3 000 m3自航開體泥駁大型鑄鋼鉸鏈眼板裝配工藝

伍 駿

(中交廣州航道局有限公司， 廣東 廣州 510220)

0 引 言

3 000 m3自航開體泥駁“航駁3001”是國內(nèi)自行設(shè)計的艙容達到3 000 m3、載泥量為4 800 t、航速超過12 kn的自航開體泥駁，主要用于配合各式挖泥船裝駁、裝運和采挖各種疏浚物，如沙、淤泥、黏土、巨塊黏土、礫石、圓石等。本船的主要結(jié)構(gòu)由左右2個片體組成，2片船體結(jié)構(gòu)分別建造，然后每個片體單獨大合龍，泥艙前后各設(shè)置1套開體液壓油缸，其通過鉸鏈將2個片體拉合組成完整的船舶。在卸泥時，前后2個油缸伸出，以40 t重的主甲板鉸鏈為支點，將2個獨立片體打開40°，平穩(wěn)、快速、干凈地將泥艙中的各種疏浚物直接卸載到海底。本文介紹對開體泥駁特有的大型鑄鋼鉸鏈的焊接及裝配工藝。

1 大型鑄鋼鉸鏈眼板焊接工藝

開體泥駁依靠前后主甲板鉸鏈作為支點進行開體轉(zhuǎn)動，開體動作則由安裝在左右片體鉸鏈上的開體油缸實現(xiàn)。主甲板鉸鏈和開體油缸鉸鏈都是本船重要的鑄鋼件，其性能參數(shù)和焊接質(zhì)量直接影響到船舶的施工和結(jié)構(gòu)安全。

1.1 鑄鋼鉸鏈性能參數(shù)

為保證甲板鉸鏈和開體油缸鉸鏈眼板的強度，其化學成分和機械性能參照國外類似船型確定，國內(nèi)并沒有標準牌號的產(chǎn)品，鉸鏈的材質(zhì)為低合金鋼。其中V型缺口沖擊功在-40 ℃時需達到27 J的技術(shù)指標，這個要求很高，國內(nèi)僅有2個鑄件廠各做過1個船型,質(zhì)量都不十分穩(wěn)定。經(jīng)過篩選最終選擇無錫鑄造廠，并在技術(shù)規(guī)格書中詳細規(guī)定鑄件的化學成分、機械性能、允許尺寸偏差的標準、產(chǎn)生缺陷后允許修復的范圍和檢驗標準。外觀質(zhì)量經(jīng)目測沒有超過3 mm的缺肉、夾砂、夾渣等缺陷，并進行著色檢查，不允許出現(xiàn)裂紋。內(nèi)部質(zhì)量進行超聲波無損探傷，合格等級為3級[1-2]。鑄鋼鉸鏈的化學質(zhì)量分數(shù)如表1所示，鋼鑄鉸鏈的力學性能如表2所示。

表1 鑄鋼鉸鏈的化學質(zhì)量分數(shù) %

表2 鑄鋼鉸鏈的力學性能

1.2 鉸鏈眼板拼裝焊接

由于2套鉸鏈眼板都是材質(zhì)比較特殊的鑄鋼件，為避免因船上作業(yè)空間制約和天氣因素導致鑄鋼件與船體結(jié)構(gòu)焊接時產(chǎn)生裂紋，在工藝上采取鑄鋼件在車間拼接部分結(jié)構(gòu)組件，形成整體后再吊運至現(xiàn)場與分段上的船體結(jié)構(gòu)進行對焊，減少現(xiàn)場焊接難度并保證了焊接質(zhì)量。

1.2.1 鉸鏈眼板拼裝工藝流程

鉸鏈眼板主要尺寸測量→鉸鏈眼板與延伸板、肘板車間拼裝→焊接及退火(保溫控制降溫法)→打磨→探傷→檢驗及校正，如圖1、圖2所示。拼裝鉸鏈耳板單元時，應以鉸鏈單元中心線(廠家到貨時已劃出)為測量基準，保證拼板與眼板水平度和垂直度偏差不大于2 mm。

圖1 開體油缸鉸鏈眼板拼裝組合部件

1.2.2 車間拼裝焊接方式

選用熔敷效率比較高的CO2氣體保護半自動焊方法，焊前須預熱到200 ℃左右。第1遍焊接時，采用分段跳焊法，將整個鉸鏈座完全固定。第2遍焊接時，電流不變，選用先立后平的方式從中心向四周對稱焊接。焊接時應對鉸鏈座附近焊縫區(qū)200 mm范圍采用電加熱墊(220 ℃)進行預熱，預熱溫度為170～220 ℃，焊接中鑄鋼件應保證在170～200 ℃狀態(tài)下，層間溫度不大于250 ℃，防止焊縫過熱。所有對接焊縫為保證完全焊透，均應進行二次清根，且焊后進行100%UT檢查[1-2]。

焊接完畢采用保溫控制降溫法控制焊縫及工件的降溫速度，從而達到減少焊接應力的退火效果[3]，降溫控制曲線圖如圖3所示。

圖2 主甲板鉸鏈眼板拼裝組合部件

圖3 鉸鏈焊縫降溫控制曲線

完全降至常溫后，須進行打磨和無損探傷，然后檢驗鉸鏈眼板與眼板組件基準線的偏差，偏差應以不影響鉸鏈眼板組件與船體主結(jié)構(gòu)的正常對接安裝為宜，必要時進行校正，并保存檢驗記錄供船體修割時參考。

1.3 安裝特點

鉸鏈眼板與延伸腹板、肘板在部件裝配車間拼裝及焊接成組件，形成鉸鏈座單元。在現(xiàn)場只需完成拼板與船體結(jié)構(gòu)的焊接，有效避免由于現(xiàn)場封閉或半封閉艙室作業(yè)空間限制和天氣因素的影響而使焊接操作無法順利進行，在保證焊接質(zhì)量的同時也降低了勞動強度。

2 開體油缸鉸鏈裝配工藝

開體泥駁的主船體從船中處分成左右獨立的2個片體,2個開體油缸通過焊接在2個片體上的油缸鉸鏈將2個片體拉合組成主船體結(jié)構(gòu)，2對共4個開體油缸鉸鏈眼板分別安裝在泥艙前后密閉的油缸艙內(nèi)。在船臺進行結(jié)構(gòu)中組時，前后油缸艙由于空間狹窄無法進行鏜孔，因此油缸艙內(nèi)的左右相對的2個鉸鏈眼板組件都在與中心孔的中心線相距8.7 m位置(根據(jù)開體油缸長度和合龍工藝考慮設(shè)定)處用拉線法輔助在船體上進行無余量裝配焊接。焊接完成后，前后油缸艙分段再與各自相連的分段進行合龍，開體油缸連接到油缸鉸鏈上后，左右2個片體總段將借助開體油缸進行拉合，如圖4所示。

圖4 開體油缸鉸鏈眼板在船上的安裝位置

2.1 鉸鏈眼板拼裝工藝流程

2.1.1 安裝前的準備及狀態(tài)確認

油缸鉸鏈眼板組件在分段裝焊前，要確保對應分段的主結(jié)構(gòu)焊接、校正、密性試驗已完成，左右分段橫向相距2 000 mm、平齊(對應肋位對齊、船底對齊)、水平、穩(wěn)定地放置在墩臺(平臺地面應作好基準線，分段上應有檢驗線標志)[4]上。

2.1.2 定位流程

前后油缸鉸鏈所在分段拉線→修割和打磨相應的船體結(jié)構(gòu)→鉸鏈眼板安裝組件吊裝就位→二次拉線→調(diào)整修割及定位→焊接→三次拉線→檢驗及校正→報檢。

2.2 油缸鉸鏈現(xiàn)場拉線定位

(1) 用吊鉛錘法復核鉸鏈所在左右2個分段位置，作出它們的對稱中心線和肋位線，用三角法確認是否相互垂直[5]，油缸鉸鏈座單元吊上分段時，應以鉸鏈中心所在肋位線為基準校正，保證平臺板、縱壁板與鉸鏈座的垂直度偏差不大于3 mm，如圖5所示。

圖5 用吊鉛錘法作出鉸鏈在分段上的對稱中心線和肋位線

(2) 在油缸鉸鏈座單元吊裝上去后，橫跨左、右2個分段，在其上空利用吊鉛錘法和水平管測量法(至少3點)，拉出其所在肋位的平行線(即所在肋位-300 mm，拉線架固定在地面上)；接著用吊鉛錘法將這幾根肋位平行線投影到分段的上表面，并拉出距船體基線高2 600 mm的肋位平行線(拉線架固定在分段上，須常校對是否與其上方的線對應)。此線將用于校裝和檢驗左右分段鉸鏈眼板的平齊精度,并在燒焊時進行監(jiān)控[4]，如圖6所示。

圖6 拉出鉸鏈所在肋位的平行線并投影到分段上表面

(3) 利用吊鉛錘法和水平管測量方法(至少3點)拉出距船體基線高2 600 mm的左右分段的對稱中心線(拉線架固定在地面上)；接著通過直接拉尺和水平管測量拉出距對稱中心線±4 370 mm(左右分段中間工作空間為2 000 mm時)、距船體基線高2 600 mm的鉸鏈軸線(拉線架固定在分段前后壁上，須常校對其是否與對稱中心線對應)。此線將用于校裝和檢驗左右分段鉸鏈眼板的焊接收縮變形情況，并在燒焊時進行監(jiān)控[4]，如圖7所示。

圖7 拉出鉸鏈中心軸線及左右分段對稱中心線

(4) 開體油缸的兩頭通過軸和進口SKF關(guān)節(jié)軸承總成與油缸鉸鏈耳板相連，關(guān)節(jié)軸承偏轉(zhuǎn)角度為±3°。但2個鉸鏈耳板中心距在泥駁開體時最大距離約為10 m，由于絞鏈耳板的燒焊和船體建造會存在誤差，當開體油缸工作時，若其中1個軸承角度稍大，另外1個軸承角度就會超差，會對軸承造成損壞。因此,要求安裝好油缸后的最終狀態(tài)為軸承的偏轉(zhuǎn)角度不能大于1°，即眼板內(nèi)孔軸線與2個鉸鏈中心連線垂直角度偏差不大于1°，除對軸承偏轉(zhuǎn)角度有要求外，軸承組件中防海水V型密封與軸套間的壓縮量不能超過4 mm。綜合這些因素，整個拉線法控制鉸鏈耳板燒焊精度須在2 mm以內(nèi)。開體油缸軸承裝配圖如圖8所示。

圖8 開體油缸軸承裝配圖

3 主甲板鉸鏈定位及鏜孔工藝

開體泥駁依靠前后主甲板鉸鏈作為泥駁2個片體打開的支點，鉸鏈在車間與結(jié)構(gòu)拼接后需在2個片體拉合前與船體焊接，在2個片體拉合并校準船底鎖位置且上建及大型設(shè)備上船后，進行現(xiàn)場鏜孔，保證前后主甲板鉸鏈的中心線同軸。開體狀態(tài)如圖9所示。

圖9 開體油缸鉸鏈作支點進行的開體

3.1 安裝前的準備及狀態(tài)確認

甲板鉸鏈眼板組件在總段上的裝焊須在2個獨立片體的前后主甲板鉸鏈所在分段與泥艙總段合龍后，且主結(jié)構(gòu)焊接、校正、密性試驗已完成; 左右片體橫向距離為2 000 mm,平齊(對應肋位對齊、船底對齊)、水平、穩(wěn)定地放置在墩臺上，地面應作好基準線，分段上應有檢驗線標志，如圖10所示。

圖10 主甲板鉸鏈在船上的安裝位置

3.2 定位流程

對鉸鏈耳板定位的位置進行拉線→修割和打磨相應的船體結(jié)構(gòu)→鉸鏈眼板安裝組件吊裝就位→二次拉線→調(diào)整及定位→安裝臨時聯(lián)接橋和假軸→焊接。

通過連接橋和假軸工裝控制鉸鏈耳板的焊接變形，并使2個耳板同步燒焊，使焊后的變形誤差控制在2 mm以內(nèi)，2個片體拉合后中心孔總誤差控制在5 mm以內(nèi)，為現(xiàn)場鏜孔創(chuàng)造了有利條件。連接橋工裝如圖11所示。

圖11 連接橋工裝簡圖

3.3 主甲板鉸鏈組件現(xiàn)場鏜孔

3.3.1 工藝流程

鉸鏈組件焊接完畢→三次拉線→檢驗及校正→2個片體各自總段大合龍→開體油缸吊裝→船體左右半體船臺拉合并校準船底鎖→吊裝上建及大型設(shè)備進艙→架設(shè)激光校中儀→劃加工線和檢驗線→鏜孔→檢驗。

3.3.2 現(xiàn)場鏜孔控制

甲板鉸鏈眼板組件在船臺現(xiàn)場鏜孔前，除吊裝上建及大型設(shè)備進艙外，還須確認拉合后的兩片體主船體結(jié)構(gòu)焊接、校正、密性試驗已完成。

(1) 由于前后主甲板鉸鏈相距約50 m，如采用常規(guī)的拉線法，由于距離過長，鋼絲的自重下垂而導致?lián)隙冗^大，影響前后主甲板鉸鏈的中心線同軸度，而且由于主甲板鉸鏈位于泥艙的前后壁，拉線時須在泥艙搭大量的腳手架通道，耗費太多的人力資源并影響安全，因此采用激光全站式定位儀輔助校中，找出前后主甲板鉸鏈的鏜孔加工基準。

(2) 泥駁2個片體的打開是以艏艉主甲板鉸鏈為支點的，因此2個鉸鏈的同軸度偏差控制非常重要，必須以艉主甲板鉸鏈為基準(因為船是艉傾的)來找出艏部主甲板鉸鏈的加工基準線。在激光校中儀的輔助下，同軸度偏差控制在1 mm以內(nèi)，并據(jù)此畫出鏜孔的加工線和檢驗線。

(3) 船體結(jié)構(gòu)的復雜性及現(xiàn)場施工環(huán)境晝夜溫差較大會影響校中及鏜孔的精確性，因此整個校中工作及鏜孔工作都在傍晚至清晨進行，并在鏜孔期間停止船上任何振動性的作業(yè)和打磨作業(yè)。

(4) 甲板鉸鏈眼板的內(nèi)孔預留16 mm的余量用于現(xiàn)場鏜孔，鏜孔分為粗鏜和精鏜，粗鏜后重新校正鏜桿并調(diào)整進刀量進行精鏜，先鏜左舷鉸鏈眼板軸承內(nèi)孔，再鏜右舷鉸鏈眼板襯套和端蓋內(nèi)孔，最后再刮平鉸鏈耳板的前后端面，孔與端面的垂直度偏差不超過0.1 mm[6]。

(5) 由于鉸鏈眼板需要安裝軸承組件，表面粗糙度須達到3.2，因此精鏜結(jié)束前內(nèi)孔須預留約0.6 mm的余量進行拋光修正，眼板內(nèi)孔圓度公差不超過0.04 mm[6],以使表面粗糙度和尺寸公差達到關(guān)節(jié)軸承組件的安裝要求。

4 結(jié) 語

國內(nèi)目前自行設(shè)計建造的泥駁主要以泥門式的開底泥駁為主，而以2個獨立片體式開合作業(yè)的開體泥駁的建造難度高于前者，作為2個片體連接基礎(chǔ)的鑄鋼鉸鏈的鑄造質(zhì)量和其在船上的精確裝配是此船能否順利如期建造的主要條件之一，通過施工前認真的工藝準備以及過程中的嚴格控制，鉸鏈在船上的裝配公差均能達到文中所提及的2 mm以內(nèi)，在泥駁做開合試驗時，2個片體的開合非常平緩，無額外的不正常聲響，由此可確認在此工藝指導下的鉸鏈裝配是成功的，也能為日后其他同類型的開體泥駁鑄鋼鉸鏈的裝配提供參考。