船體分段建造現場精度控制工藝研究

白鯤，王永偉，宋國輝

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

1 船體分段建造的概述

1.1 船舶建造的特點

船體分段建造是船舶建造過程中十分重要的一環，其涉及多道工序，如鋼材預處理、數控切割、加工以及小/中/大組立等。因為船舶結構本身較為復雜，船體分段建造面臨著尺寸、結構以及形狀誤差等問題，這對精度控制提出了相當大的挑戰。

1.2 發展情況

我國的造船企業非常注重船體建造的精度控制技術，通過對分段建造的精度進行嚴格的控制，并采用適當的建造工藝來提高造船的質量水平。此外，一些企業還積極學習國外先進的造船技術和精度控制技術，進行全面的檢查和驗證，以確保船舶在安全性、可靠性和經濟性等方面達到最佳的水平。

1.3 精度控制的重要意義

在船體分段建造的過程中，確保船舶的精度控制是至關重要的，其重要意義具體體現在：首先，能夠減少造船所需的物力與財力，提升生產率。通過精確控制船體分段建造的精度，可以避免后續工序中的修正和調整，從而減少了不必要的浪費。其次，精度控制技術的應用還能夠保證船舶的性能能夠符合預期的要求，進一步提升船舶的安全性。無論是船體的強度還是穩定性，都需要精確的尺寸和結構來支撐，這對于保障船舶的安全至關重要。

2 精度控制技術

2.1 余量以及補償量的加放技術

在船舶建造中，為了確保船體的精度和質量，常常需要在設計和建造過程中留出一定的余量，以便適應材料的變形和裝配誤差。傳統的加放余量控制技術存在一些不足之處，例如，無法準確估計各種因素對精度的影響，容易造成過度補償或不足補償的情況。為了解決這些問題，現代船舶建造中引入了補償量的加放技術。通過準確測量和分析各種因素對精度的影響，可以根據實際情況在相應位置增加或減少補償量，讓船體的精度更加符合設計和建造要求。

2.2 反變形精度控制技術

船只船身大多是由鋼板構成，在進行船體的切割和焊接時，鋼板容易受到熱變形和力學變形的影響，從而導致船體整體精度的下降。為了解決這個問題，船舶建造中可采取反變形精度控制技術。該技術包括預測變形的模擬和分析、優化切割和焊接工藝、采取補償措施等。通過對鋼板進行精確的切割和焊接，以及在需要的位置施加適當的力來抵消變形，可以保持船體鋼板的原有形狀，提升船舶建設的精密性。

2.3 精度控制的統計技術

精度控制不僅僅是一次性的檢測和調整過程，而是一個持續改進的過程。統計技術在精度控制中起著重要的作用，通過收集、記錄和分析大量的數據，可以了解船舶建造過程中的誤差來源和變化趨勢，從而為設計與工藝方法的優化提供參考。同時，統計技術還可以用于協調各條生產線，保證各環節之間的配合和協作，提高生產效率。

3 船體分段建造現場精度控制

3.1 胎架制作

為了強化胎架制作的精度控制，技術人員可使用水平儀、激光儀等專業測量工具進行測量，這些工具具有高精度和準確性，能夠幫助技術人員獲得精確的尺寸數據。在使用這些測量工具前，技術人員必須了解工具的精度和誤差范圍。只有對測量工具的性能有清晰的認識，才能準確評估胎架制作的精度。因此，在實際操作中，技術人員需要進行測量工具的校正，確保其處于最佳工作狀態。

胎架制作的精度控制涉及多個方面。首先，胎架的總體尺寸必須符合線型正平的強度要求。通過準確測量和精確的制作過程，可以保證胎架的尺寸與設計方案一致。其次，胎架的表面應平整、光滑，沒有凸起或凹陷，以提高其抗壓性和耐久性。此外，在胎架制作時，注意縫隙的檢查。若存在縫隙則會影響胎架的質量，導致尺寸誤差。對此，應仔細檢查活絡胎架間的橫向和豎向連接狀態，確保能夠滿足設計要求。

3.2 鋼料加工

鋼料的加工應當精確控制以下幾個環節，以確保最終構件的質量和精度：（1）鋼料在加工過程中會受到溫度的影響，而溫度的變化會導致材料的熱脹冷縮現象。技術人員在構件成形加工中，需要精確計算和預測材料由于溫度變化而引起的尺寸變化，以便進行相應的補償措施。通過合理的溫度控制和對構件加工過程中材料的精準測量，可以減小熱脹冷縮對精度的影響，確保構件的尺寸規格達到設計要求。（2）邊緣加工是鋼料加工中非常關鍵的一步，直接關系著構件的尺寸精度和裝配質量。在切割構件邊緣尺寸時，技術人員需要使用精密的切割設備，并精確控制切割參數，如切割速度、刀具壓力等，以確保切割的精度滿足設計要求。同時，對加工后的邊緣進行必要的修整和磨削，以消除可能存在的毛刺和不平整，進一步提高邊緣的精度。（3）在船舶結構的連接部分，常常需要進行坡口加工，以便實現構件之間的良好連接和焊接，坡口的精度直接影響連接的緊密程度和強度。技術人員需要根據設計要求，在坡口加工過程中合理選擇加工方法和工藝，確保坡口的形狀、尺寸和傾斜角度等符合要求。同時，通過嚴格的檢驗和測量，及時發現和糾正坡口加工中的偏差，保證坡口加工的精度。（4）配套樣箱是用于輔助構件成形加工的工具，其精度對于構件的最終尺寸具有重要影響。在冷熱狀態下，配套樣箱可能會因為材料的膨脹和收縮而導致尺寸偏差，從而影響構件成形的精度。技術人員需要通過科學的調控和操作，控制樣箱的溫度、尺寸及安裝位置，以便實現構件成形加工過程中的精準控制。

3.3 構件焊接

構件焊接直接影響著分段的精度和質量，通過合理、準確地焊接構件，可以保證船體結構的強度和穩定性，從而延長船舶的使用壽命，并確保其安全運行。工作人員需要嚴格遵循設計方案和施工安排，確保每個構件按照正確的次序被焊接到正確的位置上。在進行構件焊接前，需要對船體分段進行有限元計算，以此評估構件焊接后可能出現的變形情況，并根據計算結果進行相應的調整和控制，確保最終的分段符合設計要求。焊接時，產生的高溫和熱應力可能會導致構件的形狀變化，從而影響分段的精度。為了防止這種情況的發生，工作人員需要在焊接前進行適當的預熱和控溫，同時采用合適的焊接方法和參數，確保焊接環節的溫度和熱應力得到有效控制。如果構件在焊接期間發生變形，工作人員需要及時采取措施進行調整，主要涉及重新測量和調整構件的尺寸、形狀和位置，以使其符合設計要求。焊接結束后，需檢查焊縫的質量、強度和密實性，并對存在的焊接缺陷進行修復和處理。通過嚴格的焊縫檢查，可以確保焊接的可靠性和耐久性，提高分段的質量和可靠性。除了焊接過程本身，工作人員還應當記錄關鍵的焊接參數、焊接順序以及環境溫度等信息，并將其整理匯報給相關人員。這些記錄對于建立焊接工藝的標準化和優化具有重要意義，有助于提高整個分段建造過程的管理和控制水平。

3.4 畫線

在畫線工藝中，中線斑的外觀和尺寸以及對角線的精準度是需要特別注意的。中線斑是船體結構的重要標志，需要通過準確的畫線來保證其形狀和尺寸的合理性，以便后續的加工和安裝工作能夠順利進行。而對角線則是衡量船體符合設計要求的重要指標之一，通過精確的畫線工藝可以確保對角線的精準度達到設計要求，從而保證船體結構的穩定性和強度。此外，技術工作人員需要根據具體的尺寸要求，將切割檢驗線準確地標記在板材上，包括切割位置、長度等信息，以便進行后續的切割工作和質量檢驗。標記應該做到清晰可見，避免模糊或混淆，在整個分段建造過程中保持一致性，確保工藝的連續性和準確性。

3.5 運輸

分段的吊運要點包括：（1）在進行分段吊運前，需要對船體結構進行強處理，以提高其承載能力和穩定性。（2）根據分段的質量、形狀和尺寸選擇最適合的吊裝方式，并嚴格遵循操作規程，以確保安全性。（3）在吊運過程中，必須檢查吊具的規格、品質能否符合要求，確保其能夠承受分段的重量和力度。吊具的故障或損壞可能導致意外事故發生，因此必須保證吊具的完好和可靠性。（4）在進行吊裝前，必須確保分段已經完全割離并且沒有任何未解除的固定裝置。（5）對于那些需要使用吊環進行吊裝的分段，必須檢查吊環的焊接質量，確保焊接牢固可靠，位置合理，并且焊接強度滿足要求。（6）在使用鋼絲繩進行吊裝時，需要特別注意分段邊緣的保護。應在鋼絲繩與鋼板邊緣的接觸處采取加墊方木、半圓管或角鋼等防護措施，以防止分段變形和鋼絲繩斷裂的風險。

分段的水平運輸要點包括：（1）在進行水平運輸前，必須確保分段能夠順利吊入/吊出船舶，因此，需控制好吊裝設備和船體結構的兼容性問題。在安排水平運輸前，應進行必要的測量和檢查，以確保分段與目標船舶相互匹配。（2）放置方法的選擇應基于分段的幾何形狀和質量特征，并且需要確保分段在運輸過程中保持穩定和安全。（3）在進行陸路運輸時，必須確保分段的尺寸符合馬路寬度限制，以避免交通事故和違章行為。在計劃和組織陸路運輸時，應與相關部門進行溝通，并遵守所有交通法規和安全要求。（4）在進行分段的水平運輸前，應在分段下方準備好適當的墊塊位置，以保證分段在運輸過程中的穩定性和安全性。墊塊的選擇和布置需要根據具體情況進行評估，并確保其能夠有效地提供支撐和緩沖作用。

4 公務海工船舶分段精度控制工藝

下文以福建廈門船舶重工股份有限公司制造的公務海工船舶為例，對其各工序的精度控制進行分析。

4.1 胎架制作

首先，需要劃出胎架的地面投影線，包括中心線、基準線、外板折角線、上口合攏縫線以及四個角點等，這些線的確定對于后續的施工起到了基礎性的作用。然后，還需要確定縱向和橫向的補償值，以保證最終的胎架尺寸準確無誤。在角鋼樹胎的過程中，需要特別注意角鋼與外板面的貼合度，確保它們之間的連接緊密可靠。同時，還需檢查基準線的垂直度和胎架的尺寸，確保結構劃線的精度和準確性。在長度較大的分段中，還需要進行反變形補償，防止分段在運輸和焊接過程中產生變形。

4.2 裝焊與檢測

為了保證船舶的整體結構堅固和穩定，需要控制好焊接順序和參數。在焊接環節，需要注意控制肋板和縱桁的垂直度，以避免后續修割工作。同時，要控制好各個結構之間的對接間隙，盡量避免焊接收縮變形的發生。對于一些特殊構件，還需要采取反變形措施，并在焊接完成后進行矯正。此外，還需要明確分段焊接的檢查標準，對關鍵位置的安裝尺寸和合攏結束的高度基準進行檢查，保證質量符合要求。

4.3 分段余量劃線

為了保證分段在拼裝時能夠準確無誤地對接，需要實行分段余量劃線。首先，將橫向分段基準線作為基準，確定每個分段的長度，并根據這個長度實行長度方向的余量劃線。其次，需要將中心線引到主甲板、艉封板和橫艙壁板等位置，作為寬度定位的基準線。在劃線過程中，需要測量和修正高度基準線，以作為船臺搭載與水尺劃線的參考。再次，需測量和調整基線，從而控制好基線的撓度。最后，為了方便分段的安裝，還需要在外板下面劃出距離中心線2000mm的縱向安裝寬度基準。在劃線期間，應當特別注意樣沖點的準確性和精度。

4.4 分段運輸

在運輸前，需要事先規劃好吊碼和支撐布置圖。通過合理的吊碼設置和支撐安排，可以確保分段在運輸過程中平穩無碰撞地移動。在分段下胎之前，還需要劃好位置線，并進行對應的加排工作，以便于主甲板吊運和支撐外板實行水平運輸。這一過程需要嚴格按照計劃進行，確保每個分段的位置準確無誤。

5 結語

在進行船體分段建造期間，必須要對建造精度進行全面把控，以此確保船體裝配后的使用功能健全完善。有關技術人員也需要對船體分段建設的工藝流程進行控制與檢查，確保其建造質量以及精細化水平，在切實減少建造時間的同時，同時保障船舶使用質量，使得船舶具有更高的使用價值。