大型船舶軸系分段鏜孔工藝

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

船塢作為船舶總裝廠最為重要的資源，如何提升船塢利用率，是業內共同面臨的難題。傳統造船工藝，軸系安裝受拉線找中、鏜孔等諸多因素影響，占用塢期較長，成為造船提速的瓶頸。另外，在船塢階段鏜孔，艉軸管鏜孔工具的轉軸只能水平放置，該軸較長，自身重力會引起整個軸線的向下彎曲，精度差。大型船舶軸系分段鏜孔[1-2]，與傳統施工方式相比，就是將軸系拉線照光及鏜孔工序提前到平臺階段施工。平臺上的施工條件和環境遠優于船塢。垂直狀態下鏜孔，可以有效消除鏜桿因自重所產生的擾度的影響，從而有效地保證了鏜孔精度，同時能大幅改善軸系鏜孔作業環境，有效提高產品質量和船廠的生產效率。另外，軸系分段拉線照光和鏜孔有利于縮短船東和船級社進行塢內檢驗，改善船東和船級社的工作環境和條件。鏜孔結束后，將包含艉軸管的分段與相關分段搭載及焊接時，通過控制變形精度，保證整個軸系的精度[3]。大型船舶上實施軸系分段鏜孔及搭載技術，可以縮短船塢周期約10 d。

1 軸系分段鏜孔內容

船舶制造行業，之所以長期以來無法突破占用塢期較長、造船提速的瓶頸，其主要難點如下：

1)搭載時的分段反變形控制的研究是整個分段鏜孔工作最重要的部分[4]，也是最難的部分。不同的船型或分段有不同的變形量，不同的搭載順序也可能造成不同的船體變形，在實際操作規程中，搭載定位要求的精度很高。

2)艉軸管分段與相鄰分段搭載焊接時，焊接會造成船舶的收縮變形，導致實際軸系中心線與理論軸系中心線產生偏差，而焊接收縮變形的規律又較難掌握。能否控制好焊接收縮變形，直接關系到最終整個軸系質量，需要研究收縮變形的趨勢、焊縫焊接的長度、焊接順序及焊接要求等。

3)工裝件的設計和正確使用要求也比較高。需設計并制造專用的鏜孔時的工裝、搭載時的工裝、焊接時的工裝[5]，例如,平臺鏜孔的分段支撐件、平臺鏜孔時的鏜孔設備架、搭載時的分段支撐及支架調整、塢墩的形式,以及這些支架的安裝形式等。

軸系分段鏜孔，針對傳統施工工藝，改變工藝流程，將艉軸管分段移至平臺提前鏜孔，即由原來的：艉軸管分段制造→吊運塢內搭載及焊接→艉軸管鏜孔→向船東及船級社交驗，調整為：艉軸管分段制造→艉軸管平臺鏜孔→吊運塢內搭載及焊接→向船東及船級社交驗。

根據軸系拉線照光和鏜孔的原理[6]，參照國外的經驗，分析實際經驗數據，為分段上拉線照光和鏜孔技術的推廣提供技術支撐。

為了保證軸系分段鏜孔能達到良好的效果，以提高軸系的運行質量及船舶營運的安全性[7]，必須系統性地對分段軸系找中、鏜孔、搭載精度控制、焊接變形控制以及提交等各階段進行分析，提出各階段的精度控制要求，滿足規范[8]要求，以確保軸系分段鏜孔技術的合理應用。

2 軸系找中

軸系找中是在分段燒焊、油漆結束、艉管冷卻水艙密性試驗報驗結束后進行。如圖1所示，艉軸管分段垂直放置，確保首封板與地面水平，并將分段牢固固定在擱架上。

圖1 拉線照光示意

按照軸系拉線找中工藝流程，利用重錘并調整光靶，使靶心與分段理論中心重合，確定艉軸管中心線及鏜孔的鏜桿安裝基準點。要求中間各點的光靶筒中心點共線，偏差小于0.02 mm。測量艉軸管首尾端面的鏜削余量，若偏差過大，則調節鋼絲修正軸線的中心位置，使偏差符合要求。

放置該分段時，如果定位不當，則將有可能使艉軸管中心線超出鏜孔余量范圍，影響后續工作的精度控制，因此首封板要水平。

3 軸系鏜孔及安裝艉管軸承

鏜孔的圓度、圓柱度公差要求見表1。

表1 鏜孔圓度、圓柱度公差值 mm

鏜桿安裝，應按軸系拉線找中確定的艉軸管的鏜桿安裝基準點為依據，使鏜桿與軸系中心重合，誤差不大于0.02 mm。對于艉軸管長度超過3 500 mm以上，鏜桿必須設置中間支承，但因采用了豎直鏜孔，故不需要進行撓度校正，鏜排豎直安裝方式見圖2。

圖2 鏜排豎直安裝示意

在垂直狀態下鏜孔，鏜排豎置鏜孔[9]，降低施工難度，有效消除鏜排因自重所產生的撓度的影響。

鏜孔結束后按設計要求加工艉管軸承并在平臺壓裝艉管軸承。

4 艉軸管分段塢內搭載定位

為了控制船體變形，搭載前整個機艙區域塢墩全部使用鋼制塢墩及薄木板墊塊，可以有效減少船體變形對精度控制的影響，以減少船底的變形量。經過大量的分析研究，同時也為了后續機艙工作盡早開始，機艙三甲板全部搭載焊接結束后，艉軸管分段(10D分段)吊到位，利用監測設備，檢測、調正分段位置。搭載定位時采用專用的分段搭載平臺和三維頂升機，可以方便調整分段預變形量，實現對搭載中艉管分段的三維調整，使分段船體中心線對準機艙總段船體中心線，實施分段塢內搭載定位。定位時左右中心需與開設的中心線重合，前后距離以實際肋位距離為參考，定位結束后，抄緊塢墩，用裝配馬板將10D分段(如圖3所示)與相鄰總段固定。

圖3 10D搭載示意

掛舵臂及舵機艙分段搭載過程中，主要是通過監測舵系中心線的位置偏差，以船塢中心線為控制基準，保證整個軸舵系相交度，來對舵系鏜孔余量進行控制，使之符合舵系鏜孔要求。

10D分段與其他總段焊接過程中產生焊接變形，導致軸線變化，以及尾部分段搭載時，受到各分段重量的影響，導致軸線變化，因此，預先放一定的反變形量(如圖4所示)，10D 分段整體翹頭，以抵消焊接收縮及自重的變形。反變形區域中的支撐高度也根據外板進行相應的調整，使主機前端K點光靶中心比軸系理論中心線高。

圖4 10D分段搭載反變形放置

5 焊接控制

在分段焊接時，先焊外板對接縫，后焊平臺對接縫，再焊其他內部焊縫。焊接外板時，應安排雙數焊工左右對稱同時焊接，要求焊接順序、焊縫層數、焊縫長度、焊接參數等都應盡量相同；焊接時應采用多層焊，每層焊縫厚度控制在3～4 mm，層間溫度應控制在160 ℃以下，蓋面焊縫應采用多道焊蓋面，每層焊縫焊接后均需測量一次艉軸中心，如中心偏差超過規定范圍，應在反方向先焊接，另一側焊接暫停。直到中心偏差校正后，兩側方可繼續同時焊接。

10D分段在與相鄰分段合攏縫的焊接過程中，易發生變形，使尾軸管中心線偏離軸系中心線，因此要按照規定的焊接程序進行焊接施工，并在焊接過程中進行監測，及時調整焊接順序；搭載定位好后，溫差對裝配電焊過程也有影響，晴天時因陽光照射角度不同，分段各個面的溫度都不一樣，溫差有可能會影響精度。因此，一是盡可能在陰雨或晚上等溫差不大的時候進行施工和測量，二是溫差變化大時作業過程中要實時監控變化量，尾軸管中心線偏離軸系中心線過大時，調整施工順序。

6 交驗

圖5 塢內復拉線照光示意

7 結論

軸系分段鏜孔及搭載技術，改變常規的軸系找中船舶狀態(即主甲板以下全部船體結構和基座裝焊、矯正結束)，實行在主甲板下兩層甲板主船體結構裝焊全部結束就可軸系找中提交，后續工作能提早1個月施工，提高塢內機艙的完整性。

軸系分段鏜孔及搭載技術推廣使用，具有很好的經濟價值，同時也為船舶制造企業進一步合理安排建造周期，優化建造模式提供了有力的技術支撐，具有廣泛的適用性，對于現有的散貨船、油船、集裝箱船基本都可以適用。