關于提高船舶整體建造法焊接質量的對策措施

翟社會

淮北市地方海事(港航)管理服務中心 安徽 淮北 235000

在現代造船工藝中,船體裝配與焊接多采用分段建造法,但因受工藝、技術水平、起重條件等因素所限,一些規模不大的船舶修造單位在內河船舶建造過程中多采用整體建造法,其方法是將船體主要零部構件直接運至船臺,按照自下而上、由里至外的順序裝焊成船舶整體,待裝配作業全部完成后,再進行全船焊接工作。由于船舶建造的質量受材料質量、焊接質量以及裝配質量材質和工藝的直接影響,尤其是船舶船體的整體質量受焊接的質量直接影響很大。如何提高內河船舶整體建造法焊接工藝,對船舶建造質量起著重要的影響作用。

1 采用整體建造法對船舶建造質量的影響分析

1.1 船體可能會出現扭曲或局部出現應力集中 焊接是通過高溫、高熱將兩塊構件的結合部快速融化,進而融合成一起的工藝過程。由于該過程速熱速冷,焊接過程和成型后會因熱脹冷縮產生焊接變形。在采用整體建造法焊接時,如果焊接操作程序不正確,尤其是在焊接內河小船的薄板操作時,則船體極易出現扭曲變形。此外,局部結構焊后的殘余應力如果過大,也易誘發張開性裂紋。

1.2 船體易產生中垂彎曲變形或首尾上翹 因為采取整體建造法,船體主要構件皆是在船臺或船塢上裝配,在安裝過程中,大量的板、構架的焊接工作都集中于船臺上進行,容易產生船體中垂彎曲變形,甚至首尾兩端上翹。即使是雙體船,如果安裝操作不當,也極易出現橫向中垂彎曲變形,而這種變形將不可避免地影響螺旋槳的安裝,以及后續主機功率的發揮。

1.3 船體首、尾部易偏離縱中剖面 在采用整體建造法安裝時,船體構件多采取對稱于縱中剖面布置的方法,而倘若不采用對稱施焊法,那么這些結構由于焊接變形,將不可避免地會偏離縱中剖面,尤其是艏柱。而這種變形將影響船舶的航向穩定性。

2 提高整體建造法建造船舶質量的措施選擇

2.1 控制船體首尾上翹的應對措施 由于船舶沿縱向可以看作為一根空心變截面梁,而甲板骨架居于中性軸上方,由于有上層建筑,通常甲板上焊接量偏大,這樣導致焊后收縮就易出現船體縱向的中垂彎曲變形。因此,控制船體首尾上翹,甲板骨架上的對接縫或角接縫必須嚴格遵循“焊接規格表”的設計要求,不可隨意加大焊接量。如果經過船臺拉線,檢測出首尾上翹變形,應采取適當增加船底骨架焊接量,或著采取對船底進行正面跟蹤水冷法的水火矯正工藝。而對雙體船橫向中垂彎曲變形的問題,可以采取加大連接橋中性軸下端橫向構件的焊接量,例如可加大橫梁面板處的角接縫的焊腳尺寸。

2.2 控制焊接變形的應對措施 采用整體建造法,雖然不容易制作曲面結構胎架等專用工藝裝備,但是為了最大程度控制焊后變形,各造船單位應結合自身實際生產條件,在裝配定位時,可以采取加設臨時加強材、“梳狀馬”工藝板等方法進行剛性固定。尤其在焊接作業前,預先測算估計結構的變形大小與方向,用反變形法將構件預裝成一個反方向的變形,以此來抵消焊接過程所引起的變形。

2.3 明確船舶焊接的程序及工藝 各造船單位在施工圖上標注了焊接規格的同時,應制定船舶建造的工藝計劃管理性文件,其主要應包括以下焊接程序規定:①如果構件中同時存在對接縫和角接縫時,應先焊對接縫,后焊角接縫;②如果構件中同時存在單層縫和多層縫時,應先焊收縮變形較大的多層縫,后焊單層縫,焊道接頭應互相錯開;③采用手弧焊焊接長度>0.5m的對接縫時,必須采取分段退焊法或從中間向兩端的分段退焊法進行施焊;④在整體建造焊接時,應以每個艙為單元,將船舶主體分為若干單元,焊接應從船中的單元開始,向首尾兩端的單元進行。而在每個單元的焊接工藝中,必須按照下面的操作次序進行焊接:

板的對接縫焊接工藝:應先焊船底板及甲板的對接縫,后焊舷側外板的對接縫。由于對接縫中的端縫不能排在同一橫斷面上,所以必須先焊端縫,后焊縱縫。與此同時,應先焊船內一側的對接縫,接著在外面用碳弧氣刨吹槽、清根,待其顯露出金屬光澤后,然后再進行封底焊。

橫艙壁與殼板的角接焊縫工藝:應先焊艙壁、船底板以及甲板的角接焊縫,再焊艙壁與兩舷外板的立角焊縫。

縱橫構架之間的十字角焊縫工藝:應先焊底部及甲板的縱橫構架之間的十字角焊縫,再焊舷側的縱橫構架之間的十字角焊縫。

縱橫構架與殼板的角接焊縫工藝:應先焊底部及甲板與縱橫構架間的角焊縫,再焊舷側外板與縱橫構架間的角焊縫。這些角接焊縫的焊接應按照逐格法進行,自船中向兩舷,自單元中間格向首尾,先焊橫向構架與殼板的角接焊縫,后焊縱向構架與殼板的角接焊縫,逐個方格地施焊,直到焊完單元內所有方格為止。

甲板邊板與舷側頂列板間的角焊縫工藝:應從船中向首尾對稱地施焊,先焊船艙內的角焊縫,后焊外部的角焊縫。

殼板與舷柱的接縫焊接工藝:為了避免艏柱上翹及偏離縱中剖面的變形,在焊接作業時,必須由兩名焊工同時對稱地施焊作業。

護舷材的焊接工藝:由于護舷材是分段制作的,且安裝到船體上也是逐段裝上去的,因此在焊接時,必須先焊各段之間的對接縫,再焊其與舷側頂列板間的上下角焊縫。

2.4 預先考慮收縮余量,注重減少余量補償。根據理論計算和實踐經驗,采用整體建造法,在焊件備料及加工時預先考慮收縮余量,以便焊后工件達到所要求的形狀、尺寸。當對接裝配時應切割去余量,到一定長度再次用定位焊固定,這樣逐段進行。焊接時先在船內一側施焊,然后拆除“固定馬”,用碳弧氣刨吹槽、清根,進行封底焊。有條件的造船單位在自身工藝條件下,應對施工誤差和施工變形的規律進行定量的分析,盡量減少余量補償,以便減少手工修正作業量,從而降低生產成本。

2.5 非水網地區船舶建造尺度普遍偏小、整體建造多用板厚≤3mm的薄板,焊后變形難以控制。建議有條件的造船單位,可以利用二氧化碳半自動焊機,采用細絲二氧化碳氣體保護焊(左向焊接法),這種工藝方法對控制焊后變形是行之有效的。

3 結語

采取整體建造法工藝建造船舶,焊接變形是不可避免的,但是采取各種合理有效的措施,提高焊接質量,對焊接變形進行有效的控制和減少,就滿足船舶安全航行、正常營運使用性能的要求。