154 000 DWT穿梭油輪合攏階段反變形控制研究

摘" " 要：本文對(duì)154000DWT穿梭油輪塢內(nèi)搭載合攏階段各分段/總段精度控制方法進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，主要包含：雙層底分段定位控制、縱橫壁分段定位控制、貨艙C型總段定位控制、貨艙下舷側(cè)分段定位控制、軸舵系定位控制。通過對(duì)關(guān)鍵工序反變形加放量進(jìn)行研究，分析實(shí)際合攏精度數(shù)據(jù)，對(duì)比總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，修正反變形加放量值，提升了精度設(shè)計(jì)和管理水平，獲得了最佳合攏成形效果，為同類型油輪建造合攏提供精度控制經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：穿梭油輪；合攏精度；反變形；定位控制

中圖分類號(hào)：U663.2" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Study on Reverse Deformation Control of 154 000 DWT"Shuttle Tanker in Erection Stage

ZHANG Dengyu，" RUAN Lei

（ COSCO Shipping Heavy Industry（Zhoushan） CO.， Ltd.，" "Zhoushan 316131 ）

Abstract： This paper briefly expounds the precision control methods of several types of sections and blocks of the shuttle tanker during erection in dock in our factory， mainly containing double-bottom section positioning control， and section longitudinal and transverse wall positioning control，" cargo tank Type\"C\" block positioning control， cargo tank lower side section positioning control and the rudder-shafting system positioning control. By studying the reverse deformation increment value of key processes， analyzing the actual erection assembly precision data， comparing and summarizing experience， and correcting the reverse deformation increment value， the precision design and management level are improved， and the best erection assembly effect is obtained， so as to provide the precision control experience and technology for the construction of the same type of tanker during erection and assembly.

Key words： shuttle tanker;" erection precision;" reverse deformation;" positioning control

1" " "前言

船舶建造精度控制技術(shù)是船舶建造工藝技術(shù)中關(guān)鍵的一環(huán)，在船體搭載合攏過程中的作用突出，直接影響切修率、原始坡口保留率等關(guān)鍵精度控制指標(biāo)，影響船體建造精度質(zhì)量。科學(xué)的精度控制工藝，能夠有效管控船體合攏精度，使船體焊接之后線型光順，有效減少因精度超差帶來的船體裝配、火工校正返工，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)縮短船舶建造周期有重大影響。

船體合攏階段反變形控制工藝，是船體精度控制技術(shù)的重要方法和組成部分，合理的反變形控制方法能有效減少船體結(jié)構(gòu)焊接變形，提高生產(chǎn)效益。

我司為挪威某船東自主設(shè)計(jì)建造的154000 DWT穿梭油輪（見圖1），總長(zhǎng)278.9 m、型寬47.0 m、型深24.9 m、入DNV船級(jí)社，采用船塢建造，是目前最先進(jìn)的穿梭油輪之一。本文以該穿梭油輪的建造實(shí)例，闡述船體合攏階段反變形控制工藝技術(shù)的應(yīng)用。

2" " " 塢內(nèi)搭載概況

2.1" " "分段劃分

全船船體分段共計(jì)223個(gè)：雙層底32個(gè)、下舷側(cè)32個(gè)、上舷側(cè)32個(gè)、縱橫壁分段23個(gè)、甲板分段24個(gè)、尾部分段44個(gè)、首部分段21個(gè)、生活區(qū)和煙囪上層建筑分段15個(gè)。

2.2" " 搭載方式

1）根據(jù)船塢、總組場(chǎng)地面積和吊車起吊能力，對(duì)船體分段進(jìn)行總組，提高分段總組率。本船主船體為縱骨架式結(jié)構(gòu)：雙層底分段前后方向兩兩總組，共14組；橫壁左中右3個(gè)分段總組，共6組；左右舷上下舷側(cè)4個(gè)分段總組，共10組 C型段；甲板3個(gè)分段總組，共8組；尾部13個(gè)總段；首部4個(gè)總段；縱艙壁分段6個(gè)；下舷側(cè)分段4個(gè)；首尾分段各1個(gè)，單獨(dú)搭載。圖2所示為本船船體總組搭載網(wǎng)絡(luò)示意圖。

2）為了最大限度釋放塢內(nèi)資源，全船船體分3個(gè)區(qū)域進(jìn)行塢內(nèi)合攏：首個(gè)定位基準(zhǔn)段為雙層底23 B總段，此總段位于貨艙平行中體尾部，靠近機(jī)艙區(qū)域，有利于機(jī)艙區(qū)域盡早成型，便于盡早開展舾裝工程。

3" " " 船體合攏結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)

1）船體建造是按照船體型線圖和結(jié)構(gòu)圖，經(jīng)過放樣、號(hào)料、加工、裝配和焊接等一系列工序組成的綜合性、系統(tǒng)性的復(fù)雜生產(chǎn)過程。船體合攏精度控制是精度控制過程的最后一個(gè)階段，直接受到前道分段制作工序的影響，其精度數(shù)據(jù)直接影響整個(gè)船體的完工精度，具有如下特征：

（1）受建造周期長(zhǎng)、工序多的影響，建造過程中累計(jì)的尺寸誤差較大[1]；

（2）建造過程中切割、冷加工、焊接、火工矯正以及吊運(yùn)等引起的彈性變形與塑形變形情況復(fù)雜，難以掌握規(guī)律；

（3）合攏大接縫焊接及相關(guān)結(jié)構(gòu)件的焊接，是外形尺寸縮減的主要因素；

（4）形狀尺寸所允許的誤差絕對(duì)值比機(jī)械加工件大，但相對(duì)值卻很小[1]；

（5） 室外工程量大，外界環(huán)境溫差變化大，一維大尺寸的測(cè)量受影響；

（6）合攏過程中的手工作業(yè)量大，高空立體交叉作業(yè)，多工序相互交叉的施工環(huán)境，使得完工誤差難以控制[1]。

2）因熱輸入所引起的結(jié)構(gòu)收縮、上翹、下垂、扭曲，導(dǎo)致基本尺寸不足而加放尺寸余量的工藝措施，簡(jiǎn)稱反變形措施。具體實(shí)施時(shí)，需結(jié)合結(jié)構(gòu)的變形情況，預(yù)先給出一個(gè)反方向、大小相近的變形量值，用以抵消結(jié)構(gòu)焊接后的變形量，補(bǔ)償合攏產(chǎn)生的形位誤差，因而反變形量的數(shù)值多是根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式來確定的。利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法，求得分段變形的方位趨勢(shì)及量值后，就可以確定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)幾何補(bǔ)償量。我司經(jīng)過建造2條154 000 DWT穿梭油輪姊妹船，運(yùn)用數(shù)理分析得出了適合我司生產(chǎn)條件的合攏反變形量數(shù)據(jù)。

4" " "船塢合攏精度控制

4.1" "雙層底分段定位控制

1）雙層底分段位于船體平行中體區(qū)域下部，是整個(gè)船體分段合攏的基礎(chǔ)，其他所有分段的搭載都以其為基礎(chǔ)依次展開。

本船雙層底分段共有7道大環(huán)縫，采用二氧焊打底、埋弧自動(dòng)焊蓋面的焊接工藝：在每個(gè)總段橫縫左右兩邊第一根T排處各標(biāo)記一處300 mm檢驗(yàn)線點(diǎn)位，進(jìn)行焊前、焊后收縮數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，每道橫向大合攏縫焊后前后方向平均收縮4 mm。

2）船長(zhǎng)方向僅有一道總段縱向?qū)涌p，收縮量較小，左右分段對(duì)接定位時(shí)留出6 mm的二氧焊坡口間隙即可。

3）分段下的塢墩木受海水侵蝕嚴(yán)重，需要對(duì)木頭進(jìn)行分揀，使用強(qiáng)度足夠的硬雜木為最佳，否則分段高度方向會(huì)發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致基線精度失準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，一般會(huì)沉降約5 mm，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)高度方向按正常基準(zhǔn)面整體平行定高5 mm。

4）隨著毗鄰尾部的雙層底分段上層分段的疊壓，重量不斷增重，基線高度方向不會(huì)發(fā)生上翹，龍骨基線兩端不必向下加放反變形。

綜上所述，雙層底反變形加放：前后方向在標(biāo)準(zhǔn)坡口間隙的基礎(chǔ)上拉長(zhǎng)4 mm， 左右方向定位時(shí)留出6 mm的二氧焊坡口間隙，高度平行定高5 mm，坡口間隙符合標(biāo)準(zhǔn)二氧焊坡口間隙極限值16 mm的規(guī)定。

4.2" " 縱、橫壁定位控制

1）縱、橫壁定位主要采用連續(xù)模擬搭載技術(shù)和對(duì)合線定位技術(shù)。一對(duì)縱艙壁分段和一對(duì)橫艙壁分段一組進(jìn)行連續(xù)模擬搭載，一方面是為了方便采集數(shù)據(jù)，另一方面是為了提升定位效率。

2）縱艙壁分段為片體結(jié)構(gòu)，左側(cè)光面，右側(cè)結(jié)構(gòu)面，上下有貫穿的強(qiáng)T排支撐。其左側(cè)下口焊接量大，熱收縮大于右側(cè)，會(huì)把縱艙壁上口中心線拉向左側(cè)。所以定位原則是縱壁上端需偏向右舷。經(jīng)過對(duì)多個(gè)縱艙壁分段跟蹤分析，得出縱壁上端向右舷傾斜的反變形量為7 mm。

3）縱艙壁分段中心線在焊接收縮后趨近于垂直狀態(tài)，分段型深同樣受焊接收縮影響，縱、橫艙壁下口的對(duì)接縫坡口間隙在標(biāo)準(zhǔn)坡口間隙的基礎(chǔ)上定高5～10 mm。

4.3" "C型段定位控制

1）C型總段建造法具有顯著的建造效益，充分壓縮了合攏吊裝周期，加快艙室成型。船舯62D/63D總段合攏，直接關(guān)系主尺度的型深和型寬，控制難度大，主要是精度問題：船中側(cè)與橫艙壁、雙層底對(duì)接，焊接工作主要集中在船中側(cè)方向，對(duì)半寬控制有直接影響；船中側(cè)尚未合攏部分將與甲板總段對(duì)接，其上口半寬的定位控制，關(guān)系著整個(gè)甲板面的切割量；C型段預(yù)裝完成后，自重在500 t左右，直接坐落在塢墩上，高度方向也會(huì)產(chǎn)生下沉。綜合定位誤差、焊接收縮變形等因素，分析得到如表1所列數(shù)據(jù)。

2）使用鋼碼板或焊段封固總段，底部塢墩木打緊，防止定位數(shù)據(jù)變化。

3）根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和焊接要求，C型段定位，二氧焊坡口間隙在原標(biāo)準(zhǔn)6 mm的基礎(chǔ)上定大6 mm，坡口間隙達(dá)到12 mm為宜。

4.4" "下舷側(cè)定位控制

1）下舷側(cè)分段是首尾的散吊合攏分段，其船體線性曲度變化較大，定位數(shù)據(jù)最難掌控，對(duì)首尾曲率復(fù)雜的分段，重點(diǎn)考慮橫向反變形；因其斜板直接坐落在內(nèi)底板上，焊接工藝為深熔焊，熱輸入較大，對(duì)寬度數(shù)據(jù)有直接影響，所以一般都會(huì)引起橫翹，使型寬變小、型深拉高。

2）三心對(duì)中處型寬按理論寬度加合攏縫補(bǔ)償量定位：平臺(tái)板與外板交點(diǎn)處，型寬按理論寬度值加10 mm反變形數(shù)值定位；平臺(tái)板與外板交點(diǎn)處，型深按理論型深減6 mm定位。

4.5" "軸舵系定位控制

1）本船舵孔為非鏜孔形式，賽龍?zhí)自诘跹b前已經(jīng)安裝，舵桿垂直度要求小于0.5‰，對(duì)定位精度要求較高；軸舵系定位分段上方涉及10 E、10 F兩個(gè)總段和110一個(gè)分段，三個(gè)主船體總段/分段總重達(dá)到1070 t，后續(xù)上層建筑吊裝后重量不斷增加，整個(gè)尾部區(qū)域裝焊完成并拆除塔式鋼架支撐后，會(huì)產(chǎn)生自然下沉；尾部區(qū)域合攏口的兩道橫向大環(huán)縫斷面焊縫長(zhǎng)，角接縫和對(duì)接縫達(dá)到300 m，內(nèi)部多為狹小艙室，焊接工作量大，焊接收縮量相較于普通平直焊縫更大，經(jīng)測(cè)量每道大環(huán)縫焊接后可使尾部區(qū)域長(zhǎng)度方向收縮5.5 mm。

2）因尾軸采用環(huán)氧澆筑工藝安裝固定，尾軸管的定位要充分考慮環(huán)氧樹脂的成型厚度，單邊厚度不小于8 mm，因此對(duì)110分段定位時(shí)要充分考慮尾軸管的定位精度尺寸：在主機(jī)槽首尾端裝焊軸系拉線標(biāo)桿，標(biāo)桿上用十字線勘畫基準(zhǔn)點(diǎn)；110分段定位，高度方向以主機(jī)槽面板高度的均值作為定位基準(zhǔn)，保證主機(jī)基座環(huán)氧的厚度，定高0～5 mm為宜，抵消尾部下沉的影響；左右寬度方向以船體中心線為準(zhǔn)，并在分段吊裝之前復(fù)核主機(jī)槽面板的開口寬度，保證主機(jī)槽左右側(cè)地腳螺栓的開孔尺寸符合要求；分段封焊、裝配、焊接過程中要對(duì)稱施工，防止軸中心線發(fā)生偏移。

綜上分析，110分段高度值相對(duì)于主機(jī)槽面板定高0～5 mm，尾軸端面至主機(jī)槽前壁距離定長(zhǎng)10 mm，左右舷方向不加反變形；舵系定位時(shí)，舵套筒下端到軸線距離定高15 mm，舵中心線垂直度向船尾側(cè)偏移8 mm，" 舵中心線到尾軸端面垂直距離定長(zhǎng)15 mm。

5" " 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)前期姊妹船的不斷總結(jié)研究，結(jié)合船廠自身的實(shí)際生產(chǎn)水平狀況，在合攏反變形的控制上摸索出一套適合我司的精度控制方案。通過對(duì)合攏階段反變形的研究和實(shí)踐，提高了定位效率，降低了精控廢返，穿梭油輪的精度管理水平向前邁進(jìn)了一大步，整個(gè)船體外殼型線光順流暢，贏得船東贊譽(yù)。

參考文獻(xiàn)

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