20 000 TEU集裝箱船雙層底箱位精度控制技術

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

近年來國內船廠大力發展精度造船技術，在常規船如散貨船、VLCC建造領域取得了技術突破，然而在高附價值20 000 TEU級超大型集裝箱船精度控制方面仍在摸索和積累經驗。例如，集裝箱船雙層底分段結構呈階梯式、多層平臺、外板線形大(見圖1)，分段階段還需安裝箱位復板，其建造難度高于以往散貨船和油船[1]。精度控制需要一套完整的方案[2]。

圖1 階梯型雙層底分段

1 雙層底分段存在的精度問題

集裝船雙層底分段建造初期，存在半寬大、端面重合度不良、縱壁垂直度不良、內底水平差和復板安裝精度超差等現象，造成塢內仍然需要大量修正。其主要原因在于主板劃線精度不良，端面直線度不良，拼板板邊不齊，導致重合度不良；分段不規范焊接引起內底水平不良；上階梯內底水平超差導致縱壁垂直度不良；內底水平和復板劃線問題造成復板安裝精度不良，導致調節板使用量增加，雙層底分段精度合格率為40%。

1.1 內底水平不良

內底水平不良偏差5～12 mm，主要原因是內部材多，不規范焊接，背燒不到位，內部構件肋板與縱壁出現端差，反扣后容易產生中拱，現場對雙層底中拱問題進行二次背燒。

1.2 分段半寬偏大

分段半寬偏大10～15 mm,主要原因是內底水平中拱(見圖2)，上臺階片段水平不良，縱板垂直度不良，造成企口邊下沉，半寬偏大。

圖2 內底水平中拱

1.3 縱壁垂直度不良

縱壁垂直度不良偏差5～8 mm，主要原因是平臺板水平超差導致縱壁垂直度不良。

1.4 端部重合度不良

分段重合度偏差5～8 mm, 主要原因是平直階段拼板板邊不齊，見圖3。現場定位未制作地樣線定位，影響端面重合度。

圖3 拼板板邊不齊

1.5 復板定位問題

主要原因：①內底水平超差導致復板水平度偏大，水平不良偏差6～10 mm，②現場劃線不規范，導致復板安裝出現3～5 mm偏差，測量復板位置多為用卷尺進行測量，有拉尺不穩、讀數困難等原因，需要2人操作完成，測量存在一定誤差。

1.6 雙層底搭載定位問題

搭載按分段結構定位，沒有按復板水平定分段水平，箱位水平偏差變大，出現多塊調節板疊加現象出現，見圖4。

圖4 箱位調整板使用情況

2 雙層底分段精度控制

2.1 控制內底焊接順序和背燒管理

集裝箱雙層底內底縱、橫向結構較多，因此焊接的工作量較大，相應的收縮量和焊接變形較大。為了減少焊接對水平的影響，首先必須加強現場焊接順序的控制。焊接順序是先焊接主板平對接的焊縫，后焊構件之間的立對接焊縫。角焊縫先焊構件之間的立角焊再焊平角焊，立角縫的焊接順序是影響內底水平的主要因素，特別是內底等箱體結構立角焊要采用分段退焊法，最后焊構架與主板之間的平角焊縫，見圖5[3-4]。

對雙層底內底片段加強中間區域水平控制，完工后做好背燒管理，背燒的施工位置直接決定鋼板背燒的效果，背燒前應標記出施工線，可以用墨線或者石筆在骨材焊接的背面標記。背燒時噴槍行走的直線度對整體背燒有直接影響，應對骨材焊接的背面的施工線進行加熱, 加熱深度為2/3板厚,見圖6。背燒后，用測溫儀測量溫度，監控最佳溫度，測量溫度范圍應滿足背燒溫度600～700 ℃。最好采用自動背燒小車施工，背燒的效果能得到有效保證。縱壁垂直度不良問題，縱壁垂直度取決內底水平，在平直片段內底水平精度保證后，縱壁垂直度問題解決[5]

圖5 雙層底焊接順序

圖6 背燒施工位置

2.2 設置反變形控制分段半寬

分段階段應對前道來的內底片段中間水平進行二次確認，不良的進行火工校正，不允許開刀修正，防止內底水平中拱現象產生；在轉圓處肋板建模增加5 mm反變形，防止企口下沉，見圖7；在胎架高度不達標的時候，增加槽鋼支撐。解決方案現場實施后，分段半寬偏大問題明顯改善[6]。

圖7 轉圓企口反變形設置

2.3 切割精度控制及拼板精度表優化

對切割機平臺及軌道使用狀況進行調查及分析，通過調整切割機外在硬件，重點調整切割機電流在工藝范圍內減少自然坡口產生；對切割平臺和軌道進行維護，減少平臺殘渣和軌道直線度不良對切割精度影響；切割前試板必須滿足精度要求后作業。重視切割機維護保養，定期切割機精度評估，將事后控制轉變為事前控制，將單板控制在精度標準范圍內，提高主板拼板合格率。

在拼板階段，優化精度表在基準邊加入直線度控制，防止后道因板邊不齊導致分段重合度不良，見圖8。在分段階段做好地線施工，通過地樣線檢驗分段合攏口重合度的精度。現場方案實施后，分段重合度不良問題明顯改善。[7]

圖8 拼板精度表優化

2.4 復板劃線和精度檢測方法優化

復板定位偏差問題，復板劃線首尾基準由原板邊基準改為隔艙硬檔基準，避免劃線偏差，左右劃線跨中雙層底以中心線為基準，邊側階梯雙層底以縱艙壁為基準劃線。統一復板劃線基準，現場復板定位偏差得到解決。

筆者研發了一種可360°旋轉帶有激光的測距器與測量標靶形成一套，用于復板安裝定位，見圖9。工裝有磁力吸附，可在分段反胎狀態下吸附鋼板，測量復板安裝精度。激光測距器內安裝軸承可以360°旋轉，工裝精度高±1 mm,材質輕強度高，攜帶方便。激光測距器和測量標靶四周都有十字對位線，用于對位復板上的十字線。當工裝與復板十字線對位后，激光從復板十字中心發射到測量標靶，可從測距儀上讀出縱向數值也可以測量復板之間的橫向偏差。并能實現在同一基準進行測量，滿足精度的要求。360°旋轉激光測距器在集裝箱船分段階段安裝加強復板上導入使用，測量人員由原方法2人節省至1人，15 m內激光測量精度±1 mm遠高于卷尺測量。

推行全站儀配球形棱鏡實現雙層底箱位水平數據采集，采用工業測量管理軟件進行分析出圖；全站儀采集復板三維坐標數據，同時采用現成的工業測量軟件，進行雙層底復板平面度的分析工作。簡便直觀，無需配合現場的流程，保證內底復板水平控制在精度范圍內。

圖9 360°旋轉激光測距器

2.5 雙層底搭載定位基準

在組立階段保證分段滿足精度情況下，搭載必須使用復板定分段水平，優先保證箱位水平，減少調節板使用數量,見圖10。雙層底前后定位保證隔艙間距焊前做大6 mm，防止艙容偏小。雙層底左右保證縱艙壁半寬±5 mm控制。雙層底搭載焊后對復板水平檢查，使用調節板水平調整，控制每個箱位三點水平為0，第四點水平±3 mm，相鄰箱位高低差在5 mm內[8-9]。

3 制定作業標準和控制方案

3.1 集裝箱船雙層底作業標準書

裝箱船雙層底作業標準書分為雙層底分段和復板安裝兩部分組成。前期收集集裝箱雙層底和復板安裝因作業方法不規范而引起的精度問題，總結經驗。為規范現場作業流程，特制定雙層底作業標準書。

雙層底作業標準書分為胎架、拼板、二次劃線、正造分段定位和反造分段定位。明確各階段作業順序、作業要求和劃線師工作事項。

雙層底復板作業標準書分為復板十字對合線、安裝基準線、劃線方向、本體水平、安裝水平和調節板作業標準。明確復板作業順序、作業要求和劃線師工作事項。

3.2 分段精度控制方案

方案由三部分組成。

圖10 雙層底搭載優先保證箱位水平

1)復板安裝前的分段精度控制,對雙層底的解決辦法實施成果經驗總結，從基準線、反變形、背燒、地線施工等精度管理項目著手加強分段精度控制，保證分段達到精度要求，為后續復板安裝做好準備，見圖11。

圖11 雙層底分段精度控制方案

2)復板劃線安裝精度控制，首先確保分段本體水平±3 mm以內，再以分段內底首部反駁150MK，150MK線到隔艙艏部基準線距離絕對控制。隔艙首部基準線作為分段前后復板劃線安裝基準。內底反駁中心線作為復板左右劃線安裝基準，在復板開十字線作為安裝對位基準。復板劃線偏差±1 mm，安裝偏差±2 mm每個箱位復板對角線±3 mm)。單個復板四角水平±2 mm,1個箱位復板水平3點為0,1點±5 mm，見圖12[10]。

圖12 雙層底復板安裝精度控制方案

3)復板安裝完工精度檢查，對復板分段安裝焊前和焊后階段使用精度表，自檢后，提交精度檢查合格后可進入下道工序。

4 實施效果和應用拓展

首先，解決了現場精度建造經驗不足及作業方法不規范引起的雙層底建造和復板安裝的精度問題，雙層底分段合格率由40%提升至85%以上，節省了調節板使用數量近40%(1 459塊)保證了大艙箱位精度。其次，360°旋轉激光測距器工裝的研發提高了復板劃線定位精度和實施效率，全站儀結合球形棱鏡的投入保證了檢測精度，提升了數據分析效率。最后，形成作業標準書等規范文件，有效地保障了后續集裝箱船的建造。未來將進一步提升精度技術實現導向塊前移分段安裝，箱錐在試箱前焊接完畢，縮短建造周期。