船體修理改裝中的變形控制工藝研究

鄒光潔

（長(zhǎng)航集團(tuán)武漢青山船廠有限公司工藝室，武漢 430082）

隨著國(guó)家的綜合實(shí)力不斷提升，海運(yùn)運(yùn)輸業(yè)得到了前所未有的發(fā)展和壯大，使得船舶的需求量越來(lái)越大。同時(shí)，二手船舶的發(fā)展前景越來(lái)越好，帶動(dòng)了船舶修理行業(yè)的發(fā)展[1]。根據(jù)船舶航運(yùn)行業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況，我國(guó)船舶年齡在15年以上的商船數(shù)量達(dá)到了總船舶數(shù)量的30%。隨著船舶年齡的不斷增加，很多船舶會(huì)因設(shè)備老舊而出現(xiàn)大量問(wèn)題和故障，因此對(duì)其進(jìn)行修理和改造已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。近年來(lái)，我國(guó)的船舶修理行業(yè)取得了非常大的進(jìn)展，船舶修理及改裝工作發(fā)展飛速。為了確保船舶航行的安全性和效益，必須要高度重視船舶改裝工藝，確保船舶改裝“高質(zhì)量、無(wú)隱患”。

1 船體結(jié)構(gòu)變形控制現(xiàn)狀及重要性分析

1.1 船體結(jié)構(gòu)變形控制現(xiàn)狀

就船體改裝的實(shí)際現(xiàn)狀來(lái)看，多數(shù)改裝人員都是依靠自身的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決遇到的問(wèn)題[2]。在船體結(jié)構(gòu)的變形控制工作中，很多大型企業(yè)都會(huì)結(jié)合已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題制定修理規(guī)劃，但是這種方式會(huì)使修理過(guò)程中的問(wèn)題大大增加。例如：當(dāng)船廠受理了大型改裝項(xiàng)目后，盡管會(huì)對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行電腦模擬和簡(jiǎn)單的技術(shù)性分析，但是工作方式仍停留在自身經(jīng)驗(yàn)或者專家座談中，并未對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行固定化和流程化，從而增加了船體結(jié)構(gòu)改裝過(guò)程中的變形問(wèn)題。因此，相關(guān)人員必須要充分重視船體維修的重要性及特點(diǎn)，以及船體維修過(guò)程中的變形控制工藝等措施。

1.2 船體結(jié)構(gòu)變形原因及控制的重要性分析

就船舶維修的基本特點(diǎn)而言，船體的變形可能是由于破壞了初始力平衡和建立了新的機(jī)械平衡所造成的。引起結(jié)構(gòu)變形的主要原因有兩個(gè)：第一，受到力的作用而產(chǎn)生變形；第二，作用在船體結(jié)構(gòu)上的力發(fā)生了變化。就船體的維修和改造工作而言，結(jié)構(gòu)變形是最常見(jiàn)的一種故障。很多變形并不會(huì)給船體的正常航行造成過(guò)大的影響，但是有些變形會(huì)讓船體的部分工作失去作用，從而使船體失去本該有的承運(yùn)能力[3]。

2 船舶變形的危害分析

在船舶修理過(guò)程中，若船體出現(xiàn)了變形現(xiàn)象，將會(huì)有很大的危害。一方面，船體變形會(huì)影響到船舶的美觀度和性能。在對(duì)船舶進(jìn)行修理時(shí)，可能會(huì)由于中垂變形直接影響船舶主機(jī)或軸系的正常運(yùn)行。一旦主機(jī)不能正常安裝或使用，就會(huì)造成船舶的相關(guān)性能不斷下降，甚至?xí)霈F(xiàn)漏油或者是漏水的情況。這樣不僅影響船舶的美觀度，而且會(huì)造成船舶的總體性能不斷下降，從而影響船舶的正常使用[4]。另一方面，船舶變形可能會(huì)引發(fā)安全事故。若船舶的主體出現(xiàn)了變形現(xiàn)象，不僅會(huì)造成船舶的阻力增加，影響船舶的航行速度，而且可能會(huì)造成各種構(gòu)件的變形，影響整個(gè)船舶的安全性，從而引發(fā)一些安全事故，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，甚至影響船舶行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

3 船體結(jié)構(gòu)變形分類及說(shuō)明

3.1 大開(kāi)口工藝孔作業(yè)引起的變形

大開(kāi)口位置主要分布在甲板、船底或旁板上。例如，在開(kāi)設(shè)甲板孔時(shí)，很可能會(huì)因孔洞面積過(guò)大而造成艙口變形。對(duì)于船體而言，若甲板、船底或旁板大開(kāi)口長(zhǎng)期處在靜水浮態(tài)下就會(huì)出現(xiàn)左右肋變形，通常應(yīng)采取加裝扶強(qiáng)材料來(lái)控制。

3.2 持續(xù)受力構(gòu)件改造中整體強(qiáng)度受損而引起變形

當(dāng)船體縱向構(gòu)件受損時(shí)，會(huì)使整體強(qiáng)度下降，從而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)變形。對(duì)于船體維修而言，承載構(gòu)件的切割分為部分切割和完全切割，若增加隔板，就會(huì)引起局部橫截面變形。針對(duì)此類問(wèn)題，在船體伸長(zhǎng)改造和實(shí)際維修時(shí)應(yīng)注意船體斷面附近的 局部變形[5]。

3.3 連續(xù)工藝孔引起的變形

連續(xù)開(kāi)孔是船體改造和維修的常見(jiàn)方式。對(duì)于雙層底、雙層甲板的船舶，這種開(kāi)孔方式會(huì)引起船體不斷變化，很容易造成殼體承載結(jié)構(gòu)的大面積損傷和大面積變形。這種變形控制在實(shí)際維護(hù)和改造中很難控制和避免，如果變形過(guò)大，可能會(huì)引起船體結(jié)構(gòu)的改變和安全問(wèn)題，從而給船體質(zhì)量和后期驗(yàn)收造成較大的隱患。

4 常見(jiàn)船體改裝結(jié)構(gòu)變形控制方案

4.1 局部變形控制方案說(shuō)明與分析

船體局部變形主要是指船體局部結(jié)構(gòu)的變形。這種變形的控制方案主要集中在合理的結(jié)構(gòu)臨時(shí)損傷和永久支撐上，具體方式如下。

第一，合理選擇工藝孔的開(kāi)孔位置。在實(shí)際維護(hù)過(guò)程中，首先，應(yīng)合理設(shè)計(jì)工藝孔，選擇正確的開(kāi)孔位置，盡可能不開(kāi)孔或少開(kāi)孔，以減少對(duì)船體應(yīng)力平衡的破壞；其次，在選擇開(kāi)孔區(qū)域時(shí)，要首選結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和構(gòu)件強(qiáng)度較大的區(qū)域；再次，需要提高開(kāi)孔的精度，以確保新開(kāi)的工藝孔與構(gòu)件的配合精度；最后，在選擇連續(xù)開(kāi)孔的工藝時(shí)，要首選間斷開(kāi)孔方式，并避免在橫艙壁的位置上開(kāi)設(shè)工藝孔，以降低因應(yīng)力失衡而造成的損失。

第二，充分利用臨時(shí)扶強(qiáng)材料。在進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)的變形控制時(shí)，臨時(shí)扶強(qiáng)材料的作用主要是補(bǔ)強(qiáng)切割的構(gòu)件和開(kāi)設(shè)的工藝孔，從而扶強(qiáng)船體的原有結(jié)構(gòu)。在選擇扶強(qiáng)材料時(shí)，必須要遵從確保原有結(jié)構(gòu)能夠延續(xù)的原則，從而對(duì)其他部位結(jié)構(gòu)的變形起到一定的預(yù)防作用。一般情況下，在進(jìn)行工藝孔周邊位置的扶強(qiáng)時(shí)，既可以采用型鋼扶強(qiáng)材料，又可以采用扁鋼扶強(qiáng)材料，這對(duì)工藝孔的變形具有非常顯著的控制效果。除此之外，在進(jìn)行被切斷構(gòu)件的扶強(qiáng)時(shí)，可以采用焊接與原構(gòu)件相同的材料進(jìn)行。

第三，控制連續(xù)受力構(gòu)件改裝過(guò)程中的臨時(shí)代替結(jié)構(gòu)。在對(duì)一些船體進(jìn)行改裝時(shí)，需要臨時(shí)性隔開(kāi)船壁、艙口等位置。在進(jìn)行此工藝操作時(shí)，因?yàn)檫@些部位上的應(yīng)力比較集中，所以改裝人員在進(jìn)行開(kāi)口操作時(shí)，要先選定合理的替代結(jié)構(gòu)。另外，在選擇臨時(shí)構(gòu)件位置時(shí)，要遵循不應(yīng)遠(yuǎn)離原結(jié)構(gòu)的原則和不影響新構(gòu)件安裝工作的原則。例如，在開(kāi)設(shè)艙壁時(shí)，要先在艙壁的同向位置處設(shè)置相應(yīng)的臨時(shí)性扶強(qiáng)構(gòu)件，但必須要確保構(gòu)件空間尺寸設(shè)置的合理性，不得在沒(méi)有任何計(jì)劃的前提下擴(kuò)大作業(yè)空間，從而保障臨時(shí)扶強(qiáng)構(gòu)件的扶持效果。

4.2 整體變形控制方案分析與說(shuō)明

第一，在改裝船舶結(jié)構(gòu)之前，相關(guān)人員需要先測(cè)量改裝位置，全面且細(xì)致地了解和掌握船體的整體結(jié)構(gòu)和外形及尺寸。這樣不僅可以為后期的船體變形評(píng)估工作提供參考依據(jù)，而且可以為后期的核定提供數(shù)據(jù)支持。因此，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，相關(guān)人員要先選定專業(yè)的高精度測(cè)量?jī)x器，而且盡量不要采用人工測(cè)繪，然后選定適合的改造工位。同時(shí)，需要確保所測(cè)量的位置在主甲板之上，以保障測(cè)量的精度。在對(duì)變形艙體進(jìn)行切割操作之前，相關(guān)人員需要有效測(cè)量船體的橫向、縱向以及垂直方向等位置的狀態(tài)，并精準(zhǔn)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。在實(shí)際的改裝過(guò)程中，還需要通過(guò)指定的專業(yè)人員對(duì)船只進(jìn)行定期測(cè)量，以便在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而及時(shí)制定出有效的解決和處理方案，將因變形過(guò)大而引發(fā)的返工危害控制在 最小范圍內(nèi)。

第二，對(duì)浮態(tài)（如浮塢狀態(tài)）下的變形進(jìn)行有效控制。就船體結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)其處在靜水狀態(tài)下時(shí)，主甲板上的拉力非常大。但是，很多船體的改造都需要在此種情形下開(kāi)展，因此這種改裝很容易造成因中拱變形而導(dǎo)致的船體結(jié)構(gòu)材料塑形及尺度等因素的改變。例如：在改裝橫艙壁與內(nèi)底板的交接點(diǎn)時(shí)，因?yàn)樵摴?jié)點(diǎn)屬于力集中和力分散的樞紐位置，所以能夠保證力的傳遞作用。但此節(jié)點(diǎn)若失去本該有的作用，則力的傳遞肯定會(huì)中斷，這樣不僅會(huì)引發(fā)上部結(jié)構(gòu)塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)致使整個(gè)艙室的尺寸、艙口、艙蓋等位置發(fā)生嚴(yán)重變形。

第三，有效控制和管理連續(xù)性工藝孔的開(kāi)設(shè)。在船體的改裝過(guò)程中，開(kāi)設(shè)連續(xù)工藝孔不僅會(huì)對(duì)艙體的力學(xué)平衡造成極大的破壞，而且會(huì)增加變形控制的難度。因此，在采用連續(xù)性開(kāi)孔工藝時(shí)，必須要遵循交替開(kāi)孔原則和強(qiáng)度保證原則：交替開(kāi)孔原則主要指在開(kāi)設(shè)孔洞時(shí)，必須要確保操作時(shí)間的間斷性，只有徹底完成一批封閉焊接之后，才可以進(jìn)入下一工藝孔的開(kāi)設(shè)過(guò)程中，而且需要確保同一艙室區(qū)內(nèi)開(kāi)設(shè)孔的面積控制在總艙室面積的1/2內(nèi)，工藝孔的布置見(jiàn)圖1；強(qiáng)度保證原則主要指在開(kāi)孔過(guò)程中，其力度必須與原有構(gòu)件的強(qiáng)度一致，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要通過(guò)先扶強(qiáng)后開(kāi)孔的方式進(jìn)行解決。

5 船體修理改裝變形控制的作業(yè)保證與討論

對(duì)船體改裝過(guò)程進(jìn)行有效管理和控制是降低船體結(jié)構(gòu)變形的主要方式之一。就目前船體改裝工作的開(kāi)展現(xiàn)狀而言，很多船體改裝過(guò)程的管理已經(jīng)逐步進(jìn)入了高授權(quán)化、高專業(yè)化等管理狀態(tài)。目前，船體改裝的管理模式以項(xiàng)目形式化的管理模式為主，不僅具有一定的應(yīng)急處理能力，而且可以提升改裝工作的效率。在進(jìn)行船體修理改裝作業(yè)時(shí)，需做好以下工作：首先，做好船體進(jìn)廠前的交接工作，全面了解和勘驗(yàn)船體的變形情況及控制的重點(diǎn)、難點(diǎn)部位，確定改裝作業(yè)的具體范圍和流程；其次，選擇合適的改裝材料，制定合理的改裝方案，做好各項(xiàng)技術(shù)的交底工作和材料的驗(yàn)收與管理工作；最后，確保相關(guān)人員能夠進(jìn)行交流和溝通，并做好船體測(cè)量和變形評(píng)估，以便制定出更好的控制變形的策略和方法。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的分析可以發(fā)現(xiàn)，船體的修理和改裝是確保船舶安全航行的重要保障。隨著海上運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，運(yùn)輸業(yè)對(duì)船舶噸位的需求越來(lái)越大。因此，隨著船舶修理及船體改裝行業(yè)的發(fā)展，為了確保船體驗(yàn)收及船舶航行的安全性，相關(guān)人員必須要做好船體改裝及變形的控制工作。