船體快速拼板工藝研究

姜立群 張慶營 崔國慶 崔 良 段良圣

（海洋石油工程（青島）有限公司，青島 266520）

在浮式生產平臺船體建造中，鋼材加工量約占平臺船體總重的70%。拼板精度和速度是制約分段建造周期的關鍵工序，因而在以補償量代替余量值的無余量造船理念下，研究高精度船體快速拼板工藝，能夠有效增加船體分段建造流轉速度，提升中組立的建造精度，減少球扁鋼肋板等結構對位影響，進而整體提升船舶建造質量[1]。

1 拼板現有問題

浮式生產平臺的船體與常規船舶有一定區別。由于生產平臺需要固定在某個海域進行開采或者儲油作業，要求平臺船體能夠30年不回塢大修，對船舶建造質量要求非常高。在船體工藝設計時，對接板材焊接工藝坡口設計為16 mm以上時需要開雙面坡口，即A面焊接成型后，需要拼板吊裝翻身，背部清根后再完成B面焊接。如外底板約有9塊K板拼接而成，按照現有焊接工藝進行組對，拼板組對間隙2～6 mm。由于前期精度策劃在加工設計軟件中拼板兩端各預留2 mm焊接收縮值，兩組拼板理論間隙達到4 mm。考慮到拼板件下料存在負公差影響和拼板組對實際焊接收縮放量因素，前8塊拼板組對間隙取最大值6 mm，最后一塊拼板間隙超過10 mm。在船體預制階段，為了保證焊接質量，禁止使用陶瓷襯墊工藝。

經上述拼板組對，經AB面焊接后，拼板整體焊接收縮仍然較多，部分底板拼板后較理論尺寸相差10 mm左右，成型后的底板普遍存在短尺現象。如圖1所示，由于拼板階段的焊接填充量較大，焊接應力集中和拼板波浪變形不可避免，造成較多拼板件均需要火工校正糾形，平添了翻板和烤火工序，對拼板質量有一定影響，也增加了額外的人工投入。此外，由于前期沒有拼板圖和劃線圖可供參考，施工人員和檢驗人員僅通過分段結構圖紙計算拼板放線量，拼板效率不高且容易出現偏差，對拼板施工速度產生了一定影響。

圖1 熱調直施工圖

2 生產設計優化

生產設計優化是提升船體分段建造精度的重要手段。

對于控制拼板短尺和焊接變形的改進措施，拼板零間隙是解決船體拼板組對偏差大的有效手段。從設計源頭將拼板兩邊各留2 mm組對間隙調整為理論尺寸，即零間隙設計。對于設計已出套料圖，尚未開始下料的船體分段，經設計人員人工干預，調取原拼板套料圖中的CAD圖形尺寸，在軟件中調形拼板件恢復到結構圖紙拼板理論尺寸，并生成新的套料代碼。對于設計尚未出套料圖的船體分段，經設計人員在AVEVA Marine軟件中更新拼板理論設定值，將拼板單邊-2 mm改為0 mm，實現了零間隙拼板件設置，并基于該原則生成船體分段套料圖和套料代碼。

對于施工和檢驗人員，僅依據分段結構圖進行拼板件尺寸放樣情況。對于設計已出結構圖但尚未開始拼板的船體分段，經設計人員協助理論計算，提供手繪拼板圖劃線圖，將整張拼板關鍵施工和檢驗信息尺寸如長、寬、對角線等信息予以體現。如圖2所示，對于設計尚未出結構圖的船體分段，在后期生產設計拼板零間隙的原則下，經設計人員在AVEVA Marine軟件中統一定制球扁鋼和拼板焊縫理論收縮值，通過軟件生成整張拼板的拼板圖和劃線圖，并增加到后續分段的結構圖紙中。

圖2 分段拼板圖

3 快速拼板工藝

拼板組立預制的工序流程包括板材下料、坡口切割、拼板組對、AB面焊接、拼板檢驗和釋放上胎。在生產設計優化基礎上，應從拼板組立的各主要工序著手考慮，提高整體拼板效率[2]。

3.1 板材下料

應定期檢查切割機胎架的橫向和縱向導軌精度，如有偏差及時調整切割軌道。數控程序優化需通過調整數控切割機補償量，使板材下料走正公差。板材下料尺寸控制在0～+2 mm公差范圍內。

3.2 坡口切割

數控切割機雖然具備坡口成形功能。在實際應用中，為了提升板材坡口下料質量和提升板材利用率，通常使用半自動火焰切割機在坡口專區進行坡口加工。部分小型拼板件及肘板坡口，可以利用銑邊機進行冷加工，既有助于提升坡口成形質量，也能提高坡口切割效率。

3.3 拼板組對

坡口切割工序應按拼板需求物料配送，避免出現拼板匹配不齊，怠工無法完成拼接情況。如圖3所示，根據以往拼板焊接收縮數據，合理確定每相鄰拼板的間隙值，優先使用拼板磁力器代替傳統馬板用量。在零間隙拼板設計下，可以將中間拼板件零間隙組對優先采用埋弧焊接。兩端拼板預留一定組對間隙，打底焊接后再使用埋弧焊接。

圖3 拼板組對施工圖

3.4 AB面焊接

注意雙面坡口的拼板件，套料時應將大坡口的拼板面朝上，作為A面焊接完成后拼板翻板，氣刨清根，再進行B面焊接，最終形成完整的拼板片體。對于有板厚差和異形拼板，應注意焊接順序。連續焊道應遵循從焊道中心向兩側施焊，遵循“先短后長，由內向外”的焊接原則。為了減少焊后熱調直，應采取有效措施預防拼板焊接變形。如焊接完A面翻板后，在拼板焊道下方準備小管徑成品管預留反變形，在拼板四角點焊角鐵固定，在焊縫邊緣放置壓鐵施加外力等措施，控制焊接電流輸入量等措施減少拼板焊接變形。

3.5 拼板檢驗

拼板主要有焊前組對、尺寸檢驗、焊后外觀檢驗和尺寸檢驗。拼板圖和劃線圖為施工和檢驗提供了較大便利。通過拼板變形控制措施，極大減少了熱調直的拼板板架數量，提升了拼板施工質量和施工效率。

3.6 釋放上胎

拼板成形檢驗合格后，將拼板光板吊裝到中組立預制框架上。部分船廠有流水線設備，也可以集中焊接完成球扁鋼后再上胎。拼板工藝應結合各公司實際設備情況和生產習慣而定。上胎后應注意對拼板進行局部固定，適當設置反變形量。

4 結語

在現代無余量造船理念下，船體快速拼板工藝首先應從生產設計和精度策劃角度出發，合理設置球扁鋼和拼板焊道焊接收縮補償值，在三維軟件設計出圖中應結合船廠數控設備和套料方法、焊接設備和焊接工藝，設置適當的拼板焊接余量，以提供拼板圖劃線圖。在拼板實踐中，施工單位應結合船廠生產工藝、工區管理、組立作業流程，采取有效的拼板焊接變形防控措施，加強拼板配套供應，利用現代化組對和焊接設備，實施清單革命的過程檢查，最終形成拼板工藝流水線作業，提升船體快速拼板產能。