中底分段精度控制技術(shù)研究

宋晶晶

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 興城 125105）

隨著現(xiàn)代船舶制造業(yè)的迅猛發(fā)展，采用科學(xué)化、現(xiàn)代化的管理技術(shù)，控制船舶制造精度和質(zhì)量已成為造船企業(yè)管理的一個重要組成部分。通過控制船舶建造各階段的準(zhǔn)確性，根據(jù)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等，對整個過程的規(guī)模進(jìn)行精度分析和控制。運(yùn)用先進(jìn)的管理方法和先進(jìn)的工藝手段，起到減少修改和返工量，從而縮短造船周期、減少成本，提高生產(chǎn)效率，并且起到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。這種管理技術(shù)我們稱之為船舶精度管理技術(shù)。將精確控制引入造船業(yè)對于造船業(yè)具有劃時代的意義[1]。

造船精確管理已在發(fā)達(dá)國家的造船業(yè)得到了充分實(shí)施。然而，在中國的造船企業(yè)，精度控制技術(shù)運(yùn)用于造船的程度還不太高，要全面實(shí)現(xiàn)造船精度管理還有很遠(yuǎn)的一段路要走。隨著“殼、舾、涂”一體化造船模式的提出，將精度控制應(yīng)用于造船顯得越來越重要[2]。

本文主要研究內(nèi)容為基于船舶建造流程，通過運(yùn)用相應(yīng)的精度控制技術(shù)，結(jié)合激光經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等儀器設(shè)備和分析軟件，研究中底分段施工過程各階段的精度控制方法，以提高生產(chǎn)效率，向數(shù)字化造船邁進(jìn)。

該中底分段的主要結(jié)構(gòu)件有內(nèi)外船底板、實(shí)肋板、中底桁、旁底桁、內(nèi)外底縱骨。其精度控制流程為：材料加工階段的精度控制（鋼材材料檢查，切削精度檢查，板材精度加工，型材精度加工）、拼板劃線階段精度作業(yè)、小組立精度作業(yè)、中組精度作業(yè)和分段精度作業(yè)[3]。

一、材料加工階段精度作業(yè)

（一）鋼材材質(zhì)檢查

1．核查鋼板和型鋼質(zhì)量證書

檢查材料的規(guī)格數(shù)量以及爐號是否與實(shí)際相同；材料證書應(yīng)具有船級社的書面證明[4]，船級社的分類和驗(yàn)船師的簽字；根據(jù)所用鋼板材質(zhì)的質(zhì)量等級，檢驗(yàn)其化學(xué)成分以及力學(xué)性能參數(shù)和船級社規(guī)范所規(guī)定的是否滿足要求。

2．鋼板和型鋼的外觀質(zhì)量檢驗(yàn)

產(chǎn)品標(biāo)記檢查——在目視檢查產(chǎn)品的外觀質(zhì)量之前，應(yīng)首先檢查鋼板和型鋼上標(biāo)記的完整性。這些標(biāo)記包括鋼材的等級標(biāo)記、鋼材的爐罐號、鋼材的生產(chǎn)廠家和船級社檢驗(yàn)合格標(biāo)記。

表面缺陷的檢查——鋼板和型材表面不允許有氣泡、結(jié)皮、裂縫、夾雜物、壓制氧化鐵板和分層等缺陷，但允許表面缺陷不影響質(zhì)量，如薄層氧化、生銹，非明顯粗糙紋理劃痕等局部缺陷。對部分缺陷可以用打磨的方法消除。打磨校準(zhǔn)后其厚度不得小于鋼材原來厚度的93%；減薄量不應(yīng)超過3 mm，研磨后表面應(yīng)光滑平整。在驗(yàn)船師同意的情況下，可以通過鏟除或打磨來修整無法修復(fù)的缺陷。用焊接的方法修正后，必要時通過無損檢測對修復(fù)焊接區(qū)域進(jìn)行檢查。

（二）鋼板厚度和平面度檢查

鋼材厚度檢查——厚度小于15 mm的鋼板允許鋼板的厚度偏差為0.4mm；厚度為15～45mm，允許厚度偏差為0.1+0.2 t（其中t為板厚）；大于45 mm的鋼板，它允許厚度偏差為1.0 mm，但現(xiàn)在國際上普遍認(rèn)為最大厚度負(fù)偏差為0.3mm。

鋼板平面度檢查——對于厚度小于4 mm的鋼板，平面度允許偏差為12 mm/m；對于厚度為4～15 mm的鋼板，平面度允許10 mm/m；對于厚度大于15mm的鋼板，其偏差為5mm/m。

（三）切割精度檢查

切割機(jī)每日切割前首先對試板進(jìn)行切割，精度員確認(rèn)合格后才能正常切割使用。每日切割前需要在原材料上進(jìn)行100 M.K標(biāo)記線檢查，標(biāo)記線尺寸在8000mm×2000mm以上。貼標(biāo)靶，使用全站儀對于切割機(jī)軌道直線度和平面度等進(jìn)行檢查，直線度0.2mm，平面度為1mm。

（四）加工船底部和內(nèi)底的控制精度

船底板、內(nèi)底板經(jīng)水火彎板等工序加工完成后，長度、寬度允許極限為上下3mm，橫向彎曲量和縱向彎曲量精度均在上下5 mm，垂直和水平基線精度控制在3mm以內(nèi)。

（五）內(nèi)部材加工精度作業(yè)

1．肋板

肋板的檢驗(yàn)內(nèi)容有長度、寬度、對角線精度控制在上下2 mm，坡口角度精度范圍為2°，標(biāo)記長度和寬度誤差在1.5mm，直線度精度為2mm。

2．底縱桁

底縱桁長寬度、對角線精度控制在上下2 mm，坡口角度精度范圍為2°，標(biāo)記長度和寬度誤差在1.5 mm，直線度精度為2 mm，開孔間累積距離允許界限為1mm。

3．縱骨

縱骨加工精度檢驗(yàn)內(nèi)容有：長度精度范圍為-2到1 mm，Web面直角度精度范圍為-2～1 mm，角度精度范圍為2°，控制標(biāo)記線允許極限為±1.5，理論線允許極限為±1.5[5]。

二、分段建造精度作業(yè)

（一）基準(zhǔn)線

在船舶建造期間，對零件、部件或分段，采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)邊來進(jìn)行劃線。用于指導(dǎo)正確的裝配和數(shù)據(jù)測量，作為現(xiàn)場操作指導(dǎo)和精度管理的基準(zhǔn)，為確保制造良好的船體結(jié)構(gòu)而設(shè)置的參考線稱為基準(zhǔn)線[6]。

在船舶建造中建立基準(zhǔn)線的目的是建立一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來控制船舶的尺寸，裝配的時候以線對線進(jìn)行施工確立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

船體施工基準(zhǔn)線主要有基準(zhǔn)線和輔助基準(zhǔn)線兩種?；鶞?zhǔn)線是船舶建造過程中的標(biāo)準(zhǔn)參考線；輔助基準(zhǔn)線以基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，加工復(fù)雜構(gòu)件時設(shè)置的輔助參考線。

為了在整個船舶建造過程中形成統(tǒng)一的基線標(biāo)準(zhǔn)，并便于小組的建設(shè)，總組和內(nèi)部施工設(shè)置150M.K基準(zhǔn)線。然而，在實(shí)際工作中，由于坡口間隙的存在，往往需要將150mm或100 mm減去相應(yīng)的坡口間隙值，作為150M.K基準(zhǔn)線來進(jìn)行施工。

本中底分段以中線和尾部為基準(zhǔn)施工。

（二）基準(zhǔn)線施工過程

按照船舶建造過程，基準(zhǔn)線施工流程主要包括切割、小組、中組、船板焊接、主板M.K標(biāo)記、縱骨排列、大組、P.E（總組）以及搭載作業(yè)。

1．切割

切割作業(yè)前，需進(jìn)行主板和內(nèi)部構(gòu)件基準(zhǔn)線標(biāo)識，作為加工和后續(xù)裝配的基準(zhǔn)（如圖1所示）。

圖1 主板和內(nèi)部構(gòu)件基準(zhǔn)線標(biāo)識

2．小組和中組

在進(jìn)行小組和中組，應(yīng)保證基面板和加強(qiáng)筋基準(zhǔn)線一致（如圖2所示）。

圖2 小組和中組基準(zhǔn)線施工

3．板材焊接

船板焊接作業(yè)時要保證主板基準(zhǔn)線的一致（如圖3所示）。

圖3 船板焊接基準(zhǔn)線施工

4．主板M.K標(biāo)記與縱骨排列

主板M.K標(biāo)記需要在絕對基準(zhǔn)線上進(jìn)行標(biāo)識，在進(jìn)行縱骨排列時要保證主板上縱骨基準(zhǔn)一致（如圖4所示）。

圖4 主板M.K標(biāo)記與縱骨排列基準(zhǔn)線施工

5．大組

大組前首先要保證小組和中組裝配定位準(zhǔn)確，在大組過程中保持基準(zhǔn)線的一致（如圖5所示）。

圖5 主板施工

6．P.E（總組）及搭載作業(yè)

P.E（總組）及搭載作業(yè)時主要考慮各構(gòu)件的搭載的補(bǔ)償值是否一致，以搭載基準(zhǔn)線進(jìn)行搭載[7]（如圖6所示）。

圖6 150M.K基準(zhǔn)線施工

（三）劃線

劃線可對切割不合格的直角、曲線加工引起的變形、板和板焊接時引起的焊接變形和分段組裝時的不合格的問題等進(jìn)行有效的修正。

主板對接，以基準(zhǔn)邊對齊為基準(zhǔn)進(jìn)行施工?；鶞?zhǔn)邊150M.K作點(diǎn)，任意長度作另一點(diǎn)基準(zhǔn)施工（如圖7所示）。基準(zhǔn)邊150M.K作點(diǎn)，任意長度作另一點(diǎn)基準(zhǔn)施工。作基準(zhǔn)邊基準(zhǔn)線，利用勾股定理作點(diǎn)連接施工（如圖8所示）。

圖7 基準(zhǔn)邊施工

圖8 基準(zhǔn)邊基準(zhǔn)線施工

確認(rèn)主板的正規(guī)，偏差過大（±3 mm以上）時基準(zhǔn)線施工（如圖9所示）。

圖9 偏差過大時基準(zhǔn)線施工

以基準(zhǔn)線為起點(diǎn)在長度方向畫點(diǎn)進(jìn)行水平位移調(diào)整（如圖10所示）。

圖10 以基準(zhǔn)線進(jìn)行水平位移調(diào)整

肋位線連接劃線如圖11所示，寬度方向內(nèi)部點(diǎn)施工如圖11所示。

圖11 肋位線連接劃線FR-肋位

縱骨線連接劃線，如圖12所示。

圖12 縱骨線連接劃線

理論線及零件號標(biāo)記（特殊情況焊高標(biāo)記）如圖13所示。

圖13 理論線及零件號標(biāo)記

（四）小組件精度作業(yè)

平面小組件加強(qiáng)筋，縱骨等的裝配需要從裝配作業(yè)、端差作業(yè)、角度作業(yè)三方面進(jìn)行精度控制。下面以縱骨裝配為例類說明：

裝配作業(yè)：構(gòu)件移動到構(gòu)件線的位置，避免間隙的發(fā)生，特別是合攏兩端口和肋位位置要準(zhǔn)確的對位。

端差作業(yè)：主板和構(gòu)件的組立基準(zhǔn)線對位一致后，調(diào)整端差（如圖14所示）。國內(nèi)船廠骨材的裝配，一般是在骨材兩端焊接斜撐作為定位，帶復(fù)驗(yàn)垂直并焊接后拆除斜撐，由于有斜撐的存在，骨材變形受到限制，拆除骨材除了要花時間拆、打磨外，還會破壞原有垂直狀態(tài)。

圖14 端差

角度作業(yè)：使用直角尺等工具調(diào)整角度，特別是合攏兩端口和肋位等位置要準(zhǔn)確的對位（如圖15所示）。

圖15 角度作業(yè)

肋板小組件裝配精度見圖16和表1。

圖16 肋板精度控制基準(zhǔn)

表1 肋板裝配精度

（五）中底分段的精度作業(yè)

中底分段的精度作業(yè)如圖17所示。

圖17 平直中組件的精度作業(yè)

裝配作業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注小組及中組搭載時對位構(gòu)件線，特別是分段端部和構(gòu)件位置需要準(zhǔn)確對位?？v向構(gòu)件要和主板及內(nèi)部件的組立基準(zhǔn)線對位一致；橫向及高度方向則以無余量端為基準(zhǔn)對位。主板件以無余量的組立基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，利用線錘控制端差，主要構(gòu)件的水平一定要確認(rèn)后方可進(jìn)行裝配作業(yè)，同時在最大限度上注意避免分段的扭曲發(fā)生。

（六）分段裝配階段精度作業(yè)

中底分段看似方方正正，施工難度也不大，但其精度尺寸的優(yōu)劣將會直接影響到后續(xù)分段的精度控制。對中底分段的精度管理主要內(nèi)容有內(nèi)外底板的長度、寬度、高度、水平度、平行度、端部差異、邊緣平直度、中間構(gòu)件的相對位置、角度等。水平度對于具有橫向艙壁的區(qū)域尤為重要[8]。

1．控制關(guān)鍵點(diǎn)

控制關(guān)鍵點(diǎn)如圖18所示。

2．中底分段精度作業(yè)的內(nèi)容

作業(yè)前需準(zhǔn)備分段裝配圖，了解中底分段的組成。測量中底分段的主尺度，并將其與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以計(jì)算誤差。測量中底分段的垂直度，檢查組件的厚度朝向、裝配方向。測量中底分段的平面度和端部差異，并檢查其是否在允許的誤差范圍內(nèi)。中底分段若有變形，及時進(jìn)行修正。

3．中底分段的作業(yè)精度管理[9]

（1）作業(yè)順序

先檢查水平度，然后檢查主板錯位情況，再檢查垂直度，最后完成其他作業(yè)。

圖18 控制關(guān)鍵點(diǎn)

（2）檢查水平

需要對肋板、縱桁等主要構(gòu)件進(jìn)行水平檢查后方可進(jìn)行裝配作業(yè)。

（3）主板件端差

以有組立基準(zhǔn)線的一端為基準(zhǔn)，調(diào)零、吊線錘后進(jìn)行作業(yè)，不允許為了調(diào)整錯位，而將基準(zhǔn)向前后、左右、上下等方向進(jìn)行調(diào)整。

（4）垂直度

通過吊線錘，檢查垂直度。

（5）扭曲度

分段必須調(diào)水平后才能進(jìn)行焊接作業(yè)。

4．中底分段的精度管理標(biāo)準(zhǔn)

中底分段的精度管理標(biāo)準(zhǔn)[10]如圖19和表2。

圖19 中底分段的精度管理要點(diǎn)

表2 中底分段的精度

總之，分段造船模式是國內(nèi)外船舶建造的主模式，船舶分段劃分的數(shù)目是很多的，不管是何種類型的分段，基本上都要經(jīng)過零件加工、板材拼接、劃線、小組件裝配、中組和分段裝配等幾個階段。由于前序生產(chǎn)環(huán)節(jié)是后續(xù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，前一流程生產(chǎn)精度沒有達(dá)到要求，后續(xù)裝配前就要對其進(jìn)行修改，這樣往往會造成工時和材料的浪費(fèi)，而且占用了場地和設(shè)備。因此做好各個階段的精度控制是現(xiàn)代船舶建造的一個非常重要的環(huán)節(jié)。