一種非焊接形式船舶分段裝配方法

陳宏宇

（渤海船舶職業學院，遼寧 興城 125105）

0 引言

船舶與海洋工程裝備制造行業是國民經濟的支柱產業，是我國重點發展領域。分段是船舶建造過程中最為重要的中間產品，船體構件裝配是分段建造的主要工作。在船舶建造相關專業的教學中，船舶分段裝配是學習和實踐的重要內容。在目前的造船生產中，船舶分段裝配法存在著一定的弊端。在分段裝配時，為了實現零件定位及零件位型調整，需要在零件裝配時安裝背板、定位馬板、壓馬、平川套等工裝，用來輔助作業[1-2]。使用上述工裝時，需要將工裝焊接固定，這樣就增加了焊接工作量；在裝焊工作結束后，需要將裝配工裝去除，這樣增加了氣割、打磨等工作量；在焊接、氣割和打磨過程中，對結構底漆涂裝造成了破壞，增加涂裝工作量的同時也會違反PSPC（所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側處所保護涂層性能標準）中的相關規定。船舶上層建筑所用的鋼板與結構尺寸較小，在對上層建筑分段進行裝配時，傳統裝配工裝的使用會產生多余的焊接和氣割，進而會對結構精度造成影響，結構變形后需要大量的修正作業[3]，如果能減少裝配時的多余焊接與切割，就能夠節約大量工時，提高分段精度，避免多余的施工，對提高生產效率和產品質量有著重要的意義。

在當前船舶制造相關專業教學中，對船舶裝配實踐教學的方法主要有兩種：一種是利用紙板代替鋼材進行模型制作式的裝配練習；一種是利用鋼材采用定位焊接的形式進行的裝配練習[4]。紙板代替鋼材進行模型制作式的裝配練習存在著一定的弊端。由于紙板的強度問題模型制作的尺度不能太大，裝配過程中大尺度構件的精度控制方法就不能夠進行練習；在分段裝配的真實過程中，需要用到許多專用的裝配工具，如平川套、線錘、壓馬等，用紙板進行模型制作式的裝配練習是不能采用這些工具的，缺少工具應用；紙板的剛度和鋼材的剛度也是差距甚大，紙板模型裝配時的精度是不可控制的，這也達不到分段裝配實踐練習的要求。利用鋼板采用焊接定位的形式進行的裝配練習存在著耗材過大、成本高的問題。在裝配練習過程中，鋼材通過定位焊接的方式裝配在一起，練習結束后需將各個構件拆除，供后續練習使用，拆除構件經常采用火焰切割和機械切割的方法進行，增加了實踐教學資源和人力的投入，并且存在著一定的風險性；鋼材在經過焊接、切割及打磨等操作之后會出現變形和損耗，經過幾次使用后就不能再滿足使用要求，需要換新，這樣的成本對于教學來說是巨大的。綜上所述，一種非焊接形式的船舶分段裝配方法在船舶建造類企業、院校的生產和教學中就顯得尤為重要。

為了能夠在船舶分段裝配時進行非焊接形式裝配，采用非焊接手段定位裝配且分段零件，充分模擬船舶分段裝配過程，教學零件反復使用，本文介紹了一種非焊接形式船舶分段裝配方法。該方法通過利用開關式強磁鐵與鋼材之間的磁力實現鋼材的非焊接裝配，產生船舶分段零件裝配所需要的緊固力，開關控制磁性，磁性消失后，能夠拆除構件。非焊接手段定位裝配，避免了裝配過程中裝配工裝的焊接、氣割拆除、打磨及補涂油漆的工作；在船體裝配學習和實訓過程中，船舶分段零件無損耗且反復使用，可解決模擬船舶分段裝配的技術問題[5]。采用上述方法進行船舶分段構件裝配的實施關鍵在于兩點：一個是磁性裝配工具的設計，另一個是磁性裝配工具在工程中的使用方法。下面就這兩點分別進行介紹。

1 磁性裝配工具

所述磁性裝配工具包括磁性定位馬、磁性壓馬、磁性平川套、磁性板材角接固定裝置、磁性定位卡板。

1）磁性定位馬。磁性定位馬為在定位馬兩端加裝開關式磁鐵，形成的磁性定位馬由連接板、開關式強磁鐵及固定螺栓組成；通過開關式強磁鐵的磁力，與鋼材連接，提供對接口的緊固力；拆除時調整開關，即可消除磁性。具體形式如圖1所示。

圖1 磁性定位馬示意圖

2）磁性壓馬。磁性壓馬在帶有螺紋孔的頂推座下方，通過固定螺栓安裝開關式強磁鐵，頂推螺栓穿過頂推座上螺紋孔；通過磁鐵與鋼材之間的磁力，將磁性壓馬緊固在頂推位置，提供緊固力，旋轉頂推螺栓向頂推方向伸出，實現頂推；拆除壓馬時，通過調整開關消除磁性，卸掉壓馬。具體形式如圖2所示。

圖2 磁性壓馬示意圖

圖6 板材與板材對接裝配方案示意

圖7 板材與板材角接裝配方案示意

3）磁性平川套。磁性平川套是兩端裝由開關式強磁鐵的螺紋套和螺桿組成。將雙耳形安裝架通過固定螺栓安裝在開關式強磁鐵上，安裝架上裝旋轉軸，螺桿套在旋轉軸上，以便調整角度，通過旋動螺紋套來調整平川套長度；需要頂撐時，強磁鐵依靠磁力被裝于頂推位置，旋轉螺紋套兩側螺桿向外延伸形成頂撐；需要拉緊時，強磁鐵依靠磁力被裝于拉緊位置，旋轉螺紋套兩側螺桿向內收縮形成拉緊；拆除時關閉磁性開關，磁性消失，可將裝置拆除。

4）磁性角接固定裝置。板材角接固定裝置由互相垂直的兩個開關式強磁鐵和安裝架組成，安裝架上開有調節槽，便于根據角接結構的尺寸調整位置，開關式強磁鐵通過緊固螺栓固定在安裝槽上；將裝置布置在角接結構上，可以提供緊固力；拆除時，關閉磁性開關即可。

5）磁性定位卡板。磁性定位卡板由異形開關式強磁鐵制作而成，一般用于骨材與板材的角接裝配，將開關式強磁鐵布置在骨材與板材的角接結構上，利用磁力提供裝配時所需的緊固力，裝配完成后關閉磁性開關，磁性消失后可拆除裝置。

2 具體實施方式

在進行船舶分段裝配的時候，要想使用磁性裝配工具完成非焊接形式船舶分段裝配，需要依據常見的船舶分段結構形式，確定磁性裝配定位方案。最常見的分段結構一般包括板材與板材對接、板材與板材角接和骨材與板材角接。

1）板材與板材對接。將若干個磁性定位馬跨板材對接縫沿對接縫長度方向布置，可以為板材對接提供緊固力；如果單面緊固力不夠，將板材置于支柱型裝配平臺上，使板材對接縫與地面間形成一定的間隙，可以在背面加裝磁性馬板提供緊固力；拆除時調節磁鐵開關，即可消除磁性。

2）板材與板材角接。板材與板材角接時利用板材角接固定裝置來進行固定，將若干個裝置沿板材角接縫長度方向布置，松開緊固螺栓，移動開關磁鐵到合適位置，距離角接縫越遠，支撐越穩固，一面磁鐵吸附在平板上，一面磁鐵吸附在立板上，調緊緊固螺栓，裝置可為角接板材結構提供緊固力；拆除時調節磁鐵開關以消除磁性；板材與板材角接時還可以使用磁性平川套來進行固定。

3）骨材與板材角接。骨材安裝焊接于板材之上是船舶常見的結構，由于骨材腹板較短不能用板材角接固定裝置進行固定，采用直角型開關式強磁鐵進行固定；沿骨材長度方向布置若干個直角型開關式強磁鐵，一面吸附在板材上，一面吸附在骨材上；拆除時調節磁鐵開關以消除磁性；骨材與板材角接還可以使用磁性壓馬進行調整。

圖8 骨材與板材角接裝配方案示意

本文提及的裝配方法的核心思想就是利用開關式強磁鐵與鋼材之間的磁力實現鋼材的非焊接裝配，開關控制磁性，磁性消失后即可拆除構件。目前的開關式強磁鐵的磁力可以達到十幾噸甚至幾十噸，完全可以滿足教學中船舶分段零件裝配所需要的緊固力，同時能夠滿足造船企業的生產。

3 結語

本文介紹了一種利用開關式強磁鐵與鋼材之間的磁力實現鋼材非焊接形式的裝配方法，主要用于船舶分段裝配生產及技能訓練學習。設計磁性裝配工裝，滿足拉、壓、頂推、固定等裝配手段的實施要求；設計磁性裝配定位方案，滿足板材與板材的對接、板材與板材角接、骨材與板材角接等幾種常見船舶構件裝配形式的使用要求。在造船生產中可以省去裝配工裝裝焊與拆除時的焊接、切割、打磨及補涂油漆等作業，提高了生產效率，降低了勞動成本；在船舶建造相關院校的實踐教學中可以完全復制船舶分段裝配工況，船舶零件無損耗，可以反復使用，訓練效果好，成本低，安全性高。