1000t沿海起重船吊臂建造工藝

摘要：本文介紹了1 000 t沿海起重船吊臂的建造工藝及吊裝到負(fù)荷試驗(yàn)的全過(guò)程。

關(guān)鍵詞：吊臂；三維建模；策劃；熱處理；火工矯正；鏜孔；整體吊裝

Building of the Davit’s Structure for 1 000tCoastal Derrick Boat

LIAO Aiming

(Guangzhou Hangtong Shipbuilding and Shipping Co.， Ltd. Guangzhou 510290)

Abstract: This article introduces the building technique and the process from hoisting to load test for davit of 1000t coastal derrick boat.

Key words: Davit; Three-dimensional modeling; Devise; Heat treatment; Distortion correction by flame; Boring hole; Integral hoisting

1工程概況

廣州航通船業(yè)有限公司承接佛山捷信起重打撈有限公司1 000 t沿海起重船起吊載荷1 000 t之臂桿鋼結(jié)構(gòu)工程（俗稱扒桿）。應(yīng)用業(yè)主提供的，由廣州市建航船舶設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)、江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院負(fù)責(zé)扒桿強(qiáng)度校核的成套圖樣進(jìn)行施工；根據(jù)相關(guān)法律、法規(guī)規(guī)定，該設(shè)計(jì)取得了廣東省船舶檢驗(yàn)局廣州分局（ZC）審核同意。在該項(xiàng)目具體施工過(guò)程中，ZC驗(yàn)船師實(shí)施全過(guò)程監(jiān)督并完成竣工檢驗(yàn)。

1.11 000 t沿海起重船主尺度

總長(zhǎng)：85 m設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)：85 m

兩柱間長(zhǎng)：83 m型寬：32 m

型深：6 m設(shè)計(jì)吃水：4 m

首尾弦?。?.7 m 梁拱：0.64 m

1 000 t起重船主船體由業(yè)主按排，在番禺靈山船舶修造廠建造。因?yàn)? 000 t起重船的關(guān)鍵是起重臂桿系的制造，而限于靈山船舶修造廠的技術(shù)、能力，業(yè)主要求我們公司建造、安裝荷重1 000 t的整座大臂桿（包括千斤柱、支座在內(nèi)）。

1.2臂桿主要參數(shù)

長(zhǎng)：86.96 m 寬：20.87 m

架高：3.7 m

臂桿全貌見(jiàn)圖1。

扒桿主體重420 t、千斤柱重155 t（整個(gè)起重機(jī)總重946 t）。

根據(jù)合同、設(shè)計(jì)圖樣的技術(shù)要求和本公司對(duì)產(chǎn)品所設(shè)定的質(zhì)量目標(biāo)，產(chǎn)品完工后應(yīng)滿足：

① 臂桿銷(xiāo)孔（臂桿下）中心距19 520 mm，允許偏差±3mm；

② 臂桿直線度為1/1 500且只允許上拱，臂桿旁彎度為1/2 000且只允許外彎；

③ 臂桿桁材架成形后臂桿銷(xiāo)孔中心至副鉤中心距離86 957 mm，允許公差±87 mm。至主鉤中心 距離75 000 mm，允許公差±75 mm；臂桿中心線垂直臂桿下銷(xiāo)孔軸線（左右對(duì)稱）允許公差3 mm；

④ 臂桿下銷(xiāo)軸同軸度公差（鏜孔后）±0.5 mm。

2施工策劃與建造

航通公司歷史上曾成功建造母公司——四航局“粵工樁九”（樁九）打樁、起重船，其上的樁架為三角形整體式，樁架主體部分由九層“塔平臺(tái)”組成，吊錘平臺(tái)高度距設(shè)計(jì)水線約86 m，主體結(jié)構(gòu)由鋼管和型鋼焊接而成。因?yàn)橛袔捉嗨频墓芄?jié)點(diǎn)、彼此差異不太大的主尺度，為建造1 000 t起重臂桿提供了有利的經(jīng)驗(yàn)。

2.1管節(jié)點(diǎn)、相貫線、胎架

在公司技術(shù)中心按起重臂桿設(shè)計(jì)圖樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模、放樣以后，對(duì)于設(shè)計(jì)圖樣上那些很難裝、焊的節(jié)點(diǎn)，沿用“樁九”的經(jīng)驗(yàn)，在征得原設(shè)計(jì)公司認(rèn)同之后，將二條或二條以上管子交于一點(diǎn)的管節(jié)點(diǎn)所造成的裝、焊死點(diǎn)，適當(dāng)拉開(kāi)一定的距離；既保證節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，又方便保證裝配、焊接質(zhì)量。

結(jié)構(gòu)建模、放樣之后，因?yàn)槊恳粋€(gè)構(gòu)件的尺寸都拿掇得很準(zhǔn)確，不僅降低成本、減少物耗，而且為精確切割零部件創(chuàng)造了條件。

考慮公司現(xiàn)有場(chǎng)地和起重設(shè)備等因素，將整個(gè)臂桿分為三段建造見(jiàn)圖2。

整條起重臂桿長(zhǎng)可近90 m，高度3.7 m，從安全生產(chǎn)和日后“三段結(jié)構(gòu)”預(yù)拚裝的角度出發(fā)，胎架設(shè)計(jì)必須保證有足夠的強(qiáng)度和剛性，意思是此時(shí)的胎架不能光顧節(jié)省材料，胎架夠強(qiáng)夠硬，某種意義上等于一個(gè)剛性底座既方便固定、控制扒桿裝焊變形，還起到下桁管裝焊過(guò)程中的臨時(shí)性加強(qiáng)作用（如圖3）；而且胎架布置應(yīng)當(dāng)盡可能靠近，方便預(yù)拚（現(xiàn)場(chǎng)胎架布置好如船舶姐妹分段那樣，基本聯(lián)在一起）。

關(guān)于臂桿相貫線；臂桿桿系間相交連接之相貫線在臂桿結(jié)構(gòu)建模之后，使用既定的計(jì)算機(jī)程序作每一節(jié)點(diǎn)的放樣、展開(kāi)，由于本公司缺少多維切割機(jī)，在設(shè)計(jì)人員提交每一節(jié)點(diǎn)的內(nèi)外緣相貫線實(shí)樣之后，施工人員按樣圍管逐個(gè)切割，然后使用手提砂輪機(jī)打磨，修正，確保坡口光滑，內(nèi)外緣相貫型線準(zhǔn)確。

2.2典型節(jié)點(diǎn)裝焊與質(zhì)量控制

梳狀結(jié)構(gòu)下料與裝配：臂桿和千斤柱設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)是梳狀結(jié)構(gòu)多。整個(gè)臂桿中不少的連接節(jié)點(diǎn)采用了梳狀結(jié)構(gòu)；的確是一種有效、可靠的連接方式，既保證構(gòu)件間的連接又方便力傳遞。但此類節(jié)點(diǎn)多，客觀上為下料、裝配工序增添了難度；因此，號(hào)料及舯段開(kāi)工上胎前，首先對(duì)相關(guān)工種施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，取一樣桿作典范，由工藝技術(shù)人員作劃線示范，要求按裝配程序細(xì)致畫(huà)出梳狀開(kāi)口；同時(shí)對(duì)切割工進(jìn)行專門(mén)培訓(xùn)，具體要求割縫細(xì)小、平直（割縫≤3 mm）。裝配時(shí)，除要求裝配工耐心、細(xì)致、逐個(gè)插叉以外，臂桿的定位焊應(yīng)盡量減少，其質(zhì)量應(yīng)與施焊的焊縫質(zhì)量相同，長(zhǎng)度應(yīng)控制在30～50 mm之內(nèi)，因?yàn)槭呛芍厍嵉拇蟀菞U，特別需要強(qiáng)調(diào)安全，所以對(duì)有缺陷的定位焊無(wú)論是板縫還是角縫，施焊前全部剔除干凈。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在查對(duì)焊接工藝評(píng)定的復(fù)蓋狀況之后，還補(bǔ)充了厚板、管子的工藝評(píng)定。

臂桿建造的又一個(gè)特點(diǎn)是電焊工作量大，對(duì)焊接工人的操作技能要求高，所以具體要求是：每個(gè)焊工都必須持證上崗，必須按施工圖樣的要求保證每個(gè)焊透節(jié)點(diǎn)確實(shí)焊透，需要深溶焊的節(jié)點(diǎn)焊接坡口保證準(zhǔn)確。亦因?yàn)榇速|(zhì)量檢驗(yàn)部在作焊前、裝配報(bào)驗(yàn)時(shí)，焊接坡口準(zhǔn)確與否是檢驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

臂桿主桿（指Ф500 mm的四條直桿）其對(duì)接接頭按施工圖樣上的要求應(yīng)在內(nèi)緣，沿整圓周長(zhǎng)貼覆-5×50的工藝墊板，為了確保實(shí)船施工質(zhì)量，先作了實(shí)樣模擬試驗(yàn)。待到模擬樣管按圖示坡口、貼覆墊板完畢之后，進(jìn)行試焊；隨后剖切斷面作目視和金相檢測(cè)。并據(jù)此編撰作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，規(guī)范桿系對(duì)接接頭焊接程序。

2.3厚度大于30 mm的Q345B鋼板的檢驗(yàn)與焊接

按照設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定:臂桿、千斤柱等本體主要材料的材質(zhì)均為Q345B優(yōu)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼。對(duì)于低合金高強(qiáng)度鋼Q345B，根據(jù)以往的使用經(jīng)驗(yàn)：在一般情況下，國(guó)內(nèi)各大鋼廠出品質(zhì)量都比較穩(wěn)定，機(jī)械性能、化學(xué)成分可以保證，加工性能、可焊性也都比較好。但對(duì)于厚度較厚的板材其材質(zhì)往往就容易出現(xiàn)些問(wèn)題了。為了保證千噸重吊臂桿的安全運(yùn)作，應(yīng)十分重視Q345B厚板進(jìn)貨驗(yàn)證，公司明確規(guī)定：

1）所有Q345B鋼料進(jìn)廠，使用前供應(yīng)部會(huì)同質(zhì)檢部應(yīng)核對(duì)材質(zhì)，證書(shū)、生產(chǎn)批號(hào)。

2）對(duì)厚度大于等于30 mm的鋼板，應(yīng)使用測(cè)厚儀檢測(cè)每塊鋼板，不使用鋼板實(shí)際厚度誤差大于標(biāo)準(zhǔn)許可負(fù)公差的鋼料。

3）對(duì)于厚度40 mm和60 mm的鋼板，每一張板表面都應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷，存在分層或局部較大面積夾灰的鋼板應(yīng)予退貨、換板。

爾后的鋼料接貨檢驗(yàn)表明，這些規(guī)定是正確的。特別是第3）點(diǎn)，首批到廠的厚板（40 mm及以上者）都發(fā)生問(wèn)題，供應(yīng)商遂作全部換板處理。

對(duì)于Q345B鋼料、厚度30mm以上的結(jié)構(gòu)焊接，本公司按臂桿設(shè)計(jì)中的圖示要求，采用與母材相匹配的焊接材料之外，強(qiáng)調(diào)焊接時(shí)應(yīng)考慮對(duì)焊接接口預(yù)熱（溫度應(yīng)在150 ℃左右）并控制線能量和道間溫度，且要求主桿合攏口以及臂桿結(jié)構(gòu)總圖（JH0802-241-01）中零件組裝焊接施工后應(yīng)作退火處理（見(jiàn)圖4），以消除焊接后的殘余應(yīng)力；而為了避免強(qiáng)度損失，退火溫度應(yīng)控制在600 ℃以下；然后緩慢冷卻（因?yàn)椴少?gòu)熱電隅受限于時(shí)間和價(jià)格等問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)裝焊一匣狀炭爐，置工件/合攏口接縫于其內(nèi)，灌滿木炭后，燃炭焚燒，待炭?jī)艉罂绽?；達(dá)到了預(yù)期的效果）。

臂桿結(jié)構(gòu)裝配使用J502焊條（焊條直徑3.2 mm）；焊前對(duì)裝配點(diǎn)焊的質(zhì)量均予檢查，發(fā)現(xiàn)有缺陷的點(diǎn)焊全部剔除。

2.4對(duì)于火工矯正的規(guī)定

Q345B高強(qiáng)度鋼中Mn作為一種主要合金元素起著提高材料抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)的作用，但畢竟對(duì)鋼材的熱、冷加工性能會(huì)有影響，對(duì)于臂架結(jié)構(gòu)板厚、焊接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，溶敷量大的特點(diǎn)，尤其應(yīng)注意預(yù)防材料發(fā)生冷脆，所以本公司臂桿項(xiàng)目部作為一項(xiàng)強(qiáng)調(diào)執(zhí)行的工藝紀(jì)律：火工矯正時(shí)嚴(yán)禁采用水火矯正工藝，無(wú)論是矯正變形還是加熱“鬆骨”消除殘余應(yīng)力都禁止淋水，而必須空冷。

實(shí)踐表明：由于對(duì)火工矯正強(qiáng)制了這項(xiàng)規(guī)定不僅避免了節(jié)點(diǎn)發(fā)生裂紋，而且既使是整條臂架涂裝之后，表面光潔、不起皺折；外觀質(zhì)量受到船東、船檢及參觀人員等的一致好評(píng)。

2.5臂桿與支座鏜孔

為了確保鏜孔精度，選用XD系列銑削動(dòng)力頭來(lái)進(jìn)行臂桿和支座的鏜孔加工（如圖5臂架鏜孔；動(dòng)力頭參數(shù)：型號(hào) XD4060-A ，功率7.5 kW）。

3整體吊裝和試驗(yàn)

如前所述，臂架三段呈姐妹段在胎架上分別組立，隨即合攏成臂架整體不僅實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)，而且涂裝之后外觀很漂亮。佛山捷信公司安排自己公司的150 t、250 t和500 t三臺(tái)浮吊聯(lián)吊上船安裝。因?yàn)榻ㄔ炀瓤刂坪?，在本公司的碼頭不足一天時(shí)間就順利吊裝完畢（圖7 ）。

千噸扒桿的負(fù)荷試驗(yàn)，以一艘58.7 m工作船的裸船體（～1 000多t）作負(fù)載（圖8 負(fù)荷試驗(yàn)）。

當(dāng)整船緩緩吊起，臂桿慢慢變幅、迥轉(zhuǎn)，一艘58.7 m工作船被平穩(wěn)吊下水時(shí)，航通公司的千噸扒桿也就制作、安裝、試驗(yàn)成功了。