)。余量在特定的工藝階段，需要進(jìn)行修正切出操作，而補(bǔ)償量不需要這一步操作。余量增加工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，而補(bǔ)償量增加工藝相對(duì)復(fù)雜，且具有一定的難度，需要利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。利用直接經(jīng)驗(yàn)估算法，船體分段補(bǔ)償量為：如果是雙層底分段，大約每10m長(zhǎng)的基線撓度為10～15mm；半寬收縮量為10～20mm。如果是中部分段，大約每10m長(zhǎng)的基線撓度為10～20mm；半寬收縮量為6～15mm。

3.3 劃線環(huán)節(jié)

在船體分段建造過程中，需要先拼板、再劃線。在劃線過程中，需要對(duì)焊接的收縮量、補(bǔ)償量和余量等要素進(jìn)行充分的考慮，確保焊接后結(jié)構(gòu)尺寸符合報(bào)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。很多環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行劃線，如拼板環(huán)節(jié)、小組立環(huán)節(jié)、中組立環(huán)節(jié)、大組立環(huán)節(jié)、總組環(huán)節(jié)以及搭載環(huán)節(jié)等。對(duì)這些環(huán)節(jié)的劃線予以高度的重視，才能夠?qū)Υ暗慕ㄔ炀冗M(jìn)行有效的控制。在船舶分段你設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)檢驗(yàn)線、合攏縫對(duì)合線和100mm Mark線等進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，為船舶建造精度的控制提供保證。在劃線過程中，工作人員每完成一道工序，都要進(jìn)行一次報(bào)驗(yàn)。只有報(bào)驗(yàn)通過，才能夠開始實(shí)施下一道工序。

3.4 構(gòu)件焊接

在船體分段建造過程中，船舶部件的焊接是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。加強(qiáng)船舶部件焊機(jī)工藝的控制，可以有效提高船舶構(gòu)件成品質(zhì)量，避免后期施工中出現(xiàn)頻繁返工。為了控制焊接施工質(zhì)量，加強(qiáng)焊接后各殘余應(yīng)力的控制，需要按照特定的順序?qū)⒋案鞑糠趾附釉谝黄穑嵘龢?gòu)件強(qiáng)度[3]。另外，在正式焊接之前，還需要安排專門的技術(shù)內(nèi)熱源利用仿真實(shí)驗(yàn)或物理實(shí)驗(yàn)，對(duì)構(gòu)件變形值和殘余應(yīng)力值進(jìn)行確定。如果某部位的焊接殘余應(yīng)力偏高，那么可以需要結(jié)合實(shí)際情況制定出針對(duì)性的解決方案。

3.5 精度控制

在船體分段建造過程中，對(duì)船舶建造不同過程的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行提前預(yù)算，也非常重要。中國的船舶建造精度控制主要包含以下四方面。第一，是零件加工和下料方面的精度控制。第二，是部件裝配、拼板方面的精度控制。第三，是分段制造方面的精度控制。第四，是船塢搭載方面的精度控制。

4 船體分段的運(yùn)輸

在完成船體的分段制造之后，就進(jìn)入了分段運(yùn)輸環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)主要包含兩方面內(nèi)容。一方面是分段的吊運(yùn)，另一方面是分段的水平運(yùn)輸。

4.1 分段的吊運(yùn)

針對(duì)分段的吊運(yùn)，需要注意以下幾點(diǎn)。第一，對(duì)相關(guān)加強(qiáng)工作是否到位進(jìn)行檢查。第二，對(duì)分段的尺寸、形狀以及質(zhì)量進(jìn)行檢查，并以此為基礎(chǔ)將需要使用的吊運(yùn)方法確定下來。第三，對(duì)吊具的規(guī)格、品質(zhì)進(jìn)行檢查，確保其符合相關(guān)要求。第四，對(duì)分段和胎架之間是否處于完全隔離狀態(tài)進(jìn)行檢查。第五，對(duì)吊環(huán)進(jìn)行檢查，確保其焊接牢靠、位置合理、強(qiáng)度達(dá)到相關(guān)要求。第六，確認(rèn)鋼板變形預(yù)防措施和鋼絲繩防斷裂措施是否落實(shí)到位，即檢查鋼絲繩與鋼板邊緣處是否墊了方木、半圓管或角鋼。一般情況下，分段應(yīng)當(dāng)擱置楞木上。如果平面分段的形狀過于復(fù)雜、剛性不足，那么擱置分段的時(shí)候，一定要確保其受力均勻，以免其后期出現(xiàn)變形問題。如果在分段吊裝期間出現(xiàn)變形，必須在第一時(shí)間進(jìn)行消除。只有這樣，才能夠最大限度地提高船舶建造的精度。圖2為散貨船典型的下舷側(cè)分段吊運(yùn)示意圖。

圖2 散貨船典型的下舷側(cè)分段吊運(yùn)示意圖

4.2 分段的水平運(yùn)輸

針對(duì)分段的水平運(yùn)輸，需要注意以下幾點(diǎn)。首先，對(duì)分段是否能夠正常吊入船舶或吊出船舶進(jìn)行檢查。其次，對(duì)分段的尺寸進(jìn)行檢查，并以此為基礎(chǔ)將相應(yīng)的放置方法確定下來。再次，如果選擇陸路運(yùn)輸方式，需要對(duì)分段尺寸是否符合馬路寬度要求進(jìn)行檢查。最后，在正式開始分段運(yùn)輸之前，需要先在強(qiáng)力構(gòu)件下方將墊塊的放置位置劃好。圖3為散貨船典型的上舷側(cè)水平運(yùn)輸示意圖。

圖3 散貨船典型的上舷側(cè)水平運(yùn)輸示意圖

5 船體分段建造工藝精度控制策略

5.1 科學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)

大尺寸工件制作誤差的產(chǎn)生以測(cè)量誤差為主。而測(cè)量誤差主要與測(cè)量手段的選擇是否合適有關(guān)。所以，為了加強(qiáng)船體建造精度的控制，需要重點(diǎn)提高工作人員的數(shù)據(jù)測(cè)量水平，借助現(xiàn)代化的測(cè)量技術(shù)和測(cè)量工具，對(duì)中尺寸、大尺寸進(jìn)行科學(xué)的測(cè)量。

5.2 加強(qiáng)船體分段建造過程的精度控制

首先，精度的檢驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)是船體分段建造工藝精度控制的基礎(chǔ)與前提，可以為下一道工序精度的控制提供保證。其次，精度控制點(diǎn)的主要作用是讓工作人員在明確產(chǎn)品質(zhì)量與精度要求的基礎(chǔ)上，采取靈活性的生產(chǎn)手段，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量與精度的控制。最后，針對(duì)典型工藝流程。工作人員需要確保所有工藝流程的科學(xué)合理性，加強(qiáng)每一道工序精度的控制。

5.3 及時(shí)分析反饋數(shù)據(jù)

目前，最常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法主要包含五種。第一種是控制圖，可以對(duì)過程是否正常進(jìn)行判斷，通過過程中異常因素的分析來加強(qiáng)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的控制。第二種是散布圖，可以對(duì)成對(duì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析或定性分析，展示出兩組變量間存在的關(guān)系。第三種是因果圖，可以對(duì)質(zhì)量特性和相關(guān)影響因素進(jìn)行分析，找出影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的各種因素，并通過系統(tǒng)的分析與觀察，制定出有效的解決措施。第四種是調(diào)查表，可以對(duì)非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行收集，并以表格的形式，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。在應(yīng)用調(diào)查表的時(shí)候，需要對(duì)調(diào)查方式、調(diào)查類型、調(diào)查目的以及調(diào)查要求等加以明確。第五種是直方圖，可以利用一系列長(zhǎng)方形對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表示，進(jìn)而推算出過程中的不合格率、能力指數(shù)以及數(shù)據(jù)分布特征值等，為產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化提供保證。

6 結(jié)語

加強(qiáng)船體分段建造工藝精度的控制，在促進(jìn)中國船舶建造行業(yè)的發(fā)展方面，發(fā)揮著十分重要的作用。對(duì)此，相關(guān)人員在準(zhǔn)確把握各項(xiàng)精度控制要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，科學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)，加強(qiáng)船體分段建造過程的精度控制，并對(duì)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)有效的分析。