楊 瀛 胡少軍

(廣船國際技術中心)

0 前言

在船舶建造中，機艙、艏艉區(qū)域因其線型較大，船體結構、鐵舾件和管線復雜等特點，成為船舶建造精度控制的重難點區(qū)域，其建造、總組和搭載過程中的精度控制，往往制約著該船的周期進度，甚至影響到整體生產節(jié)拍。因而，研究機艙半立體分段的結構形式和變形特征，探索對應的工藝控制措施，對提高建造效率將起到至關重要的作用。

圖1 典型機艙區(qū)半立體分段立體視圖

1 機艙半立體分段/總段的結構特點

機艙和艉部區(qū)域的分段總段劃分，因受船舶空船重量和吊機起重能力的限制，不可避免地會將其劃分成若干個半立體分段，無法靠自身結構形成穩(wěn)固性和抗變形性好的封閉式受力體，見圖1。這種結構形式造成較多的“軟檔”，相比于雙層底等箱型分段，其堆放運輸和翻身吊裝的施工難度更大，保型要求更高。

平臺和內部功能艙室壁板的板厚多為7~12mm的較薄板，自身剛度較差，如果變形控制措施未做好，極易因焊接收縮變形和角變形等原因導致分段建造精度偏差大，影響后續(xù)分段總組或搭載精度。

圖2 平臺板波浪變形

2 機艙半立體分段/總段的變形特征

以散貨船為載體，通過調研同類型多條船的總組及搭載精度情況，反映出系列船型及同類型分段的變形趨勢及精度超差整體情況分布規(guī)律。

2.1 平臺板中拱、波浪變形

在總段定位后，部分型船的上下平臺板及其反頂骨材出現(xiàn)波浪狀扭曲，甚至整體中拱，左右舷合攏的裝配作業(yè)難度較大，造成大量開刀矯正或換板現(xiàn)象，見圖2 和圖3。

圖3 平臺板骨材扭曲變形

2.2 機艙前壁板扭曲變形、垂直度超差

在機艙半立體總段搭載過程中，如果因部分結構間隙超差、結構短料或波浪變形等原因，對定位數(shù)據取舍不當，容易造成區(qū)域性垂直度和平整度不滿足要求，圖4 為某系列船之一的機艙前壁垂直度測量數(shù)據，可以看出，上平臺總段定位角尺向艉偏移，導致整體垂直度偏差較大，而在合攏口區(qū)域的錯位矯正僅能使局部平整度符合要求。

圖4 某散貨船機艙前壁垂直度測量數(shù)據（“+”表示壁板凹陷，“-”表示壁板凸出）

2.3 機艙區(qū)總長、半寬超差

監(jiān)測部分載體型船從分段完工到預搭載過程中的整體長度和寬度變化，見表1 和表2。

研究其長度和寬度的整體尺寸收縮量分布規(guī)律及趨勢，可以發(fā)現(xiàn)上甲板板厚大于機艙內部的上下平臺板板厚，因而其平均收縮量也小于上、下平臺；因機艙區(qū)域的骨架結構特點，長度方向的平均收縮量小于寬度方向的平均收縮量；設計補償值6mm 僅能滿足分段甲板區(qū)域完工后的變形收縮補償，遠無法滿足板厚較小的上、下平臺變形收縮，以及預舾裝和預搭載階段的收縮補償；最大收縮量出現(xiàn)在預舾裝階段，甲板在長度方向的平均收縮量為7.3mm，在寬度方向的平均收縮量為13.42mm；上、下平臺在長度方向的平均收縮量為24.1mm，在寬度方向的平均收縮量甚至達到35mm。

圖5 平臺板凹陷積水現(xiàn)象

圖6 平臺板大量火工矯正后的情形

3 變形成因分析

分段在完工余量劃線測量時，上、下平臺的長度和寬度方向端口補償為+6mm、+8mm，但是到了預舾裝開始，分段收縮量達到30mm 以上，精度開始出現(xiàn)大幅超差。因此，根據分段完工→預舾裝→預搭載階段的變形趨勢，從該階段的施工方式和作業(yè)特點入手，并結合其他階段的施工工藝過程，逐層深入分析各階段的變形主要成因，為探索工藝控制措施提供先期依據。

機艙區(qū)域的總體布置決定了在板厚較薄的上、下平臺，存在大量的管碼及管支架等舾裝件，其安裝焊接過程中產生的熱收縮應力導致平臺板出現(xiàn)大范圍波浪變形，同時，因堆放運輸及翻身吊裝過程的操作不當，也容易產生多處凹陷變形，因此需進行大量的火工作業(yè)矯正，火工作業(yè)會導致板材收縮進而使得平臺長度及寬度值變小，這也是導致變形和收縮的主要原因，見圖5 和圖6。

表1 上甲板總長和總寬收縮量變化統(tǒng)計

在預搭載及船塢搭載的定位過程中，為保證部分主要結構不離空錯位，犧牲部分定位數(shù)據則會進一步加劇總長及半寬數(shù)據的變小。

結合以上分析，造成機艙區(qū)域半立體分段/總段變形較大的主要成因有：

（1）板材堆放、分段堆放運輸以及翻身吊裝過程導致的變形，板越薄，影響程度越大；

（2）舾裝件的安裝焊接造成大量的收縮變形和波浪變形；

（3）火工矯正作業(yè)導致板材收縮；

（4）定位時犧牲半寬及長度數(shù)據導致整體偏差。

整理該過程產生的一系列變形成因及相互作用情況見圖7 所示。

4 工藝控制措施研究

機艙半立體分段主要出現(xiàn)長度及寬度縮短，平臺板平整度較差，機艙前壁垂直度局部超差，分段預搭載后出現(xiàn)“扭曲”問題，主要為舾裝件的焊接及火工矯正導致的平臺板收縮，反之因為平整度差加大火工量，導致長寬收縮更加嚴重，因此，需要結合從分段建造到船塢搭載的各階段的工藝特點，對整個流程中的精度及施工過程加以控制。

4.1 精度管理

（1）應確定從分段下料→劃線→完工→預舾裝退火→預搭載定位→預搭載焊后各階段明確的精度目標，對不能滿足該階段精度目標的分段提前制定處理方案進行整改，各階段嚴格把關，禁止流入下道工序。

（2）將各分段精度數(shù)據和分段/總段定位數(shù)據應納入精度軟件進行模擬分析，為后續(xù)分段的建造和分段/總段的定位提供基礎數(shù)據和參考依據。

（3）持續(xù)對現(xiàn)場情況進行跟蹤及數(shù)據收集，建立各系列船的數(shù)據庫，在統(tǒng)計分析的基礎上，根據經驗值和分析值綜合進行后續(xù)船和類似型船的精度補償值設計和精度目標策劃，以提高船廠整體精度管理水平和船舶建造實力。

4.2 分段建造控制

（1）上、下平臺的拼板焊接、骨材裝焊等過程，應參照薄板建造的控制原則進行控制。

（2）在半立體分段的自由端口和強度較弱的片體上增加保型槽鋼作為加強，對于需翻身的分段，需對分段整體剛度進行驗證，根據吊碼位置布置相應的吊裝加強。

4.3 做好堆放及運輸過程中的防變形措施

（1）板材及分段的堆放運輸必須嚴格按工藝要求執(zhí)行，禁止墊塊、支撐、門架等直接頂在無結構的板上或弱結構處，防止產生凹陷變形。

表2 上下平臺總長和總寬收縮量變化統(tǒng)計

圖7 機艙半立體分段變形的形成過程

（2）注意選擇運輸路線，對于路面不平或有局部沉陷的位置應盡量避開或者采用鋪設鋼板墊平等處理措施，防止在運輸過程中因受力不均、顛簸等原因致使分段變形。

（3）堆放地面的承載力和平整度應滿足要求，避免因地面不平或者沉降造成局部失去支撐作用而使分段局部受力過大而變形。

4.4 嚴格控制舾裝件的安裝焊接

（1）嚴格控制電流電壓、焊接順序和焊腳大小，減少熱輸出，以控制平臺板變形量。

（2）焊縫要分段焊接，每段焊縫長度宜不超過150mm，焊縫段間的溫度控制在50℃以下，在保證焊接質量的情況下盡量使用較快的焊接速度，減少溫度應力。

4.5 控制火工矯正量

（1）分段離胎前，按船體火焰矯正工藝規(guī)程對分段進行背燒退火，以矯正焊接角變形，減少總組階段的火工矯正量，并可提前發(fā)現(xiàn)部分因火焰矯正導致板材收縮的精度偏差。

（2）在平臺板的火焰矯正階段，應嚴格控制好火焰參數(shù)，并選派經驗豐富的操作工人進行作業(yè)，減少因火工作業(yè)不當以及過度火調導致的板材收縮。

4.6 定位數(shù)據的取舍

分段及總段定位時，應在肋檢線、水線、半寬線定位正確的基礎上，進行總組總段的半寬和總長數(shù)據整體把控，對于部分間隙過大的板材和結構，該進行局部更換的應更換處理，而不能僅為了保部分結構間隙而犧牲整體數(shù)據。

在做到以上控制措施的基礎上，還應加強該工藝過程的監(jiān)控力度；對分段尺寸發(fā)生較大變化的階段，要制定詳細的監(jiān)控計劃；定時對預搭載階段的總段進行長度及寬度的測量；檢查現(xiàn)場相關作業(yè)的規(guī)范性；對現(xiàn)場作業(yè)情況進行分析，并做好記錄；對不規(guī)范的行為及出現(xiàn)的問題及時解決。

5 結語

分段變形和精度超差的影響是連續(xù)相關的，單個或多個分段的變形和精度超差將影響其總組的定位策略及精度控制策略，總段的變形和精度超差將影響其搭載階段的定位策略及精度控制策略，甚至可能影響船舶的型寬及總長等主尺度。

半立體分段及總段的變形控制應做好從板材堆放階段開始直至船塢搭載的整個過程控制，包括減少堆放變形、做好保型加強措施、控制焊接變形、減少火工收縮等一系列工藝措施，還必須從設計上進行持續(xù)改進和施工上嚴格進行把控，以做到精細生產和精益造船。