81 600 DWT 散貨船下舷側(cè)舭部圓弧變形的控制

張登宇，阮 磊

（舟山中遠海運重工有限公司，舟山 316131）

1 前言

船體是鋼板和型材骨架組成的長箱型結(jié)構(gòu)，下舷側(cè)分段是其重要組成部分。船舶平行中體區(qū)域下舷側(cè)分段舭部多為規(guī)則圓弧狀，承擔(dān)著外底板和舷側(cè)外板的過渡功能，舭部圓弧處裝有舭龍骨，起橫向減搖作用。在船體總組和合攏過程中，舭部圓弧對位是否良好直接影響合攏精度、油漆完好、報驗節(jié)點、船臺周期。如何提高舭部圓弧對位精度，減少對油漆的破壞，提高生產(chǎn)效率，對下舷側(cè)舭部圓弧錯位成因的研究顯得尤為重要。

我司建造的81 600 DWT 散貨首制船“愛琴海”在合攏定位時發(fā)現(xiàn)，624 分段和625 分段舭部圓弧對接錯位嚴(yán)重，最大偏差量達到25 mm，如圖1 所示。

圖1 舭部圓弧錯位情況

舭部圓弧外板為整板輥壓成形的圓弧型結(jié)構(gòu)，考慮到美觀效果，錯位后不能開刀調(diào)整，一般選擇直接裝配，靠裝配拉順舭部圓弧。調(diào)整錯位時，因應(yīng)力向兩邊延伸，往往會出現(xiàn)縱向硬折角或者橫向癟圓狀，調(diào)整效果達不到裝配精度要求，調(diào)整難度很大。現(xiàn)場大多采用打斷內(nèi)部縱骨或者橫向骨架，采用加長排方式調(diào)整，如果調(diào)整效果不理想，最終只能挖補舭部換板，浪費大量工時，增加建造成本，影響船臺合攏周期。

2 下舷側(cè)舭部圓弧對位錯位的應(yīng)對措施

2.1 主要措施

（1）弧形板加工階段的校正，控制變形；

（2）分段制作過程中，中間階段的定位尺寸、測量方法的改進和控制，加強材的設(shè)置；

（3）借助IN-ANALY 分析軟件，進行完工數(shù)據(jù)和模擬搭載數(shù)據(jù)的分析對比，對相應(yīng)的超差點提前整改；

（4）焊接順序、熱工作業(yè)的控制；

（5）分段在門架上擱置變形、搭載墩子擺放位置的改進、總組/搭載定位尺寸的控制。

2.2 下料及加工階段的精度控制

（1）技術(shù)部門提供切割指令，拷入軟盤，作為控制信息輸入到數(shù)控自動切割機；切割前試機，切割同等板厚試板，符合切割精度標(biāo)準(zhǔn)后開始切割，下料后檢查長、寬、對角線，公差要求±1 mm，保證其外形尺寸；

（2）此系列船舭部不是規(guī)則的圓弧線型，每個分段線型均不一致，存在兩個方向的曲度。為此先用冷彎機械加工出一個方向的曲度（該方向曲度較大），再用水火彎板法加工出另一方向的曲度；水火彎板時加熱線的位置、疏密、長短對板材成型效果影響極大，注意加熱線不可跨越構(gòu)件橫剖面的中和軸；加工完用活絡(luò)三角樣板檢查加工弧度是否滿足要求，根據(jù)計算機提供的樣板型值表在坐標(biāo)鋼平臺上進行樣板的調(diào)節(jié)，舭列板與樣板靠緊后間隙小于2 mm，不貼合的要繼續(xù)校正直至滿足要求，如圖2；

圖2 活絡(luò)曲線樣板檢查加工弧度

（3）滿足要求的圓弧板不能隨意疊壓，防止受外力擠壓使圓弧型值發(fā)生變化，應(yīng)放置于專用工裝托架上。

2.3 制作中的過程控制

（1）舭部圓弧集中在平行中體區(qū)域，為了減少腳手架搭設(shè)量，同時避免二次翻身，采用正造法制作；

（2）舭部圓弧板為片狀結(jié)構(gòu)，單獨散裝貼合在肋板框架上。分段裝配時，以外底板為基準(zhǔn)建造，多數(shù)情況下往往目光聚焦于雙層底和三角倉組件上，而忽略了內(nèi)部肋板框架的定位控制，導(dǎo)致肋板框架定位偏差大；舭列板貼裝上去后，由于肋板框架本身的型值已經(jīng)偏差，而分段完工只注重于外圍大合攏縫區(qū)域的數(shù)據(jù)控制，所以圓弧縱向框架之間經(jīng)常有硬折角情況發(fā)生，影響整個舭部線型的光順，所以對肋板框架的定位過程要進行控制；

① 以水平基準(zhǔn)點,定位雙層底組件，重點是控制分段首尾兩端11 900 mm縱壁和內(nèi)底板交點(三心對中)的水平，調(diào)整到±2 mm。這兩點是整個分段定位的靈魂，一定要保證；同時，測量框架下口舭列板和外底板對接縫處的水平，接縫位置承上啟下，保證圓弧下口線型；定位完成后把上胎板和胎架有效封胎，防止變動，之后吊裝肋板框架；

② 以三心對中點為定位基點，檢查肋板定位測量點的高度和半寬。此點是肋板過焊孔兩邊延長線的交點，舭列板是整板，中間無拼接，只需測首尾兩道框架即可；為了補償焊接收縮和變形，框架定位一般做成0～5 mm 的正公差，如圖3 所示，△B 取值為5 mm、△H 取值為3 mm；

圖3 肋板框架定位

③ 貼裝舭列板，前后兩頭和外底板平齊，保證沒有端差；同時左右方向和肋板框架光順貼合，間隙小于3 mm；

④ 肋板框架和舭部圓弧板定位好后，需在下方相應(yīng)位置打好支撐，防止上面三角艙組立件定位時框架發(fā)生下沉，導(dǎo)致舭部圓弧精度超差。

（3）內(nèi)部加強安裝。舭列板定位好之后，若舭部強框架距離合攏口較遠，一般遠離1.5 m 以上時，可在合攏口里側(cè)約300 mm 處加設(shè)保型模板。保型模板為圓弧型扁鐵構(gòu)件，其外側(cè)線性與舭部圓弧板內(nèi)側(cè)理論圓弧線性一致，增加舭部圓弧板剛性；保型模板采用數(shù)控下料，外形精度較高，裝配過程中不許隨意修割，裝焊后永久保留，減少輔助性裝、焊、磨工作量；

（4）舭部圓弧精度測量。測量、分析基準(zhǔn)為11 900 縱壁上端面三心對中位置，要求分析基準(zhǔn)點的偏差小于2 mm；因為圓弧存在兩個方向的線型，寬度方向Y 值和高度方向Z 值互相影響，若采用捕捉最近點的傳統(tǒng)取點方法，即在IN-ANALY 軟件上根據(jù)實測數(shù)據(jù)用眼睛瞄取方式選擇最靠近模型的點，取值難度大，不能準(zhǔn)確的反映圓弧精度狀態(tài)，因而采用如下新的檢測方法：

① 焊前測量時，從基準(zhǔn)點向下畫出500、800、1 100、1 400 以及距中15 000 共5 個控制點（見圖4），測量時保證取點位置準(zhǔn)確；

圖4 基準(zhǔn)點選點位置

② 量取外板第一根型材和邊底第一根型材之間的弧長，對每個測量點進行復(fù)查，檢查圓弧總長，確認無誤后做好樣沖標(biāo)記，保留到焊后階段；

③ 采集以上五個固定點的三維數(shù)據(jù)進行分析，利用IN-ANALY 分析軟件的捕捉任意點功能。把1～4 號點的Z 值修正到零，即在圓弧模型光順型線上選取與實測數(shù)據(jù)高度有相同的Z 值的理論點和實測點綁定連接；把5 號點的Y 值修正到零，即在圓弧模型光順型線上選取與實測數(shù)據(jù)高度有相同的Y 值的理論點和實測點綁定連接，然后分析1～4 號點的Y 值和5 號點的Z 值，最終其相對應(yīng)的Y 和Z 數(shù)值反映的就是圓弧的真實狀態(tài)；圓弧三維型值公差±5 mm,若不滿足要求需重新定位直到符合標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)現(xiàn)場檢查確認后方可焊接；

④ 對每個分段圓弧位置誤差進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理，對接分段的同一點不容許出現(xiàn)超過5 mm 的反向偏差；對接分段還在焊前階段的，對比已完工分段調(diào)整正在制作分段，按照同一偏差方向進行調(diào)整，5 mm 之內(nèi)的可不用調(diào)整。

2.4 變形控制

（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)焊接。焊接應(yīng)遵循正確的焊接順序，如圖5 所示：先焊自由構(gòu)件，后焊約束構(gòu)件；先焊主要構(gòu)件或部件，后焊次要構(gòu)件或部件；先焊接的構(gòu)件或部件不能對其他焊接部位形成強大的剛性約束；構(gòu)件中同時存在對接焊縫與角焊縫時，應(yīng)先焊對接焊縫，后焊角焊縫；每條焊縫焊接時，盡量保持其一端能自由收縮；當(dāng)采用手工焊接時，焊縫長度＞2 000 mm 時應(yīng)采用分中逐步退焊法焊接；分段構(gòu)架焊接時，焊工應(yīng)成雙數(shù)由中間向四周分散焊接，把焊接變形對圓弧的影響控制在最小；

圖5 舭部結(jié)構(gòu)焊接順序

（2）舭部圓弧外板焊后，禁止堆焊、火工、修割等熱工作業(yè)，不得不產(chǎn)生熱工作業(yè)的，需要通過報驗后跟蹤復(fù)測的方式監(jiān)控圓弧狀態(tài)，如變化較大超過標(biāo)準(zhǔn)要求，需在涂裝前重新進行精度測量并返工調(diào)整，直到滿足精度要求；

（3）分段下胎擱置在門架上，讓橫向強框架落在門架上受力。不允許落位非強框架的位置上，避免隨著時間推移，舭部非強框架位置受力集中，導(dǎo)致彈性變形最終轉(zhuǎn)變成不可逆的塑形變形；根據(jù)分段重心在分段駁運圖中對門架擺放位置進行定置標(biāo)識，現(xiàn)場按工藝圖紙施工。

2.5 總組/搭載定位尺寸的精度控制

（1）船臺搭載時，因船臺斜度，分段首部首先會與墩子接觸，首部落墩區(qū)域墩子上的塢墩斜木要先去掉，以降低首部墩子高度，避免圓弧外邊底觸碰塢墩導(dǎo)致受力變形；

（2）總組/搭載時支撐墩是點狀受力，要坐落在強框架上；鋪墊在分段外底板下的塢墩斜木高度不能超過300 mm,保證分段四角均勻受力；分段調(diào)整水平后，用打墩器把塢墩斜木打緊，防止分段下沉；

（3）按照分段完工后的數(shù)據(jù)進行定位，保證定位的關(guān)鍵控制節(jié)點和分段制作定位基準(zhǔn)相互統(tǒng)一，偏差一致，不能出現(xiàn)反向偏差導(dǎo)致圓弧對接偏差量放大。簡單的說，就是以基準(zhǔn)線為定位基準(zhǔn)，基準(zhǔn)線由分段完工后勘畫，并流轉(zhuǎn)到搭載使用，基準(zhǔn)線精度標(biāo)準(zhǔn)為±2 mm，滿足舭部圓弧定位要求；

（4）分段定位前，根據(jù)分段完工數(shù)據(jù)進行模擬搭載，出具定位數(shù)據(jù)報告，實際按照模擬搭載數(shù)據(jù)進行調(diào)整和定位，定位狀態(tài)盡量貼合分析數(shù)據(jù)，最大限度減少錯位；

（5）分段搭載報驗測量時，注意讓塢墩受力穩(wěn)定后再行測量和封焊，吊車吊鉤和鋼絲繩應(yīng)處于松弛狀態(tài)，防止吊車松鉤后分段產(chǎn)生新的位移變化；封焊的原則是保證分段不倒不動，既保證分段搭載合攏安全又保證分段原有的精度數(shù)據(jù)狀態(tài)。

3 總組和搭載階段的合攏效果

經(jīng)過以上工序的工藝技術(shù)改進，分段完工階段舭部圓弧精度數(shù)據(jù)達到了精度要求，全船20 個下舷側(cè)分段，總組/搭載定位時其舭部錯位全部在5 mm 之內(nèi)，大部分圓弧對接達到0 mm 無錯位狀態(tài)，縱向硬折角和橫向癟圓的問題全部消除，實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，得到了船東肯定。

4 結(jié)束語

本文對船舶建造中的舭部圓弧精度難點進行了攻關(guān)，取得良好效果，減少了錯位，未發(fā)生換板，降低了動能和油漆消耗，提高了效率，減少了人工，降低了生產(chǎn)成本，提高了質(zhì)量。精度管理在其中發(fā)揮著重要的作用，有效降低造船成本，促進企業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展。