液罐鞍座分段預(yù)裝精度控制措施

周 亮

（南京金陵船廠有限公司，江蘇 南京210000）

0 引言

某型乙烯船是南京金陵船廠為國(guó)內(nèi)船東首次承建的高附加值產(chǎn)品，這也是南京金陵船廠繼散貨、集裝箱、滾裝后第三次技術(shù)轉(zhuǎn)型，該船對(duì)于船廠從技術(shù)、生產(chǎn)組織來(lái)說(shuō)，還是比較先進(jìn)的，該乙烯船液罐型式為國(guó)內(nèi)不多的雙耳C 型罐，另外該液罐最主要的下方鞍座安裝精度是公司控制的重中之重，鞍座安裝的精度也決定了該船建造的成敗，因此該船將是公司在精度建造方面的一個(gè)考驗(yàn)，也是公司建造能力的一個(gè)全面考驗(yàn)。

該船液罐鞍座具有大直徑、長(zhǎng)跨度的特點(diǎn)，在整個(gè)建造過(guò)程中，液罐鞍座的安裝精度控制尤為重要，對(duì)于船體建造而言，支撐球罐的液罐鞍座的精度控制無(wú)疑是公司建造史上精度控制方面的首創(chuàng)，也是對(duì)公司船舶建造能力的一個(gè)全面考驗(yàn)。為了保證鞍座精度，引入焊接變形工藝仿真計(jì)算，對(duì)分段建造過(guò)程進(jìn)行仿真分析，不僅有利于降低焊接變形風(fēng)險(xiǎn)，也有利于南京金陵船廠分段精度更進(jìn)一步的提高。本文擬通過(guò)有限元分析來(lái)預(yù)測(cè)鞍座的焊接變形，從而提高船體結(jié)構(gòu)的建造精度，推進(jìn)全工藝過(guò)程的無(wú)余量制造。

1 液罐鞍座形式主要參數(shù)

本船設(shè)有2 個(gè)液罐，分別布置在1、2 號(hào)貨艙內(nèi)底上方的鞍座區(qū)域，液罐型式為C 型雙耳罐，該液罐受主體空間影響，液罐長(zhǎng)度及外型均有不同。每個(gè)液罐坐落在相應(yīng)的雙層底鞍座上，每個(gè)液罐下方各設(shè)有1 個(gè)固定鞍座和1 個(gè)活動(dòng)鞍座，該鞍座分別布置在船體內(nèi)底上，與船體內(nèi)底板結(jié)構(gòu)形成強(qiáng)力結(jié)構(gòu)，承受液罐重量。

2 液罐區(qū)域的鞍座精度要求

2.1 液罐廠家精度要求

液罐吊裝誤差≤30 mm，罐體下方2 個(gè)鞍座間距誤差±10 mm，2 個(gè)鞍座水平度±10 mm，罐體外形弧度誤差≤10 mm，單個(gè)鞍座誤差±5 mm，液罐直徑誤差±10 mm。

2.2 鞍座精度標(biāo)準(zhǔn)

船廠技術(shù)人員根據(jù)液罐區(qū)域結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合廠家標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化相關(guān)精度要求，針對(duì)鞍座精度，增加了相關(guān)控制點(diǎn)及公差要求：

1）雙層底的船寬偏正值，船寬在0 ～ +10 mm；

2）液罐鞍座因精度要求較高，因此單個(gè)鞍座面板加工時(shí)弧度≤2 mm，組裝后鞍座整體面板弧度≤5 mm；

3）鞍座面板組立對(duì)接時(shí)，焊縫余高應(yīng)控制，余高在≤2 mm；

4）鞍座擋板直線度≤0～3 mm；

5）固定與活動(dòng)鞍座面板水平0～5 mm（同一測(cè)量點(diǎn)位置水平）；

6）單個(gè)鞍座下方雙層底水平±3 mm。

3 鞍座精度策劃

考慮到液罐下方鞍座形狀為“W”半圓型，鞍座腹板及面板厚度達(dá)到30 mm，整體鞍座的線型較大，焊接量也大，必然會(huì)造成鞍座焊接變形加大，鞍座精度變差，因此針對(duì)該情況，精控人員與技術(shù)人員進(jìn)行了詳細(xì)的精控策劃，針對(duì)鞍座特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬測(cè)算，提供了鞍座零件加工補(bǔ)償量，構(gòu)件預(yù)制裝配補(bǔ)償量及分段階段中的裝配補(bǔ)償量等相關(guān)余量加放，另外為了保證鞍座精度，利用焊接變形工藝仿真計(jì)算，對(duì)分段建造焊接過(guò)程進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)鞍座構(gòu)件預(yù)制、鞍座組立安裝等各個(gè)階段焊接變形分析，降低焊接變形風(fēng)險(xiǎn)，也有利于船廠分段精度更進(jìn)一步的提高，通過(guò)對(duì)余量精的精度策劃，鞍座焊接變仿真分析，為減少現(xiàn)場(chǎng)鞍座制造過(guò)程中返工挖換，做出相應(yīng)技術(shù)支持。

4 鞍座各階段裝配精度控制要求

液罐吊裝精度在于鞍座精度，鞍座精度取決于鞍座面板圓心度（弧度）、鞍座水平度和合攏階段鞍座間距控制精度，而其它船廠針對(duì)鞍座建造經(jīng)驗(yàn)，一般是在鞍座上口加放50 mm 余量，待合攏后根據(jù)鞍座水平度，再修割鞍座上口余量，最后散裝面板，這種方法雖能保證面板液罐的貼合度，但導(dǎo)致合攏工作量加大，作業(yè)難度加大。而船廠為了改善作業(yè)環(huán)境，減少合攏散裝的工作量，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)焊接仿真計(jì)算、精控模擬分析及生產(chǎn)部門精細(xì)編排，最終將整個(gè)鞍座分為幾個(gè)組立（小段），提前各自預(yù)制，最后在分段大組階段依次吊裝各個(gè)鞍座小組，從而形成整體，該預(yù)裝方式在國(guó)內(nèi)船廠還是第一次。

為了保證鞍座整體精度，建造部門必須對(duì)于鞍座面板加工、構(gòu)件裝配、擋條開(kāi)檔、工件焊接變形等每個(gè)工序嚴(yán)格控制，因此，技術(shù)部門針對(duì)精度特點(diǎn)，制定了相應(yīng)的工藝控制要求。

4.1 單個(gè)鞍座加工階段

1）下料前，應(yīng)檢查鋼板表面有無(wú)缺陷、邊緣有無(wú)裂紋、分層，如鋼板存在缺陷，則不能對(duì)該鋼板進(jìn)行下料，應(yīng)向質(zhì)管部門反映，并按規(guī)范要求作出相應(yīng)處理。

2）數(shù)切下料的數(shù)切機(jī)應(yīng)保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)切構(gòu)件切口光順、劃線完整清晰，切割精度誤差為±2 mm。

3）根據(jù)加工能力對(duì)于鞍座面板確定是否加放加工余量。每個(gè)組立鞍座面板兩端頭各加放200 mm 加工余量。

4）鞍座面板數(shù)切打磨后，應(yīng)將加工余量線、擋板、組裝對(duì)中洋沖眼打好，經(jīng)檢查合格后，方可進(jìn)行下道工序（加工）。

圖1 仿真模擬計(jì)算

5）單個(gè)鞍座面板加工到位后，應(yīng)用樣板測(cè)量擋板位置的線型是否加工到位。

6）鞍座面板加工過(guò)程，均需用樣板檢測(cè)弧度。

7）為了保證預(yù)制時(shí)鞍座精度，面板加工余量可保留一端至小組階段割除，另一端加工余量待加工結(jié)束后，割除。

8）單個(gè)面板加工弧度≤2 mm。

4.2 單個(gè)鞍座組立預(yù)制階段

1）鞍座分為7 個(gè)鞍座組立（小段），現(xiàn)以雙層底單個(gè)鞍座組立為例。

2）為了減少鞍座在裝焊過(guò)程中的焊接變形，可提前進(jìn)行焊接仿真模擬計(jì)算，定量分析了不同的裝焊順序及相應(yīng)的焊后變形量，根據(jù)變形情況制定了工裝拘束方案，如圖1 所示。

3）單個(gè)鞍座組立裝配流程，如圖2 所示。

圖2 裝配流程

4）鞍座擋條安裝時(shí)，應(yīng)檢查擋條開(kāi)檔尺寸及復(fù)測(cè)擋板直線度，為了以防擋條向內(nèi)傾斜，焊前應(yīng)在擋板之間適當(dāng)增加支撐。

5）擋板焊接結(jié)束并檢測(cè)合格后，方可吊安裝兩側(cè)補(bǔ)板，補(bǔ)板施焊時(shí)兩人對(duì)稱施焊。

6）7 個(gè)預(yù)制的鞍座完工后，整體預(yù)拼起來(lái)，檢測(cè)整個(gè)鞍座面板弧度≤8 mm。

4.3 鞍座在分段組裝要求

1）雙層底建造時(shí)，為了保證雙層底開(kāi)檔，舷側(cè)靠合時(shí)應(yīng)向舷側(cè)倒0～5 mm。

2）為了保證鞍座在分段能完好的組裝，因此雙層底分段在裝焊時(shí)，應(yīng)考慮裝配、焊接順序，從而保證雙層底船寬滿足鞍座半寬要求。

3）待雙層底的電焊、校正結(jié)束，整體水平及鞍座附近水平達(dá)標(biāo)后，將雙層底的船中（C.L）線及安裝線放出，吊裝鞍座。

4）安裝時(shí)從中向兩側(cè)依次安裝，利用全站儀將鞍座面板中心反拔至內(nèi)底板上，檢查與內(nèi)底中心是否一致，保內(nèi)底中心與鞍座面板中心在同一直線。

5）鞍座安裝過(guò)程中，時(shí)刻監(jiān)控測(cè)量鞍座面板弧度。

6）為了方便鞍座吊裝,應(yīng)在內(nèi)底和斜縱壁上，安裝一塊導(dǎo)向板，以便精準(zhǔn)落位。

7）鞍座全部定位后，施焊時(shí)應(yīng)注意焊接順序及電流電壓。施焊時(shí)先對(duì)接后角接，從中向兩側(cè)依次焊接，如圖3 所示。

圖3 鞍座焊接順序

8）由于鞍座腹板與內(nèi)底角接縫較長(zhǎng)，施焊時(shí)應(yīng)將腹板正面先焊接兩層，再焊接反面兩層，依次兩側(cè)交替施焊，至到角焊縫全部填滿，這樣便于減少焊接變形，如圖4 所示。

9）下一個(gè)分段安裝鞍座前，需要參考前一個(gè)分段鞍座安裝的精度數(shù)據(jù)，并作為后一個(gè)據(jù)及合攏口斷差情況。

4.4 合攏階段精度控制要求

1）雙層底在船臺(tái)合攏定位時(shí)，應(yīng)以2 個(gè)鞍座面板中心點(diǎn)為基準(zhǔn)。

2）雙層底定位時(shí)，需要測(cè)量2 個(gè)鞍座面板中心點(diǎn)距離是否滿足液罐底座距離。

圖4 鞍座腹板交替焊接順序

3）選取鞍座兩側(cè)距中3000 的檢測(cè)線，測(cè)量?jī)砂白g的檢測(cè)線長(zhǎng)度是否相同。

4）當(dāng)液罐到廠后，將雙層底鞍座距離反拔至液罐底座，檢查兩者距離是否滿足吊裝要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著液罐成功吊裝鞍座，標(biāo)志著船廠鞍座面板在分段預(yù)裝的方案可行，通過(guò)嚴(yán)格的工藝措施，鞍座精度完全能滿足廠家及技術(shù)要求。通過(guò)對(duì)鞍座精度控制，形成船廠自己的核心技術(shù)，為后續(xù)項(xiàng)目的液罐安裝提供有利的技術(shù)保障。