，，

(1.集美大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021；2.福建廈門(mén)船舶重工股份有限公司，福建 廈門(mén) 361026)

廈船重工承建的8 500汽車滾裝船，是目前全球最大容量的汽車滾裝船[1]，可以裝載小汽車、翻斗拖車、重型卡車等，最大裝車量達(dá)8 500輛標(biāo)準(zhǔn)小汽車。該船總長(zhǎng)199.9 m，型寬36.5 m，型深38.49 m，設(shè)計(jì)吃水9.35 m。全船共有13層車輛甲板和1層露天甲板(不裝載汽車)。為了減輕船舶結(jié)構(gòu)重量和降低重心高度，汽車甲板除第1、3、5甲板(厚18 mm)和8甲板(厚14 mm)外，其余甲板厚均≤7 mm，薄板量占全船甲板的比例較大。另外，舷側(cè)風(fēng)道、坡道、上層建筑等也以薄板結(jié)構(gòu)為主。由于薄板剛性較弱，在轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝、火工等工序控制難度大，極易發(fā)生變形[2]，因此，要提高滾裝船建造質(zhì)量，必須先解決薄板結(jié)構(gòu)變形。關(guān)于薄板變形的問(wèn)題，相關(guān)研究提出了一般的對(duì)策[3-4]。但隨著船舶的大型化以及滾裝船獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)有的工藝技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)需要。這里考慮以汽車薄甲板(厚度≤7 mm)為例開(kāi)展新工藝工法的研究，形成規(guī)范的制作工藝，保證甲板的精度。

1 汽車薄甲板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

從汽車薄甲板結(jié)構(gòu)情況看，其特點(diǎn)是板材薄、構(gòu)件尺寸小。結(jié)構(gòu)型式多采用縱骨架式，橫向構(gòu)架間距較大(間距2 100 mm)，縱向骨材較小，單個(gè)甲板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度較弱，在建造過(guò)程中任何不正確操作都有可能產(chǎn)生不利影響，引起板架結(jié)構(gòu)的變形。大量的綁扎件的裝焊，也會(huì)增加甲板結(jié)構(gòu)的變形。因此，在制造過(guò)程中必須加以嚴(yán)格控制，制定出合理方法，降低薄板在建造過(guò)程中的變形，保證分段精度和質(zhì)量。

2 薄甲板分段制造工藝和工裝

分段劃分尺寸控制在12 m×12 m以內(nèi)，保證吊裝強(qiáng)度。甲板薄板結(jié)構(gòu)變形的控制，關(guān)鍵是控制好建造過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)和步驟，明確各工序工位精度要求和控制要點(diǎn)[5]。在分段制造過(guò)程中，采用新工藝、工裝來(lái)保證分段質(zhì)量，如無(wú)碼裝配工藝、多頭火工背燒機(jī)等。

2.1 板材與型材下料階段

1)板材下料與堆放。甲板板材需采用激光切割，控制板邊垂直度、直線度≤0.5 mm。其他板材可采用干式等離子切割，控制板邊垂直度、直線度≤1 mm。甲板板材經(jīng)過(guò)綁扎孔和周邊切割后，由于受熱不均衡，板片均存在橫向拱度變形，需經(jīng)校平機(jī)矯平，以釋放出內(nèi)應(yīng)力，保證板材的橫向平直度誤差≤1 mm。校平后的板材應(yīng)整齊堆放，堆放層數(shù)不能過(guò)多，以防止交錯(cuò)堆壓二次變形。

2)型鋼下料與對(duì)接。型材端部采用靠模切割，保證切割面的光滑平整。下料后的型材必須校直，單根需要對(duì)接的型材，必須先對(duì)接、焊后打磨，直線度檢查合格后，方可上分段裝配。型材對(duì)接后上片體分段裝配示意見(jiàn)圖1。

3)T型材制作。T型材腹板、面板下料后，先上矯平機(jī)分別進(jìn)行矯平，然后在如圖2所示專用工裝上進(jìn)行裝配。采用角焊機(jī)進(jìn)行焊接，焊后用火工矯正腹板，腹板直線度誤差：≤3/10 000。若為高強(qiáng)度鋼，則加熱溫度控制在600～700，只能空冷，不得用水冷卻。T型材矯直后用輔助工裝整齊擺放。

2.2 拼板階段

1)拼板裝配。拼板平臺(tái)應(yīng)有足夠的剛度和表面平整度，板材需用電磁吊或?qū)Ｓ脢A具吊裝。采用無(wú)碼裝配來(lái)取代傳統(tǒng)的卡碼定位工藝，使焊后的焊縫周邊沒(méi)有馬腳，保證母材不受損傷，消除卡碼撤除后的打磨工作。采用磁力壓碼(又稱磁力無(wú)碼拼板器)、活動(dòng)碼將板調(diào)整到位并固定。拼板板縫間隙≤1.0 mm，板面錯(cuò)邊≤0.5 mm。定位焊采用小直徑(d≤3.2 mm)焊條，定位焊應(yīng)均勻一致，焊道長(zhǎng)約30 mm，間距約300 mm，由中間往兩邊進(jìn)行。

2)拼板焊接。拼扳焊接采用埋弧自動(dòng)焊，板縫兩端裝引、熄弧板，焊前清潔。選擇合適的焊材和焊接工藝參數(shù)，薄板的焊接變形在板厚5.5 mm時(shí)是一個(gè)比較明顯的分界點(diǎn)，因此5.5 mm以下的板應(yīng)選擇更低的電流、電壓，焊接參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 埋弧自動(dòng)焊焊接參數(shù)

焊接時(shí)可適當(dāng)放置壓載鐵等重物約束變形，待焊縫冷卻后移開(kāi)。若有立柱區(qū)域的加厚板，則要特別注意控制變形。由于該位置坡口大、焊接量大，易產(chǎn)生局部橫向彎曲變形。立柱處嵌入式加厚板的四角R處最后焊接。

拼板翻身采用翻轉(zhuǎn)架或兩端加排。焊后采用圓柱狀壓鐵對(duì)板縫處進(jìn)行滾壓，以釋放焊縫的焊接應(yīng)力，減少變形。若需火工矯平，采用有2～3個(gè)加熱嘴的火具加熱，見(jiàn)圖3，并采用雙線同時(shí)背燒。

2.3 甲板分段裝焊控制

2.3.1 選擇實(shí)模胎架

薄板剛度較小、易變形，而8 500 PCTC 船甲板的長(zhǎng)寬約有40種規(guī)格，如果選用傳統(tǒng)的格子胎架支撐會(huì)存在局部區(qū)域無(wú)支撐、懸空，因此，選擇實(shí)模胎架(鋼板平臺(tái))，即在支柱上面鋪設(shè)15 mm厚的鋼板，作為制作分段的平臺(tái)，以確保裝焊過(guò)程中整體結(jié)構(gòu)的平整度。胎架的水平度偏差不超過(guò)3 mm。不允許采用支點(diǎn)式胎架。

2.3.2 甲板分段裝配

1)將預(yù)拼后的甲板鋪設(shè)在實(shí)模胎架上，調(diào)整到位后，甲板四周用活洛卡碼固定(卡碼與甲板無(wú)點(diǎn)焊固定)，以減少自由邊波浪變形。

2)結(jié)構(gòu)劃線。先劃中心線、肋位基準(zhǔn)線，再以基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃線。劃線時(shí)，在長(zhǎng)度方向每檔(720 mm)加放0.75 mm，在寬度方向每檔(715 mm)加放0.75 mm焊接收縮補(bǔ)償量。

3)構(gòu)件的裝焊順序。①縱向骨材 ②綁扎杯 ③縱向T型材 ④橫向T型材 ⑤小構(gòu)件。裝焊順序示意見(jiàn)圖4。

構(gòu)件的裝配原則是先安裝縱向型材，所有型材必須是先對(duì)接校直后才能上板裝焊。注意控制縱骨的直線度、垂直度，盡量采用無(wú)碼裝配。用磁力直角器、磁力線型微調(diào)器、磁力壓碼和防傾倒工裝碼聯(lián)合使用，進(jìn)行裝配固定，以減少垂直度偏差。采用CO2小直徑焊絲作定位焊，定位焊要求均勻一致，在構(gòu)件兩側(cè)交替分布?？v骨的焊接采用單頭或者雙頭自動(dòng)角焊機(jī)焊接，焊絲直徑1.2，1.4 mm，從中間往兩側(cè)焊接，骨材較多時(shí)應(yīng)采取間隔跳焊。3 m以上長(zhǎng)焊縫，進(jìn)行分段退縮焊以減少變形，并注意兩端待焊區(qū)的焊接保留長(zhǎng)度。焊后進(jìn)行水火矯直，直線度偏差小于3 mm。

縱骨焊接完成后，再裝縱向T型材、橫向T 型材和扁鋼等。構(gòu)件通過(guò)拼板焊縫位置采取將焊縫余高磨平的方式進(jìn)行裝配，禁止在構(gòu)件上開(kāi)通焊孔。T型材的裝配要注意保證與甲板的垂直度，采用CO2半自動(dòng)焊接，不允許采用手工電弧焊。焊接順序：先立角焊后平角焊，從分段中部逐漸向左右、前后對(duì)稱施接。

2.3.3 綁扎杯的裝焊

汽車甲板較薄，且裝有大量不同型式綁扎杯及波浪綁扎條。由于焊接工作量大，易產(chǎn)生變形，因此施工過(guò)程中應(yīng)選用合適的焊接參數(shù)和焊接順序，控制焊接變形[6]。綁扎杯型式有A、B、C、D及 E 型，按不同綁扎杯選擇合適的坡口及焊接形式。下面以C 型綁扎杯為例，闡述裝焊過(guò)程。

1)綁扎杯中心與綁扎孔中心對(duì)齊，綁扎杯與甲板推緊無(wú)間隙。

2)定位焊。把綁扎杯分為三等分位置點(diǎn)焊，3點(diǎn)間相距 120°，定位焊縫長(zhǎng)度 10～15 mm，點(diǎn)焊厚度 3～4 mm，點(diǎn)焊收弧處必須收弧。定位焊應(yīng)使用與正常焊接時(shí)相同的焊接材料(低氫型焊條或二氧化碳焊絲)。定位焊縫如存在氣孔、夾渣等缺陷，應(yīng)清除后重新定位焊。

3)焊接材料。手工電弧焊僅用于裝配點(diǎn)焊，采用低氫型焊條，如 J506、J507 等，施焊前低氫型焊條應(yīng)烘干處理；焊接采用CO2氣體保護(hù)焊， 3Y級(jí)藥芯焊絲。

4)焊接過(guò)程中注意事項(xiàng)。采用專用鋼杯焊接設(shè)備(或手工 CO2)焊接，控制焊接順序，減少變形。焊后效果見(jiàn)圖5。

采用多層多道焊工藝，每道焊縫接頭應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi) 50 mm。將甲板分為前后左右四塊區(qū)域，由雙數(shù)焊工從中間向兩邊對(duì)稱施焊。為了防止熱量集中造成較大的變形，可間隔焊接。焊后檢查焊縫表面是否存在焊接缺陷，有缺陷處用碳弧氣刨清除后打磨補(bǔ)焊。水密綁扎杯焊縫應(yīng)逐一進(jìn)行抽真空試驗(yàn)(V.T)檢查密性。

其余綁扎杯裝焊方法與C型綁扎杯相似。

2.4 甲板分段火工矯正

采用火工矯正消除焊接引起的變形。

2.4.1 火工矯正基本工藝參數(shù)的選擇

在薄板火工矯正操作中，加熱方法、加熱溫度、加熱嘴號(hào)、水火距、焰心距離等基本工藝參數(shù)的選擇對(duì)薄板火工矯正尤其重要[7]?；鸸?shù)見(jiàn)表2。

表2 火工參數(shù)

2.4.2 火工矯正工藝要領(lǐng)

1)分段在胎上完整性檢查之后，脫胎翻身，呈水平放置，分段四周及內(nèi)部的十字強(qiáng)檔位置用支撐撐住，保證甲板的水平，然后才能進(jìn)行火工。

2)甲板火工應(yīng)從中間向四周方向進(jìn)行。采用圓圈點(diǎn)加熱和帶狀加熱組合的矯正方法加熱方式點(diǎn)狀加熱和線狀加熱。若變形面積較大，則應(yīng)每間隔一檔進(jìn)行火工，先矯正小變形，后矯正大變形。甲板火工方法見(jiàn)圖6。

骨材、桁材與甲板焊接處，采用點(diǎn)狀加熱和背面水冷方法進(jìn)行，小變形處可采用直線加熱。對(duì)于較難矯正的大變形，當(dāng)變形超過(guò)20 mm時(shí)，應(yīng)采用借助外力輔助的火工方法進(jìn)行。

3)當(dāng)型材與甲板同時(shí)變形的時(shí)候，應(yīng)先火工矯正型材再火工甲板。型材火工，采用在2/3高度處三角形加熱[8]。

4)原則上不允許用錘錘擊甲板。如使用錘擊時(shí)必須正確使用墊錘，不允許錘子直接敲擊在甲板上。

3 甲板分段完工檢驗(yàn)

1)甲板平面度檢查。分段火工矯正結(jié)束后，要相應(yīng)檢查其甲板平面度，保證合攏面的水平偏差≤3 mm。由于營(yíng)運(yùn)時(shí)汽車甲板將承受裝載重力而產(chǎn)生一定的向下?lián)锨?，因此分段制作時(shí)甲板中間部分不允許有下凹現(xiàn)象。

2)余量劃線與切割。將結(jié)構(gòu)面的基準(zhǔn)線(中心線和肋位檢驗(yàn)線)返出到甲板面，以基準(zhǔn)線為依據(jù)測(cè)量分段長(zhǎng)度、寬度。對(duì)照分段完工測(cè)量圖和精度控制圖，確定四周余量值，劃出余量切割線和100 mm 檢查線(對(duì)合線)，甲板四周保留5 mm的補(bǔ)償量。為了提高切割質(zhì)量和減少變形，采用有軌的半自動(dòng)切割機(jī)切割，直線度偏差≤2 mm。

3)完工交驗(yàn)合格后，送涂裝房涂裝。

4 結(jié)論

從分段制作結(jié)果來(lái)看，分段質(zhì)量達(dá)到預(yù)定要求，且建造速度有一定提高。8 500 PCTC船順利建成，表明上述工藝設(shè)計(jì)實(shí)用可行。薄甲板變形的主要原因是焊接變形和施工過(guò)程中各道工序不正確的操作，關(guān)鍵是過(guò)程控制，難點(diǎn)在于薄甲板的焊接與火工矯正。分段制造各工序階段的具體工藝措施，可供同類型船舶建造參考。