1000t沿海起重船吊臂建造工藝

摘要：本文介紹了1 000 t沿海起重船吊臂的建造工藝及吊裝到負荷試驗的全過程。

關鍵詞：吊臂；三維建模；策劃；熱處理；火工矯正；鏜孔；整體吊裝

Building of the Davit’s Structure for 1 000tCoastal Derrick Boat

LIAO Aiming

(Guangzhou Hangtong Shipbuilding and Shipping Co.， Ltd. Guangzhou 510290)

Abstract: This article introduces the building technique and the process from hoisting to load test for davit of 1000t coastal derrick boat.

Key words: Davit; Three-dimensional modeling; Devise; Heat treatment; Distortion correction by flame; Boring hole; Integral hoisting

1工程概況

廣州航通船業有限公司承接佛山捷信起重打撈有限公司1 000 t沿海起重船起吊載荷1 000 t之臂桿鋼結構工程（俗稱扒桿）。應用業主提供的，由廣州市建航船舶設計有限公司設計、江蘇科技大學船舶與海洋工程學院負責扒桿強度校核的成套圖樣進行施工；根據相關法律、法規規定，該設計取得了廣東省船舶檢驗局廣州分局（ZC）審核同意。在該項目具體施工過程中，ZC驗船師實施全過程監督并完成竣工檢驗。

1.11 000 t沿海起重船主尺度

總長：85 m設計水線長：85 m

兩柱間長：83 m型寬：32 m

型深：6 m設計吃水：4 m

首尾弦?。?.7 m 梁拱：0.64 m

1 000 t起重船主船體由業主按排，在番禺靈山船舶修造廠建造。因為1 000 t起重船的關鍵是起重臂桿系的制造，而限于靈山船舶修造廠的技術、能力，業主要求我們公司建造、安裝荷重1 000 t的整座大臂桿（包括千斤柱、支座在內）。

1.2臂桿主要參數

長：86.96 m 寬：20.87 m

架高：3.7 m

臂桿全貌見圖1。

扒桿主體重420 t、千斤柱重155 t（整個起重機總重946 t）。

根據合同、設計圖樣的技術要求和本公司對產品所設定的質量目標，產品完工后應滿足：

① 臂桿銷孔（臂桿下）中心距19 520 mm，允許偏差±3mm；

② 臂桿直線度為1/1 500且只允許上拱，臂桿旁彎度為1/2 000且只允許外彎；

③ 臂桿桁材架成形后臂桿銷孔中心至副鉤中心距離86 957 mm，允許公差±87 mm。至主鉤中心 距離75 000 mm，允許公差±75 mm；臂桿中心線垂直臂桿下銷孔軸線（左右對稱）允許公差3 mm；

④ 臂桿下銷軸同軸度公差（鏜孔后）±0.5 mm。

2施工策劃與建造

航通公司歷史上曾成功建造母公司——四航局“粵工樁九”（樁九）打樁、起重船，其上的樁架為三角形整體式，樁架主體部分由九層“塔平臺”組成，吊錘平臺高度距設計水線約86 m，主體結構由鋼管和型鋼焊接而成。因為有幾近相似的管節點、彼此差異不太大的主尺度，為建造1 000 t起重臂桿提供了有利的經驗。

2.1管節點、相貫線、胎架

在公司技術中心按起重臂桿設計圖樣進行結構建模、放樣以后，對于設計圖樣上那些很難裝、焊的節點，沿用“樁九”的經驗，在征得原設計公司認同之后，將二條或二條以上管子交于一點的管節點所造成的裝、焊死點，適當拉開一定的距離；既保證節點強度，又方便保證裝配、焊接質量。

結構建模、放樣之后，因為每一個構件的尺寸都拿掇得很準確，不僅降低成本、減少物耗，而且為精確切割零部件創造了條件。

考慮公司現有場地和起重設備等因素，將整個臂桿分為三段建造見圖2。

整條起重臂桿長可近90 m，高度3.7 m，從安全生產和日后“三段結構”預拚裝的角度出發，胎架設計必須保證有足夠的強度和剛性，意思是此時的胎架不能光顧節省材料，胎架夠強夠硬，某種意義上等于一個剛性底座既方便固定、控制扒桿裝焊變形，還起到下桁管裝焊過程中的臨時性加強作用（如圖3）；而且胎架布置應當盡可能靠近，方便預拚（現場胎架布置好如船舶姐妹分段那樣，基本聯在一起）。

關于臂桿相貫線；臂桿桿系間相交連接之相貫線在臂桿結構建模之后，使用既定的計算機程序作每一節點的放樣、展開，由于本公司缺少多維切割機，在設計人員提交每一節點的內外緣相貫線實樣之后，施工人員按樣圍管逐個切割，然后使用手提砂輪機打磨，修正，確保坡口光滑，內外緣相貫型線準確。

2.2典型節點裝焊與質量控制

梳狀結構下料與裝配：臂桿和千斤柱設計的一個特點是梳狀結構多。整個臂桿中不少的連接節點采用了梳狀結構；的確是一種有效、可靠的連接方式，既保證構件間的連接又方便力傳遞。但此類節點多，客觀上為下料、裝配工序增添了難度；因此，號料及舯段開工上胎前，首先對相關工種施工人員進行技術交底，取一樣桿作典范，由工藝技術人員作劃線示范，要求按裝配程序細致畫出梳狀開口；同時對切割工進行專門培訓，具體要求割縫細小、平直（割縫≤3 mm）。裝配時，除要求裝配工耐心、細致、逐個插叉以外，臂桿的定位焊應盡量減少，其質量應與施焊的焊縫質量相同，長度應控制在30～50 mm之內，因為是荷重千噸的大扒桿，特別需要強調安全，所以對有缺陷的定位焊無論是板縫還是角縫，施焊前全部剔除干凈。根據相關規定，在查對焊接工藝評定的復蓋狀況之后，還補充了厚板、管子的工藝評定。

臂桿建造的又一個特點是電焊工作量大，對焊接工人的操作技能要求高，所以具體要求是：每個焊工都必須持證上崗，必須按施工圖樣的要求保證每個焊透節點確實焊透，需要深溶焊的節點焊接坡口保證準確。亦因為此質量檢驗部在作焊前、裝配報驗時，焊接坡口準確與否是檢驗的一項重要內容。

臂桿主桿（指Ф500 mm的四條直桿）其對接接頭按施工圖樣上的要求應在內緣，沿整圓周長貼覆-5×50的工藝墊板，為了確保實船施工質量，先作了實樣模擬試驗。待到模擬樣管按圖示坡口、貼覆墊板完畢之后，進行試焊；隨后剖切斷面作目視和金相檢測。并據此編撰作業指導書，規范桿系對接接頭焊接程序。

2.3厚度大于30 mm的Q345B鋼板的檢驗與焊接

按照設計圖樣規定:臂桿、千斤柱等本體主要材料的材質均為Q345B優質低合金高強度鋼。對于低合金高強度鋼Q345B，根據以往的使用經驗：在一般情況下，國內各大鋼廠出品質量都比較穩定，機械性能、化學成分可以保證，加工性能、可焊性也都比較好。但對于厚度較厚的板材其材質往往就容易出現些問題了。為了保證千噸重吊臂桿的安全運作，應十分重視Q345B厚板進貨驗證，公司明確規定：

1）所有Q345B鋼料進廠，使用前供應部會同質檢部應核對材質，證書、生產批號。

2）對厚度大于等于30 mm的鋼板，應使用測厚儀檢測每塊鋼板，不使用鋼板實際厚度誤差大于標準許可負公差的鋼料。

3）對于厚度40 mm和60 mm的鋼板，每一張板表面都應進行超聲波探傷，存在分層或局部較大面積夾灰的鋼板應予退貨、換板。

爾后的鋼料接貨檢驗表明，這些規定是正確的。特別是第3）點，首批到廠的厚板（40 mm及以上者）都發生問題，供應商遂作全部換板處理。

對于Q345B鋼料、厚度30mm以上的結構焊接，本公司按臂桿設計中的圖示要求，采用與母材相匹配的焊接材料之外，強調焊接時應考慮對焊接接口預熱（溫度應在150 ℃左右）并控制線能量和道間溫度，且要求主桿合攏口以及臂桿結構總圖（JH0802-241-01）中零件組裝焊接施工后應作退火處理（見圖4），以消除焊接后的殘余應力；而為了避免強度損失，退火溫度應控制在600 ℃以下；然后緩慢冷卻（因為采購熱電隅受限于時間和價格等問題，現場裝焊一匣狀炭爐，置工件/合攏口接縫于其內，灌滿木炭后，燃炭焚燒，待炭凈后空冷；達到了預期的效果）。

臂桿結構裝配使用J502焊條（焊條直徑3.2 mm）；焊前對裝配點焊的質量均予檢查，發現有缺陷的點焊全部剔除。

2.4對于火工矯正的規定

Q345B高強度鋼中Mn作為一種主要合金元素起著提高材料抗拉強度和屈服點的作用，但畢竟對鋼材的熱、冷加工性能會有影響，對于臂架結構板厚、焊接節點復雜，溶敷量大的特點，尤其應注意預防材料發生冷脆，所以本公司臂桿項目部作為一項強調執行的工藝紀律：火工矯正時嚴禁采用水火矯正工藝，無論是矯正變形還是加熱“鬆骨”消除殘余應力都禁止淋水，而必須空冷。

實踐表明：由于對火工矯正強制了這項規定不僅避免了節點發生裂紋，而且既使是整條臂架涂裝之后，表面光潔、不起皺折；外觀質量受到船東、船檢及參觀人員等的一致好評。

2.5臂桿與支座鏜孔

為了確保鏜孔精度，選用XD系列銑削動力頭來進行臂桿和支座的鏜孔加工（如圖5臂架鏜孔；動力頭參數：型號 XD4060-A ，功率7.5 kW）。

3整體吊裝和試驗

如前所述，臂架三段呈姐妹段在胎架上分別組立，隨即合攏成臂架整體不僅實現了項目質量目標，而且涂裝之后外觀很漂亮。佛山捷信公司安排自己公司的150 t、250 t和500 t三臺浮吊聯吊上船安裝。因為建造精度控制好，在本公司的碼頭不足一天時間就順利吊裝完畢（圖7 ）。

千噸扒桿的負荷試驗，以一艘58.7 m工作船的裸船體（～1 000多t）作負載（圖8 負荷試驗）。

當整船緩緩吊起，臂桿慢慢變幅、迥轉，一艘58.7 m工作船被平穩吊下水時，航通公司的千噸扒桿也就制作、安裝、試驗成功了。