船體結構件反變形加放范圍及標準

陳志霏

（中國船級社 上海分社，上海 200436）

0 引言

目前，造船精度控制技術已在國外船廠達到了較為先進的水平，尤其日韓等國的造船企業采用新工藝、新技術、完善管理制度等一系列措施，使造船精度控制技術得到持續不斷的發展。由于先進造船國家對精度控制核心技術的封鎖，使得國內無法學習到相關的技術和參照方法，致使國內造船企業在零件精度控制、補償量加放標準方面都存在或多或少的問題。本文從船體結構件反變形加放范圍、反變形量加放方案的研究及船體結構件反變形加放標準的制定等難點出發，力求實現對生產、精度的精細化控制和管理，從而實現提高生產效率、降低生產成本的目標。

1 船體結構件反變形加放范圍及原因分析

1.1 內底全寬分段

內底全寬分段以內底板為基面采用反造法進行建造。為防止分段產生中拱現象，對其胎架加放1.5‰B（B為分段半寬）的反變形（見圖1），以保證內底結構的整體平整度，減少后續工序的修割。但橫向肋板的尺寸仍按理論值下料，造成胎架與結構件尺寸不匹配，導致肋骨與中縱桁之間產生V型裝配間隙（見圖2），更加劇了內底全寬分段中拱變形現象的發生。

圖1 內底分段胎架反變形加放方案

圖2 肋骨與中縱桁之間產生間隙

為了減少內底分段中拱現象的產生，提高焊接完成后內底結構的整體水平度，故對內底全寬分段實施結構件反變形加放研究。

1.2 頂邊艙分段（外板企口）

主甲板分段承受全船的總縱強度，因此根據《鋼質海船入級規范》[1]要求，頂邊艙分段主甲板與外板企口至少采取深熔焊的焊接形式，而實際采用的是全焊透的焊接形式（見圖3）。主甲板內側焊接完成后，《材料與焊接規范》[2]要求反面須進行碳刨清根再焊接，由于外板企口處未采取合理有效的變形控制措施，外板企口常會產生內凹的現象，導致分段搭載時外板企口處需進行額外的火工矯正。

圖3 全焊透焊接形式（單位：mm）

為了減少頂邊艙分段外板企口處的焊接變形及后續火工作業量，對頂邊艙分段外板企口位置實施結構件反變形加放研究。

1.3 全寬型甲板分段

全寬型甲板分段以平臺板為基面采用反造法進行建造，分段胎架半寬方向加放 1.5‰B的反變形（見圖4），但橫艙壁以及艉封板未加放合理的結構件反變形量，在安裝縱桁及肋板組立時易引起平臺板中拱，同時造成橫艙壁與縱桁成V型裝配間隙。

圖4 全寬型甲板分段胎架反變形加放方案

為了減少全寬型甲板分段縱桁與橫艙壁及肋板之間裝配間隙超差問題和因此造成的分段半寬偏小問題，對全寬型甲板分段實施結構件反變形加放研究。

2 結構件反變形加放方案研究

2.1 內底全寬分段

采取理論研究與實際情況相結合的方法對 301分段和309分段結構件反變形加放量進行優化，根據優化后的結構件反變形加放方案，對某船301分段和309分段進行試驗，分段的裝配間隙數據統計見表1和表2，肋板裝配間隙全部滿足《中國造船質量標準 2005》（China Shipbuilding Quality Standard）[3]裝配間隙要求（見圖5）。對301分段和309分段構件焊前、焊后水平測量，該船各階段內底水平變化情況見圖6，內底水平度在?6 mm～5 mm之間，分段焊后精度一次測量結果為 AC，說明內底全寬分段結構件反變形加放方案是合理有效的。

表1 某船301分段裝配間隙統計表

表2 某船309分段裝配間隙統計表

圖5 C SQS裝配間隙要求

圖6 某船301分段和309分段水平值變化情況

2.2 頂邊艙分段（外板企口）

根據實際變形情況及外板板厚綜合考慮，頂邊艙分段企口反變形加放5 mm～6 mm為宜（見圖7）。考慮到企口的位置特點，通過設置甲板企口工裝-便攜式甲板企口反變形加放裝置來改善企口變形情況（見圖8）。甲板企口反變形加放工裝應用情況見圖9。

圖7 頂邊艙分段企口反變形加放量

圖8 便攜式甲板企口反變形加放裝置

圖9 甲板企口反變形加放工裝應用

根據采用甲板企口工裝-便攜式甲板企口反變形加放裝置對企口處進行反變形控制、焊接并進行火工作業及企口工裝拆除后，對外板企口處變形情況進行測量（見圖 10）。外板企口邊無上翹現象，且仍有2 mm左右的反變形量。此甲板企口工裝能夠靈活實現頂邊艙舷側分段企口反變形量的加放，保證后道工序（碳刨、電焊、火工背燒）可以實施。同時該工裝能夠實現反復利用，減少采用傳統工裝打磨馬腳的工作量，提高分段制作精度，保障船體舷側分段外板的光順對接。

圖10 外板企口變形情況

2.3 全寬型甲板分段

通過對某船102分段的水平變化進行跟蹤測量（見圖11），該船102甲板水平在±3 mm內。從數據分析看出，結構件反變形的加放既能保證分段甲板的平直度，又能滿足壁板對接焊的可實施要求。因此，在對全寬型甲板分段建模時，軟件里需加放一定標準量的結構件反變形補償量。

圖11 某船102分段水平變化

根據上述102全寬型甲板分段結構件反變形加放研究的經驗，對該船202分段采取結構件加放反變形的方案進行擴展研究應用。202分段甲板上布置有柴油發電機機組基座（見圖 12），此基座精度技術要求高（表3）。通過對202分段實施反變形加放方案（見圖 13），以及在焊接過程中進行監控及精度數據測量，最終實現將202分段柴油發電機機組基座平面度精度控制在設定的技術要求范圍內。

圖12 20 2分段柴油發電機機組基座

圖13 20 2分段反變形加放方案

表3 柴油發電機機組基座精度控制指標

3 反變形加放方案及標準制定

根據試驗結果并對方案進行優化，制定以下結構件反變形加放標準方案，見表4。

表4 結構件反變形加放標準方案

4 結論

結構件反變形加放范圍及標準的研究是彌補分段變形在零件裝配過程中產生的焊接問題，同時能夠有效減小分段焊接產生的變形，是保證分段精度的重要手段。結構件反變形的合理加放可以提高裝配效率、降低分段變形返工率、節約動能資源、提升分段總組定位合格率、提高船東的滿意度。因此，通過對現場零件裝配問題的收集，逐步確立反變形加放的范圍、船體結構件反變形加放范圍、標準的研究與應用，為后續系列船型結構反變形的加放推進奠定技術基礎。