淺論船體分段建造施工中的施工質(zhì)量控制

周引平，陶如豪

應(yīng)用研究

淺論船體分段建造施工中的施工質(zhì)量控制

周引平，陶如豪

（長江三峽通航管理局，湖北宜昌 443002）

船舶分段建造是當(dāng)前造船企業(yè)采用最多的方式之一。此種造船方式可以明顯提高企業(yè)生產(chǎn)效率，方便施工、提高構(gòu)件生產(chǎn)精度，對提高船舶整體制造質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本非常有利。本文重點介紹船體分段建造方式，分析了船體分段建造過程中影響船體施工質(zhì)量的主要因素及產(chǎn)生的原因。提供了質(zhì)量控制方法和焊接變形的預(yù)防措施。為提高船舶制造業(yè)整體水平，提升造船整體質(zhì)量具有積極意義。

船體分段 質(zhì)量控制 船舶變形 措施方法

0 引言

船舶分段建造方式是目前各國采用最多的建造方式，分段建造的質(zhì)量控制是船體建造工程質(zhì)量控制系統(tǒng)中關(guān)鍵一環(huán)，此環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的好壞，會對整個船舶建造質(zhì)量造成直接影響。也會影響到船體性能、結(jié)構(gòu)強度，是船舶建造工程的重要質(zhì)量保證基礎(chǔ)。從造船方式上通?？煞譃檎w建造和分段建造兩種方式，分段式建造方式因其效率高，焊接質(zhì)量好，是目前世界各國采用最多的建造方式。

船舶分段建造主要分為四個階段：第一階段是放樣、號料、加工；第二階段是部件裝配；第三階段是分段裝配；第四階段是船臺分段拼接裝配。第一階段根據(jù)船舶詳細(xì)設(shè)計圖紙經(jīng)過放樣、號料、加工等工序?qū)⒃牧现瞥纱w零件。第二階段將船體零件通過拼裝焊接組裝成船體構(gòu)件。第三階段將船體構(gòu)件通過拼裝焊接等方式組裝成船體分段和總段。第四階段將各船體分段、總段經(jīng)過拼接、焊接最終形成完整的船體。船體建造質(zhì)量控制主要就是對各個加工環(huán)節(jié)加工精度的控制，在船舶建造工程中，船舶的各個分段制造的質(zhì)量將直接影響整個船舶最終質(zhì)量。因此，高質(zhì)量的船舶，需要采取科學(xué)有效的管理方法與技術(shù)措施。特別是要加船體分段施工過程的質(zhì)量管理工作，從而提高工作效率，降低建造成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1 影響船體分段建造質(zhì)量的主要因素及原因分析

船體分段是整個船舶建造工程的基礎(chǔ)，船體分段制造質(zhì)量控制非常關(guān)鍵。分段的制造精度與其零件加工精度及部件的組裝焊接精度直接相關(guān)，其中，對船體質(zhì)量影響最大、最直接的因素之一就是船體變形。

影響船體變形的因素非常多，它可由放樣、號料、精度控制不嚴(yán)，或是船體構(gòu)件拼裝精度不夠、或是兩者誤差累積造成分段拼裝誤差增大等原因。

船體分段在拼接焊裝后，往往會出現(xiàn)不同方向上的變形，其產(chǎn)生的因素主要是金屬結(jié)構(gòu)在施焊后焊縫位置產(chǎn)生了收縮，且收縮量不同，另一個原因主要是，施工中采取的工藝不恰當(dāng)、采取反變形措施不得力等因素造成。

正向裝配雙層底（見圖1）船體分段產(chǎn)生變形的主要因素：

a）分段外底板上的焊縫在焊接施工后產(chǎn)生不同方向上的收縮，主要是縱向和橫向收縮。

b）船體分段內(nèi)結(jié)構(gòu)與船底板的焊接造成分段上翹變形。

c）船體分段金屬結(jié)構(gòu)垂直方向焊縫焊接后造收縮成變形。

d）船體分段骨架焊縫精度偏大、焊接工藝不正確等造成分段變形。

e）船體雙層底板縱橫方向焊縫施焊后造成的變形。

f）船體外板封底焊施工造成的變形。

圖1 正裝雙層底分段變形示意圖

1）正向裝配的單底分段變形的主要原因與雙層底分段正向裝配原因大致相同。

2）倒向裝配的雙層底分段，其總變形與正裝的雙層底分段變形趨勢正好相反（見圖2）

圖2 倒裝雙層底分段變形示意圖

主要原因是由于外底板縱縫的橫向收縮造成。另外骨架間相互連接的垂向焊縫，也使分段產(chǎn)生收縮造成上翹變形，故分段舭部外板會產(chǎn)生向上、向外變形，對某些剛性較差的分段還會引起扭曲變形。若分段鋼板較薄，在焊接后，還會發(fā)生分段的局部變形。這主要是因為薄板的剛性較差，焊縫處的收縮應(yīng)力超過了板材的臨界點，致使其失去穩(wěn)定性造成的，這種局部變形主要成波浪形。

2 船體分段建造質(zhì)量控制

分段建造精度的提高，主要有兩種方式：一是采取在施工過程中運用檢測手段，定期對分段進(jìn)行檢測，校正施工、再檢測、循環(huán)往復(fù)。以此來提高建造質(zhì)量。二是在施工過程中，制定反變形措施，采取各種校正手段，及時修正施工誤差，以此提供船舶建造質(zhì)量。其中，對每一道工序的精度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，可以盡量減少多道工序誤差累加到船體分段上，以達(dá)到最大限度地減少各個加工環(huán)節(jié)形成的的誤差對船體質(zhì)量造成的影響，

2.1 船體分段中構(gòu)件的安裝質(zhì)量控制

船體分段構(gòu)件安裝的質(zhì)量控制是船體分段變形控制的重要環(huán)節(jié)，如果分段構(gòu)件安裝精度若達(dá)不到要求可能對船臺分段對接及分段局部強度產(chǎn)生非常不利的影響，從而直接造成船體整體質(zhì)量的下降。分段構(gòu)件在安裝過程中需要注意以下幾點：

1）分段大合攏處的構(gòu)件位置和尺寸必須滿足船臺裝配技術(shù)要求；

2）構(gòu)件首、尾端相對分段基面的重直度要滿足相關(guān)技術(shù)要求；

3）間斷構(gòu)件的安裝要滿足構(gòu)件兩端邊緣與理論線對準(zhǔn)的要求；

4）安裝各類縱桁、縱骨等縱向構(gòu)件，其兩端肋位線要滿足對準(zhǔn)相應(yīng)檢查線的技術(shù)要求；

5）安裝分段橫向構(gòu)件如實肋板、前橫梁時要注意以最外緣的縱向構(gòu)件理論線作為定位檢查線等。

船體構(gòu)件安裝時，必須以上述對合線（如肋位線，構(gòu)件理論線）作為檢驗依據(jù)，誤差必須滿足相關(guān)技術(shù)要求。

2.2 船體分段焊接質(zhì)量控制

船體分段零部件的正確定位與裝配只是分段加工精度控制的第一步，分段加工精度控制難度最大的是分段焊接變形。在船體結(jié)構(gòu)一定的條件下，通過優(yōu)化焊接程序及方法來有效地減小焊接變形。

1）基本操作措施原則：先焊接不致對其他焊縫造成剛性約束的焊縫；并要保留每條焊縫至少有一端為自由端。

2）在構(gòu)件焊接過程中，制訂相應(yīng)的工藝流程，運用科學(xué)的焊接程序，減少熱量集中從而減少變形。

3）科學(xué)設(shè)計構(gòu)件拼裝焊接流程，采用恰當(dāng)?shù)暮附右?guī)格。

如底部分段如果采用了不正確的焊接程序則會導(dǎo)致熱量集中，容易造成變形（見圖3）

圖3 底部分段焊接程序?qū)Ρ?/p>

2.3 船體分段翻身質(zhì)量控制

根據(jù)船體分段大小和結(jié)構(gòu)特點，在甲板分段吊離胎架之前，應(yīng)在艙口處采取加強措施，對艙口圍壁間斷區(qū)域的縱桁要進(jìn)行臨時連接。

1）分段骨架間斷處往往是起吊時最容易發(fā)生變形的區(qū)域，均要采取補強措施。

2）船體分段在翻身前應(yīng)在甲板上畫出甲板中心線和基準(zhǔn)肋骨線，然后再進(jìn)行翻身，翻身后要對相關(guān)焊縫采取碳弧氣刨清根，再進(jìn)行封底焊。

3）在所有焊縫檢驗合格后方可進(jìn)行分段涂裝。在涂裝施工時，一是要在大合攏焊縫處預(yù)留50-100 mm寬的區(qū)域暫不涂裝，待大合攏后，焊縫檢驗合格后再進(jìn)行涂裝施工；二是整個分段的最后一道面漆也暫不施工，待整船體組裝完成最后統(tǒng)一施工。

3 船體分段施焊控制變形的方法

在船舶建造工程中，船體分段變形是無法避免的。在船體施工過程中或多或少都會產(chǎn)生產(chǎn)生縱向或橫方向變形。這些變形將直接對船體的性能和強度造成影響，因此需要運用一些控制方法來保證船體施工質(zhì)量。常用的方法主要是反變形施工法。

根據(jù)船舶建造工程以往的經(jīng)驗，在船體分段施工之前對船體分段變形趨勢先進(jìn)行一下預(yù)判，在設(shè)置胎架時放出一定數(shù)值反方向大小相等的反變形量，反變形量數(shù)值大多是由經(jīng)驗積累來確定的。

雙層底船體分段正向裝配時，其焊接變形趨勢通常是兩舷向中翹（見圖4），因此，在胎架預(yù)制時就在胎架兩邊放出反變值S，如圖5中虛線所示，焊接收縮后便可恰好達(dá)到分段所需之正確型線。

分段倒置裝配時，其變形趨勢通常是兩舷向上翹曲（如圖5），因此在胎架制作時放出反變形值S值，如圖5虛線位置，那么分段焊接施工完成后，分段的變形恰好達(dá)到分段所需之正確型線位置。

圖4 正裝胎架橫向放反變

圖5 倒裝胎架橫向放反變形

4 船體組裝提高建造質(zhì)量的措施

4.1 船體分段組裝盡量采用自動焊與二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊

此種焊法可以明顯提高船體分段焊接強度，與傳統(tǒng)手工焊相比還可以顯著減少船體變形。

4.2 制訂科學(xué)的焊接工藝流程

船體分段施工前要制定科學(xué)的焊接流程，在施工時，要督促施工人員嚴(yán)格按照審核批準(zhǔn)后的焊接規(guī)格進(jìn)行焊接施工。并嚴(yán)格遵守船體構(gòu)件裝配程序和工藝要求，減少因裝配不當(dāng)造成的船體變形。焊腳過大，焊縫間距過小、既浪費焊接材料，還會造成額外變形。

4.3 熟悉并掌握合理的焊接規(guī)格

船體航段裝配焊接質(zhì)量與焊接規(guī)格息息相關(guān)。船體分段焊接規(guī)格主要包括：電焊焊機電流、焊條焊絲直徑與牌號、焊道層數(shù)、焊弧電壓、直流電焊中的極性等方面。一般焊接質(zhì)量主要取決于焊條直徑、焊接電流、焊縫間隙等因素。

4.4 提升船體分段裝配間隙與構(gòu)件焊縫開坡口精度

船體分段裝配間隙與構(gòu)件焊縫開坡口精度是直接影響船體分段焊接變形的主要因素。其中，構(gòu)件裝配間隙越小，變形越?。ㄈ鐖D6）。構(gòu)件裝配間隙越大，焊后變形越大。（如圖7）

圖6 裝配縫隙小—變形小

圖7 構(gòu)件焊縫隙大—變形大

5 船體分段變形矯正主要應(yīng)對措施

船體分段制作完成后，很難完全避免分段變形的發(fā)生。因此，分段變形矯正是船舶質(zhì)量保障重要一環(huán)。船體分段分正裝與倒裝雙層底分段（見圖8）。矯正方法如下：

1）對于船體變形分段先進(jìn)行翻身，然后將船體分段擱置在墩木上，墩木放在靠近分段兩舷的位置。

2）分段放置完畢后，在分段中間加壓重物，再采用水火轎正法進(jìn)行矯正。

3）對于船體分段寬度收縮過多，影響分段在船臺總裝對接工作的時，可采取將分段相鄰端部的肋板與外板的角焊縫割開，用螺絲拉桿將外板拉出。

4）對于分段接縫間隙過大的情況，可用水火矯正方法進(jìn)行矯正。

圖8 雙層底分段變形后的矯正

6 結(jié)束語

船舶建造是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及面非常廣，技術(shù)難度高，專業(yè)性強，幾乎包含了現(xiàn)代工業(yè)主要的工業(yè)門類，影響船舶建造質(zhì)量的因素也非常多，除了以上論述的影響因素外，還有其他環(huán)境、人員、管理等因素，處理的方式方法也有不盡相同。因此，在實際工作中，一些具體應(yīng)對措施需要結(jié)合實際情況和要求具體分析處理，最終，從工序到分段，從局部到整體，通過綜合質(zhì)量控制和矯正方法，直到各分段滿足船體總裝各項技術(shù)要求。

[1] 王鴻斌. 船舶焊接工藝[M]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[2] 葉家瑋. 現(xiàn)代造船技術(shù)概論[M]. 廣州: 華南理工大學(xué)出版社, 2001.

[3] 張家旭. 鋼結(jié)構(gòu)的變形與矯正[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 1990.

[4] 《船體工藝手冊》編寫組. 船體工藝手冊[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1978.

Discussion on construction quality control of hull block construction

Zhou Yinping, Tao Ruhao

（Three Gorges on Yangtze River Navigation Management Bureau, Yichang443002, Hubei, China）

U671

A

1003-4862（2022）12-0001-04

2022-03-17

周引平（1968-），男，高級工程師。主要從事信息化及船舶管理工作。E-mail：178811836@qq.com