21000TEU舵鰭分段建造精度研究與應用

蔡傳文 王鈺 倉楊

江南造船(集團)有限責任公司，上海 201913

舵鰭分段是船舶結構的重要組成部分，連接著船舶操作裝置舵葉，它具有兩大功能：保持船舶預定航向的能力和改變方向的能力，其對分段建造精度至關重要。本文重點分析目前國內最大的集裝箱船21000TEU船的舵鰭分段的相關工藝及精度控制[1]。

1 研究背景

2016年4月初，21000TEU集裝箱船舵鰭分段主體結構開始建造，該船分段以舵機平臺為基面反造，采用全懸掛扭曲舵，舵筒由國外生產廠家建造成型，加工無余量，參考先前建造18000TEU類似分段控制經驗進行控制，同時舵筒裝配方案也采用分段階段點焊固定搭載階段焊接的方式，該方案雖然能有效預防搭載階段產生的累積誤差，但是高空狹小空間焊接作業導致船塢周期延長，極大影響船舶建造速度。為了進一步縮短船塢周期，降低造船成本，改善工人勞動強度和作業環境，采取對后續分段實施全部焊接。這對我們精度管理人員有了更高的要求，不僅要細化精度控制方案，過程管理也要更加嚴謹細致。

2 舵鰭分段建造基準的研究與應用

由于受分段建造工藝流程和現場吊運能力制約，分段在主體建造后需進行移位，重新調整水平后裝配舵筒和假舵，如果沒有統一的參考基準，舵筒和假舵是無法準確定位的。

2.1 舵鰭分段建造基準與搭載定位基準的研究

根據軸舵系搭載定位時以0號肋骨進行拉線照光的特點，為保證軸舵系搭載后的最終精度符合要求，舵鰭分段以FR0號肋線和圓孔中心線為基準進行建造。具體實施方法是在平臺板拼板施工階段，需要采用圓孔中心線和FR0肋位線作為參考基準，并將該兩條線向艏艉和左右延伸，便于艏艉封板定位及反駁外板開孔線。

2.2 舵筒定位基準的研究

舵筒的準確定位是舵鰭分段精度控制的重點，需要舵筒定位點的準確劃制，但在建造過程中許多舵筒外協廠家生產的舵筒洋沖點存在錯位問題，甚至有的整個端口都沒有洋沖中心點。為了保證舵筒準確定位，需要利用全站儀參考面模式進行二維測量，結合三維數據收集分析，準確地找出舵筒定位中心。同時根據舵筒三維數據和分段主體數據進行模擬裝配，對分段主體甲板和外板開孔精準修割，排除裝配干涉，以順利保障舵筒一次吊裝成功。

2.3 假舵（艉鰭）定位基準的研究

由于假舵分為前后兩個部分進行裝配，裝配過程中容易出現精度偏差的情況，必須在胎架建造階段制定出上下口位置的中心線作為基準，艉鰭三維測量結束后通過模擬裝配，保證下端口水平度前提下預先將上端口余量進行修割，避免二次吊裝作業。

3 反變形控制與剛性加強固定的研究

根據設計要求，分段和總段階段控制舵筒上口和下口的精度誤差≤2mm，結合舵鰭分段肋板結構較多、立角焊工作量大、精度要求高的特點，需進行反變形加放的研究和必要的加強固定。

3.1 反變形加放的研究

舵鰭分段主體部分以舵機平臺為基面反造，縱橫結構較多，立角焊接工作量較大，同時外板為散貼裝配焊接，為了防止焊接收縮量過大造成主體分段變形，需要對分段主體建造水平實施反變形控制，在胎架施工過程中，以FR0號位置為節點，向艉做低10mm，進行反變形量加放。

3.2 剛性加強固定的研究

舵鰭分段移位后直接擱置在塢墩上進行舵筒和假舵的定位，且塢墩與分段之間還有墊木，無法保證分段主體的水平度，同時舵筒（重量64t）合攏后必然會出現沉降問題，必須增加四角和圓孔周圍剛性支撐，保證分段主體水平后才能控制舵筒軸心垂直度。

另外，舵筒與分段主體存在多處對接縫，焊接過程產生的收縮勢必會對舵筒垂直度造成影響。由于舵筒內徑為無余量形式，且設計要求舵筒軸心垂直度誤差要求控制在2mm以內，所以焊接收縮產生的偏移量必須為0mm，在取消6mm對接坡口間隙并結合對稱施焊的工藝方法的同時，必須對舵筒下口位置前后左右進行斜撐固定，上口位置增加定位馬板數量，防止舵筒下口位置中心偏移[2]。

圖1 剛性支撐優化

4 施工過程中的精度監控

舵鰭分段作為重點管理分段，從胎架鋪板到舵筒定位焊接必須緊密跟蹤，及時發現問題，準確調整，如果將問題累積到最后才去處理，那么精度無法滿足要求，產品質量無法保證[3]。舵筒焊接方法采用CO2襯墊單面焊，焊接時需由兩名焊工進行對稱焊接，減少單邊收縮變形，舵筒焊接順序見圖2。在焊接過程中要有專人進行精度監控，當舵筒的中心線與軸線中心線前后左右偏離值超出±6mm時，測量人員應立即通知焊工采取措施，調整焊接順序。尤其在焊接1/3板厚的焊縫時，要邊焊接邊測量，嚴格控制舵筒中心線的變形。

圖2 焊接順序示意圖

5 結語

舵鰭分段建造通過統一的參考基準進行結構裝配，保證了外板開孔、舵筒定位、假舵定位的順利施工，可以減少工作誤差，提高生產效率。施工過程中反變形的成功加放與剛性加強固定的有效控制，減少了因焊接變形導致的精度偏差。

最終21000TEU舵鰭分段裝配焊接周期大幅縮短，軸舵系搭載后滿足船東要求。可以看出其建造成本和周期顯著降低，產品質量和生產效率明顯提升。其主要原因在于我們采取科學的建造技術精度控制方案，這對超大型集裝箱品牌的建設具有非常重要的意義。