39 000 DWT散貨船上層建筑精度控制研究

劉振宇

（江門市南洋船舶工程有限公司，江門 529145）

1 前言

精度控制已成為船舶企業在生產過程中的重中之重，加強精度控制技術研究是縮短船舶建造周期、降低建造成本和提高船舶企業競爭力的主要方法之一，因此對造船精度控制開展研究和應用具有十分重要的意義。

江門南洋船舶有限責任公司建造的39 000 DWT靈便型散貨船，是具有國際先進水平的節能船舶，在沿海支線航運中占有一定的市場。南洋船舶公司從2011年開始成立精度管理室，負責對整個公司的船舶進行結構精度控制，其中對船舶上層建筑精度控制尤為重視，在建造過程中運用科學的精度管理手段對過程進行控制，不斷提高上層建筑精度管控水平。

2 上層建筑特征及精度控制難點

39 000 DWT散貨船的上層建筑（以下簡稱上建）位于主甲板尾樓處，總共5層、層高3.9 m、長度最大處17 m。上建采用縱骨架式結構，其壁板和平臺使用厚度6～8 mm鋼板，內部圍壁板局部采用波形板。上建單個分段以甲板為基面進行反態在胎架上建造、涂裝作業后翻身，正態組成前后島兩個總段，最后分別進行吊裝搭載。上建建造工序復雜，其板薄焊接易產生變形，火調工作量大。

本文主要研究：上層建筑在建造過程中焊接變形影響因素；通過控制焊接順序及焊接工藝減少焊接變形；對焊后產生的變形進行火調控制，對火調溫度、矯正方法及火調順序進行研究；輔助安裝加強材，對上建壁板進行保型控制。

3 上層建筑焊接控制

焊接產生的熱量是導致上建變形的主要因素，控制好焊接就能減少變形量。焊接控制主要從焊接參數、焊接順序、焊接方法進行控制。

3.1 焊接方法

（1）手工電弧焊：主要用于裝配定位焊及焊縫的修補；

（2）CO2全自動焊：一是用在平角焊縫處（如：甲板縱骨、壁板角鋼角焊縫等），二是用在無結構阻礙的縱橫結構間立角焊縫處；

（3）CO2半自動焊：用于胎架拼板對接縫及其他無法采用CO2自動焊的焊縫；

（4）埋弧自動焊：主要用在甲板、壁板拼板焊接。

各種焊接方法中，變形較大的是埋弧焊和CO2焊。埋弧焊參數見表1；CO2焊參數見表2。

表1 埋弧焊參數表

對于上建拼板件埋弧焊接時，一般用直徑3.2 mm的焊絲，焊接過程中要控制好焊接電流、電壓及焊接速度；CO2焊選用直徑1.2 mm的焊絲，CO2打底焊的電流、電壓要適當偏小、焊接速度要放緩，避免焊接缺陷產生。

表2 CO2焊參數表

3.2 焊接順序

（1）上建甲板拼板件

在內場施工時利用埋弧焊進行焊接：先焊拘束度小的焊縫，再焊拘束度大的焊縫（如圖1所示）；上建甲板拼板件裝配完畢后，先焊靠舷側拘束力小的板件（見圖1中依次標識順序①②③處），后焊接拘束力大的位置⑤⑥⑦⑧⑨⑩。按照該焊接順序進行施工，可以減少板件變形，便于拼板件焊后的火工校正。

圖1 甲板拼板件焊接順序

（2）上建分段內部的縱、橫壁板、外圍壁板以及骨架

一般選用自動角焊機焊接結構與板材的平角焊縫；對于板厚小于8 mm的內部壁板，一般先焊壁板與結構的角焊縫，再焊壁板對接縫；角焊縫兩側按同一方向焊接，減少扭曲變形（見圖2）；若板縫附近有平行結構時，也可以先焊結構與板材角焊縫后再焊接板縫，以增強結構剛性、減少的焊接變形。

圖2 上建縱壁板焊接順序示例

（3） 其余縱向結構及連接肘板

先焊連接肘板的角焊縫以增強結構剛性，后焊縱橫向結構間的立角焊縫，最后焊接縱向結構與板材的平角焊縫；甲板上胎架定位后，用自動角焊機焊接橫向球鋼與甲板的平角焊縫；縱向T型材安裝后，先焊縱橫結構間立角焊，再焊縱向T型材與甲板的平角焊；安裝分段內部縱、橫壁板、四周外圍壁后，先焊接縱、橫壁板間的立角焊縫（包括外圍壁的立角焊縫），后焊接縱、橫壁板與甲板的平角焊縫及外圍壁與甲板的上側平角焊縫（指反態狀態下的上側平角焊縫）。

4 火調控制

火調控制貫穿上建整個建造階段，從拼板件、小組裝配到分段完工、總組、搭載每一階段均伴隨著火調；不同的火調溫度、火調方法、火調順序都對上建精度有影響，因此要進行重點控制。

4.1 火調各個階段控制要求

上建板薄、拼板件焊接受熱后會產生變形，要及時進行火調處理，對板縫處變形進行調正，單個拼板件平整度要求控制在3 mm內；上建的小組件均是壁板與角鋼組成，壁板骨材焊接后要對骨材進行背燒處理，小組件整體平整度控制在5 mm內；在中合攏裝配階段，需利用火調進行調正，在焊接前要對所以壁板進行檢查；分段完工松胎前要對甲板及骨材進行退火作業，分段脫胎后，要求對分段堆放水平進行精度監控，保證甲板水平控制在10 mm。

4.2 火調溫度控制

溫度的掌控是板件火調過程中的控制難點，一要熟悉常用鋼材不同厚度所需加熱溫度，二要控制好水火距離（見表3）；在火調過程中要根據火調時鋼板顏色判別加熱溫度，（具體參考表4）。

表3 鋼材加熱基本參數

表4 鋼材加熱溫度與顏色估算

4.3 火調順序控制

火調順序決定板件矯正方向及分段整體精度，特別是在單個分段和總段火調時必須嚴格遵守：（1）單個分段要先調甲板、后調四圍壁板；（2）在火調施工前要觀察變形區域，對變形較小部位做好標記，劃出硬檔部位加熱線，采用長條形跳格法矯正，加熱線寬度要求均勻，火調方向保持直線，讓鋼材變形部位均勻收縮；（3）圖3是上建圍壁波浪火調方向及順序，要交錯進行火調。對于硬檔位置，火調時要從變形較小處矯正為原則，對于軟檔位置，要利用短條形加熱方法由骨架四周逐步向中間部位移動。

圖3 上建圍壁火調方向及順序

5 上建加強材加設

加強材主要作用是增加結構強度、減少焊接變形，同時提高組立件強度，保證轉運、堆放過程不易變形。分段在胎建造階段，下口加強材進行連接，相互作用形成一個整體，以減少分段吊裝翻身變形量，保證上層建筑總體精度。

（1）上建分段加強材一般在小組立階段安裝，其中小組立焊前安裝為最佳時機，加強材與壁板貼合間隙要求0～3 mm，極限＜5 mm，確保壁板的平整度；

（2）加強材安裝位置：壁板下口安裝位置一般距下口500 mm，加強材的安裝高度一致，便于分段階段加強的連接，形成一個整體進行保型控制；

（3）上建加強材一般在總組定位裝配后再進行拆除。加強材規格一般使用20#槽鋼、φ≥114×5圓管或同等強度的球扁鋼、工字鋼及較寬的扁鋼等，壁板寬度小于2 m的可用角鋼或扁鋼材料加強。

6 結束語

綜上所述，焊接過程中可以通過焊接方法、焊接順序以及控制焊接參數等減少變形；對于焊后存在的變形矯正，可以調節火調溫度、矯正順序控制壁板精度；在上建制作過程中，輔助增加壁板加強材保型以減少變形。在散貨船上建制造過程中，運用焊接、火調及增加加強材等方法進行精細化控制，能有效減少壁板變形，保證船舶上層建筑整體精度。

本文總結的一些措施及精度控制點，在后續建造散貨船的上建建造中得到運用，并取得了良好的效果，值得推廣和供同行參考。