特種鋁合金船體蝸型曲面風(fēng)道裝焊工藝研究

王彥龍 曹旭武 王洪波 寧付星 吳其智

摘? ? 要：離心風(fēng)機(jī)的蝸型曲面風(fēng)道裝焊制作，是特種鋁合金船建造的瓶頸問題，其制作質(zhì)量與裝焊變形控制直接影響船舶結(jié)構(gòu)的風(fēng)容量與風(fēng)壓穩(wěn)定性、變載荷疲勞強(qiáng)度與焊縫抗裂性能，亟需研究高質(zhì)高效的裝焊工藝流程與實(shí)施方案。為此，本文以特種鋁合金船離心風(fēng)機(jī)的蝸型曲面風(fēng)道為研究對象，開展了制作流程與裝焊工藝研究，規(guī)劃了蝸型曲面風(fēng)道的裝焊工藝流程，形成了蝸型曲面風(fēng)道結(jié)構(gòu)的零部件、平臺基座與上部殼體組件裝焊工藝實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了裝焊工藝的精細(xì)化、合理化與優(yōu)良化，對提高離心風(fēng)機(jī)蝸型曲面風(fēng)道的裝焊工藝水平奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)特種鋁合金船建造質(zhì)量與生產(chǎn)效率的提升。

關(guān)鍵詞：鋁合金；離心風(fēng)機(jī)；蝸型曲面風(fēng)道；裝焊工藝

中圖分類號：U671.8? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on Assembly and Welding Process of Cochlear Type Curved Surface Air Duct for Special Aluminum Ship Hull

WANG Yanlong1，? CAO Xuwu2，? WANG Hongbo2，? NING Fuxing2，? WU Qizhi2

（ 1. The First Military Representative Office of Navy in Guangzhou，? Guangzhou 510715;? 2.CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.，

Guangzhou 510715 ）

Abstract： Welding of snail-shaped curved ducts for centrifugal fans is a bottleneck in the construction of special aluminum ships， and its production quality and welding deformation control directly affects the wind capacity and stability of the wind pressure， variable load fatigue strength and weld crack resistance of the ship's structure， so there is an urgent need to study the high-quality and high-efficiency welding process and implementation of the program. For this reason， this paper takes the snail-shaped curved air duct of centrifugal fan of special aluminum ship as the research object， carries out the research on the production process and welding process， plans the welding process of the snail-shaped curved air duct， and forms the implementation plan of the welding process of the parts of the snail-shaped curved air duct structure， the platform base and the upper casing assembly， so as to realize the refinement， rationalization and excellence of the welding process. This research lays the foundation for future improvements in the mounting and welding process of worm-shaped curved ducts for centrifugal fans， and can also contribute to the improvement of the quality and productivity of the construction of special aluminum ships.

Key words： aluminum alloy; centrifugal fan; cochlear curved air duct; assembly welding process

1? ? ?前言

離心風(fēng)機(jī)蝸型曲面風(fēng)道為全鋁合金焊接組合式結(jié)構(gòu)，由平臺基座與上部殼體兩個組件裝焊而成，以平臺基座結(jié)構(gòu)為界線分為上下兩部分：平臺基座組件在平面通用胎架或工裝平臺上進(jìn)行反造，單邊焊接成部件后翻身正態(tài)拼框成平臺基座組件，單獨(dú)在浮箱甲板面安裝；上部殼體組件在假定平臺工作面進(jìn)行正造，下端口余量保留，焊接完后吊裝至浮箱甲板面安裝；最后，經(jīng)軸系第一次初拉線后，在浮箱甲板面上進(jìn)行平臺基座組件與上部殼體組件的整體裝焊，形成完整的離心風(fēng)機(jī)蝸型曲面風(fēng)道結(jié)構(gòu)件。

2? ? 裝焊過程

2.1? 裝焊工藝流程

蝸型曲面風(fēng)道以近甲板的平臺板為邊界，分成上部殼體、下部平臺基座兩個結(jié)構(gòu)組件，其三維模型軸測圖如圖1所示，其制作工藝流程如圖2所示。

2.2? ?下料加工

在下料加工過程中，需按圖樣或技術(shù)文件的要求施工，確保風(fēng)道成型精度與工藝質(zhì)量。對于加工件及T型拼焊件，可施加加工樣板位置線、檢驗(yàn)法線；號料及劃線的偏差，需滿足≤±0.5 mm；樣板、樣箱的制作偏差，需滿足≤±1.0 mm；此外，按照加工圖紙及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行內(nèi)、外風(fēng)道板的冷彎加工；對于無余量的零件可在切割后開出坡口，有余量的零件則可做出標(biāo)示，存在板厚差的對接板在厚板側(cè)開出過渡坡口；對于所有零件的自由邊緣，在加工時(shí)可使用拋光打磨設(shè)備進(jìn)行倒圓角，一般圓角半徑為R=2 mm。

2.3? ?零部件拼裝

下料加工工序完成后，開展零部件的拼裝工藝作業(yè)。零部件的拼裝，包括前、后、側(cè)面端壁拼板、T型桁材拼裝、下方平臺基座組件與風(fēng)道口曲面部件拼裝。其中，下方平臺基座組件在無碼工裝平臺或平面通用胎架上拼裝，風(fēng)道口曲面部件在專用胎架上拼裝。

2.4? ?鐵平臺或胎架鋪板

在鐵平臺或胎架上劃出中心線、肋位線、接縫線等定位線，胎架上模板可沿片體中心線對稱布置；對于剛性較大的板，非強(qiáng)力無法貼緊胎架模板且間隙＞6 mm時(shí)，可采用壓鐵配重貼胎，并配置橡膠板隔離接觸面，確保線型吻合滿足設(shè)計(jì)規(guī)范；

將內(nèi)、外風(fēng)道板分別吊裝上胎架，按照預(yù)先的劃線位置定位，并將胎架下端的鋁模板與風(fēng)道板密集點(diǎn)焊固定；鋪板與胎架之間采用模板連接固定后，進(jìn)行胎架鋪板件對接縫的裝配定位焊接；定位焊接完成后，進(jìn)行鋪板對接縫的焊接，焊接過程中時(shí)刻控制變形，要求對接板縫平順過渡，且對焊接過程中可能產(chǎn)生凹凸的部位采取合理的控制措施。

2.5? ?構(gòu)架裝焊

風(fēng)道平臺基座的上面板在鐵平臺上拼接與校正后，劃出中心線、肋位線、腹板理論線，并進(jìn)行完整性與合格性檢驗(yàn)；在風(fēng)道板構(gòu)架面上依次劃出縱向、橫向構(gòu)件安裝線，按技術(shù)文件要求增加收縮補(bǔ)償量，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行下一步的裝配工作。

在裝配風(fēng)道平臺基座時(shí)，先裝配風(fēng)道平臺基座縱向、橫向T型腹板及肘板，并控制安裝理論線位置和垂直度；在裝配工序完成后，上面板四周及中間采用卡馬固定，防止焊接中產(chǎn)生移位；對風(fēng)道平臺基座縱向、橫向T型腹板及肘板的焊接施工，須兩名焊工由中心向兩邊對稱施焊，并控制焊接電流以減少焊接熱輸入影響，有效防止焊接變形；

在裝配風(fēng)道板架構(gòu)面時(shí)，通常先在風(fēng)道板構(gòu)架面上裝配沿船長方向的骨材、T型材，再裝配垂向T型肋板等，同時(shí)控制裝配垂直度、內(nèi)風(fēng)道板上的水平桁材安裝角度；經(jīng)檢查無誤后，由兩名焊工使用小電流焊機(jī)對稱施焊，并控制焊接參數(shù)和焊腳高度，減少焊接熱輸入影響。

2.6? ?組件合攏

組件合攏在專用平臺上進(jìn)行，在合攏前需劃出平臺中心線、軸系中心線、法蘭面板安裝內(nèi)口線、假隔壁安裝線，劃線偏差要求小于＜1 mm；在完成專用平臺工裝整體加工以及劃線標(biāo)識后，開始組件合攏。首先，將兩道鋼質(zhì)假隔壁吊裝上平臺，按照專用平臺上的劃線尺寸定位，檢查安裝位置和垂直度，并將假隔壁板下端與平臺面板點(diǎn)焊或間斷焊固定；然后把制作完成的前、后風(fēng)道板平放，要求構(gòu)架面朝下、按照劃線草圖在垂直壁板的光面上劃出內(nèi)、外風(fēng)道的邊緣輪廓線，劃線偏差要求＜1 mm；按照專用平臺上的劃線尺寸，分別將前、后風(fēng)道壁板部件吊裝上平臺，按照前、后壁板上的劃線進(jìn)行定位，再次檢查內(nèi)外風(fēng)道板的安裝尺寸，要求偏差＜1 mm；將內(nèi)、外風(fēng)道與前、后風(fēng)道間點(diǎn)焊固定，形成風(fēng)道框架結(jié)構(gòu)；最后，將外側(cè)風(fēng)道板分別上平臺合攏。

2.7? ?變形矯正

變形矯正采取火工矯正方法。在風(fēng)道平臺基座裝焊結(jié)束后，按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行整體火工矯正；風(fēng)道殼體合攏焊接結(jié)束后，也可按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行整體火工矯正，再進(jìn)行脫胎施工作業(yè)。

2.8? ?涂覆底漆

裝焊且矯正完成后，對風(fēng)道平臺基座、上部殼體組件分別進(jìn)行拋光打磨和清潔處理，除去氧化膜、油污等雜質(zhì)，在裝焊檢驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行底漆涂覆。

3? ? 裝焊工藝及要求

3.1? ?部件拼裝工藝

部件拼裝時(shí)，板材的坡口應(yīng)保證正確的形式和尺寸、表面無油污、銹蝕及毛刺等雜質(zhì)；各種板材、型材的對接焊時(shí)，可使用同材質(zhì)同厚度的引、熄弧板；焊接桁材、縱骨等構(gòu)件的對接焊時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行同材質(zhì)焊接工藝墊板的裝焊，完成裝焊后需進(jìn)行矯平處理，否則會影響板材的受力情況；在進(jìn)行對接縫、角焊縫焊接時(shí)，通常需要在焊縫兩側(cè)各約20～30 mm范圍內(nèi)打磨去除氧化膜、油污等雜質(zhì)，確保不影響焊接質(zhì)量；所有的部件應(yīng)按要求加放工藝余量及焊縮補(bǔ)償量。

部件的拼裝工藝要求，具體還包括：

1）對于較小的平面部件（平面尺寸≤1.5 m×3.3 m時(shí)），宜在無馬裝配平臺上采用可調(diào)式壓緊夾具進(jìn)行緊固裝焊；

2）對于較大的平面部件（平面尺寸＞1.5 m×3.3 m時(shí)），可在普通鐵平臺上采用長條形壓鐵在每檔骨架之間進(jìn)行壓載，控制波浪及凹凸變形；

3）焊接時(shí)嚴(yán)格控制焊接電流和焊腳大小，宜采用小線能量施焊，減小熱輸入對焊接件的影響，從而減小焊接變形；

4）根據(jù)焊接技術(shù)文件中規(guī)定的焊腳高度施焊，避免焊腳偏大，根據(jù)焊腳高度的不同合理選擇焊材直徑；

5）對于重要焊件，時(shí)刻監(jiān)控并測量焊接收縮量，并根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)采用有效的控制措施，控制焊接變形；

6）構(gòu)件裝焊結(jié)束后，對超過技術(shù)圖紙規(guī)定的焊接變形量應(yīng)進(jìn)行矯正。

3.2? ?平臺基座組件裝焊工藝

平臺基座組件，通常是在平面通用胎架或工裝平臺上進(jìn)行反造，單邊焊接成部件后翻身正態(tài)再拼框成平臺基座組件，如圖3所示；平臺基座面板，則在無馬裝配平臺上進(jìn)行對接裝焊，形成單邊整條上胎架（或?qū)Ｓ霉ぱb平臺上）貼胎。

在平面通用胎架上鋪板時(shí)，需檢查拉馬的緊固情況，然后通過收緊拉馬，檢查貼胎板與胎架的吻合度及光順度，如果貼胎板存在凹陷可將拉馬適當(dāng)放松調(diào)整。

在進(jìn)行平臺基座結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，設(shè)置收縮補(bǔ)償量的及劃線：橫向劃線時(shí)，每檔肋骨間距加放0.5 mm焊接收縮量；縱向結(jié)構(gòu)劃線時(shí)，每檔縱骨間距加放1.5 mm焊接收縮量；胎架上鋪板后劃出離心風(fēng)機(jī)中心線、縱橫向結(jié)構(gòu)位置線、四周外形輪廓線，對角線等。

此外，平臺基座結(jié)構(gòu)裝焊時(shí)可遵循對稱發(fā)散式焊接，尤其在加強(qiáng)肘板焊接時(shí)需采取分中退步跳焊法，以減小焊接應(yīng)力造成的翹曲變形。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷的焊縫，需用機(jī)械方法徹底清除，必要時(shí)可采用無損檢測方法進(jìn)行檢驗(yàn)，證實(shí)缺陷完全清除后重新焊接；平臺基座的補(bǔ)焊次數(shù)不應(yīng)超過2次，平臺基座裝焊的其他精度要求見表1所示。

3.3 上部殼體組件裝焊工藝

1）四周圍壁部件的裝焊

由于風(fēng)道上部殼體組件的四周圍壁均由平面圍壁部件組成，因此平面圍壁拼板后可上平面通用胎架進(jìn)行貼胎裝焊：平面圍壁部件上的T字形結(jié)構(gòu)在無馬裝配平臺上裝焊完成，經(jīng)矯正平直后再上胎裝焊，減少在胎的焊接工作量；平面圍壁部件鋪板時(shí)，檢查螺旋拉馬的緊固情況，通過收緊螺旋拉馬，檢查貼胎板與胎架的吻合度及光順度，若貼胎板存在凹陷允許將螺旋拉馬適當(dāng)放松調(diào)整，減少貼胎板的凹陷現(xiàn)象。

在進(jìn)行四周圍壁部件的組裝焊接時(shí)，需確保收縮補(bǔ)償量及劃線精度：橫向壁板每檔豎向骨材間距加放0.5 mm焊接收縮量；縱向壁板每檔豎向骨材間距加放1.5 mm焊接收縮量；在胎架上進(jìn)行鋪板后，劃出離心風(fēng)機(jī)中心線、縱橫向結(jié)構(gòu)位置線、四周外形輪廓線、對角線、距甲板面1 787 mm裝配線、距甲板面1 488 mm裝配線及距甲板面760 mm裝配線等；四周圍壁部件裝焊的其他精度要求，見表2所示。

2）曲面部件的裝焊

風(fēng)道上部殼體組件的四周圍壁內(nèi)部包含有曲面零件構(gòu)成的下半圓形離心式風(fēng)道曲面部件，其中一側(cè)為風(fēng)道口形狀，另一側(cè)為單向曲面，其在胎示意圖見圖5；為控制好線型及減小焊接變形，通常把曲面板件進(jìn)行冷加工后上專用曲面胎架進(jìn)行貼胎裝焊。

曲面部件的焊接收縮補(bǔ)償量及劃線的位置應(yīng)嚴(yán)格控制：當(dāng)曲面板上胎劃線時(shí)，理論線均位于其內(nèi)表面一側(cè)；橫向每檔骨材間加放1.5 mm焊接收縮量；劃線時(shí)，根據(jù)上下端口的余量情況，確保曲面部件的幾何尺寸滿足精度要求。

在胎架上鋪板后，劃出胎架中心線、縱向中心線、縱橫向結(jié)構(gòu)位置線、四周外形輪廓線、對角線等。劃線時(shí)，考慮R=30 mm密集圓孔與橫向結(jié)構(gòu)的間距值，避免結(jié)構(gòu)與孔交匯；在深V型小半徑彎曲的區(qū)域劃線時(shí)，確保劃線的光順度。

曲面部件裝焊公差要求，見表3所示；四周圍壁與曲面部件組裝后精度公差要求，見表4所示。

3.4? ?蝸型曲面風(fēng)道組裝工藝

在上部殼體組件的部件裝焊工藝完成及檢驗(yàn)合格后，對四周圍壁與曲面部件進(jìn)行組裝：采用角鋼作為支撐蠟燭頭，槽鋼作為平臺面，按照數(shù)放提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行假定平臺工作面的裝焊制作；根據(jù)定位線將曲面部件進(jìn)行吊裝定位，并做好固定和支撐加強(qiáng)，如圖6所示；然后吊裝前后橫向圍壁部件，并做好裝配定位與確保風(fēng)機(jī)基座水平橫梁的高度，如圖7所示；吊裝縱向側(cè)壁部件并做好裝配定位；最后，完成主要裝配接頭、安裝肘板、支撐柱等焊接工序后，再脫離假定平臺工作面。

平臺基座組件經(jīng)結(jié)構(gòu)臨時(shí)加強(qiáng)后，根據(jù)離心風(fēng)機(jī)軸中心線與肋骨檢驗(yàn)線確定定位基準(zhǔn)，再吊裝至甲板面，通過定位焊與對稱發(fā)散式焊接工藝，完成平臺基座組件的安裝；上部殼體組件經(jīng)結(jié)構(gòu)臨時(shí)加強(qiáng)后，確定與平臺基座組件安裝的定位基準(zhǔn)，通過定位焊與對稱發(fā)散式焊接工藝，完成與平臺基座組件的組裝，焊接方向及順序如圖8所示；蝸型曲面風(fēng)道組裝工藝的精度公差要求，見表5所示。

4? ? 結(jié)束語

通過對特種鋁合金船離心風(fēng)機(jī)蝸型曲面風(fēng)道裝焊制作工藝的研究，掌握了其工藝特性和操作技巧，實(shí)現(xiàn)了裝焊工藝的精細(xì)化、合理化、優(yōu)良化；針對其他鋁制船離心風(fēng)機(jī)蝸型曲面風(fēng)道制作及安裝過程，提供了有效的工藝措施及保證，有利于確保離心風(fēng)機(jī)蝸型曲面風(fēng)道制作及安裝精度質(zhì)量，對離心風(fēng)機(jī)蝸型曲面風(fēng)道裝焊制作工藝的發(fā)展，提供了一定的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

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