37 000 DWT多用途船掛舵臂建造工藝與精度控制

(長(zhǎng)航集團(tuán)青山船廠，武漢 430082)

37 000 DWT 多用途船是長(zhǎng)航集團(tuán)青山船廠承建的滿足德國“GL”船級(jí)社規(guī)范的大噸位多用途船。該船技術(shù)含量較高，用途廣泛，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建造難度大。

掛舵臂的主要作用是支撐舵葉并使其發(fā)揮正常功能。通常置于螺旋槳后方，因此承受較大外力，掛舵臂外部線型正確與光順直接影響船舶的性能。本船掛舵臂重約41 t,由外包板，內(nèi)部板架結(jié)構(gòu)及舵桿舵承、舵銷舵承(鑄鋼件)組成，相對(duì)獨(dú)立，其外形尺寸及主要板厚見圖1。

圖1 掛舵臂結(jié)構(gòu)示意

掛舵臂最大板厚85 mm，外包板板厚為75、30 mm兩種。

1 建造難度分析

1)掛舵臂的外包板厚度75 mm，必須保證加工完后與線型基本吻合，現(xiàn)場(chǎng)很難用如火工、拉、壓等方法來矯正線型，加工難度大。

2)掛舵臂內(nèi)部空間狹小，結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，安裝及焊接難度大,存在著安全隱患。

3)掛舵臂所設(shè)舵桿及舵銷舵承均為鑄鋼件，與鋼板結(jié)構(gòu)的連接在焊接方面有特殊要求，應(yīng)預(yù)防裂紋產(chǎn)生。

4)舵系安裝公差要求見圖2。

圖2 舵系安裝公差要求

從圖2可以看出，對(duì)于大型焊接件，要將精度控制在±2 mm是一件很困難的事情。

2 建造工藝和精度控制

1)制作外包板的加工鐵質(zhì)樣箱，以確保線型的準(zhǔn)確，加工外包板時(shí)應(yīng)按放樣的素線來進(jìn)行加工，才不會(huì)發(fā)生加工扭曲。

2)制作有足夠強(qiáng)度的胎架，胎架模板數(shù)切下料，基面水平，線型正確光順，尺寸準(zhǔn)確。

3)以左舷為胎架面鋪設(shè)外包板，此時(shí)保證外包板必須與胎架貼合，并且相對(duì)位置準(zhǔn)確。其后即可將外包板的對(duì)接焊縫的上表面焊接成形。

4)勘劃構(gòu)件安裝線，可根據(jù)地樣進(jìn)行劃線，也可通過樣板進(jìn)行劃線，劃線要加放焊接收縮量。

5)對(duì)于內(nèi)部構(gòu)件分A～G組立預(yù)制見圖3。這樣可以減少狹小空間立角焊，焊完后進(jìn)行矯正，以消除一次焊接應(yīng)力和變形，從而減少整體變形。

圖3 內(nèi)部構(gòu)件組立預(yù)制示意

6)將完工的組立構(gòu)件對(duì)線安裝。此時(shí)安裝要絕對(duì)外包吻合，檢查的基準(zhǔn)是中縱構(gòu)件與舵系中心線水平對(duì)準(zhǔn)，不可有裝偏左、右不對(duì)稱現(xiàn)象。

7)安裝舵桿及舵銷舵承。安裝前要將與舵承相接的所有板材構(gòu)件的余料切割掉，開對(duì)接坡口并打磨合格，安裝時(shí)嚴(yán)格調(diào)試舵承中線與舵系中心線對(duì)準(zhǔn)，定位焊固定，然后加碼材，要保證足夠的強(qiáng)度，以阻止焊接變形。

8)驗(yàn)收合格后進(jìn)行結(jié)構(gòu)與胎架面外包板的焊接。焊接過程中要隨時(shí)檢驗(yàn)軸線的變化和整體變化。

9)舵承與結(jié)構(gòu)焊接最后進(jìn)行。此時(shí)焊接的工藝應(yīng)分為三段焊接，先焊中段，再焊下段，最后焊上段，平焊也應(yīng)分段分層，這樣焊接對(duì)舵系中心線變形控制起著關(guān)鍵作用。

10)檢查舵系中心線的精度，如超差及時(shí)調(diào)整和矯正，既可安裝右舷外包板。先安裝中間兩塊板子，便于進(jìn)入內(nèi)部施工。

11)焊接右舷外包板外側(cè)對(duì)接焊，焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按焊接工藝施工，包括厚板的加熱程序，在裝右舷外包板時(shí)應(yīng)留6 mm的焊接間隙，焊接前，反面貼直徑為8 mm的圓陶瓷襯墊，這樣焊縫反面形成是一凹槽，打磨一下既可，能確保焊縫內(nèi)在質(zhì)量。

12)將掛舵臂脫胎整體翻身，用花墩將掛舵臂上、下4個(gè)角墊平，右舷朝下，因焊接應(yīng)力原因脫胎后，會(huì)有略微中垂現(xiàn)象，翻身以后左舷朝上就形成中拱現(xiàn)象，將舵桿及舵銷舵承軸線調(diào)平(用水平儀)，因此時(shí)略微有中拱現(xiàn)象，此時(shí)就須在左舷的上表面加載重物(如鐵砣)，借助外力幫助消除變形。

13)翻身后焊接非常重要，應(yīng)加大焊接量，使其受熱區(qū)域大一點(diǎn)，所產(chǎn)生的變形就越大，其目的是矯正翻身后的中拱現(xiàn)象。對(duì)于焊接過程必須進(jìn)行監(jiān)控，最好每天早晨上班之前打水平測(cè)量軸線變化。此時(shí)的測(cè)量經(jīng)過晚上的冷卻以后，可測(cè)得較準(zhǔn)的變化值，根據(jù)變化情況，調(diào)整焊接工藝程序，最終將變形控制在允許范圍內(nèi)。

14)所有已安裝構(gòu)件焊接完后，進(jìn)行全面的清焊、打磨，如果自由端由于焊接引起局部變形，要進(jìn)行矯正處理，特別是與導(dǎo)緣板的接縫處，要保證平直光順，坡口開好，打磨好，做好與導(dǎo)緣板相接的準(zhǔn)備。然后進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的焊接報(bào)檢工作，因此時(shí)還未安裝導(dǎo)緣板，相對(duì)進(jìn)去檢查的條件好一點(diǎn)，可減少封導(dǎo)緣板后的報(bào)檢量，待驗(yàn)收合格后即可進(jìn)行導(dǎo)緣板的安裝。

15)導(dǎo)緣板的安裝，此時(shí)里面空間非常狹小，采用內(nèi)襯墊外面焊接。應(yīng)選派技術(shù)水平較高的焊工施工，能保證一次焊接合格。

3 裝配與定位焊要求

因掛舵臂結(jié)構(gòu)較厚，焊接量大，為了減少變形，必須嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行焊接。

胎架要設(shè)在牢固的基礎(chǔ)上，胎架要有足夠的強(qiáng)度和剛度，并有一定的高度，便于施定位焊。

1)裝配邊緣應(yīng)清潔、干燥、無銹、無屑、無氧化物，無油脂和其它雜物。裝配邊緣的清潔范圍包括焊縫及焊縫附近15 mm左右的結(jié)構(gòu)表面。

2)裝配時(shí)，板的錯(cuò)位誤差<0.1t(t為板厚，且不大于2 mm)

3)定位焊要求。定位焊焊條為CJ427，定位焊長(zhǎng)度為35～45 mm, 定位焊間距250～350 mm。

4)焊接材料。CO2焊用焊絲牌號(hào)：AT-YJ502(Q)，焊絲直徑1.2 mm。

5)焊接參數(shù)。碳鋼板CO2焊焊接參數(shù)見表1。

表1 碳鋼板CO2焊焊接參數(shù)

6)盡量按照新工藝，采取平面焊。

7)鑄件焊接要點(diǎn)。

(1)鑄件板厚大于30 mm，焊前要求預(yù)熱，其溫度為100～150 ℃，范圍在縫口兩側(cè)100 mm區(qū)域，應(yīng)避免局部過熱，用氣炬進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，要用中性焰(不要用冒煙的火焰)，在整個(gè)焊接施工持續(xù)過程中預(yù)熱溫度應(yīng)保持恒定，溫度測(cè)試點(diǎn)距焊縫50 mm，見圖4。

圖4 溫度測(cè)量點(diǎn)示意

(2)層間溫度<250 ℃。

(3)多層焊時(shí)應(yīng)注意不宜擺動(dòng)過寬(<20 mm)，以保證合理的形狀系數(shù)(即焊縫的寬度C與融透深度S之比值C/S通常為1.3～2.0)，以減少焊縫偏析和裂紋傾向，見圖5。

圖5 多層焊接擺動(dòng)正誤對(duì)比

(4)進(jìn)行多層焊時(shí)，每層焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)相互錯(cuò)開30～50 mm，各層焊縫的起始點(diǎn)不應(yīng)在焊縫的交叉處。

(5)全焊透焊縫封底焊前，應(yīng)用碳弧氣刨刨槽，經(jīng)船東和船級(jí)社認(rèn)可后，再打磨，施封底焊。

(6)對(duì)較大間隙焊縫應(yīng)先長(zhǎng)肉，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的坡口間隙和角度時(shí)，再正式施焊。

8)焊縫順序。

(1)掛舵臂預(yù)制時(shí)，應(yīng)先焊板縫，再焊結(jié)構(gòu)間的對(duì)接縫，然后焊接構(gòu)架間的角焊縫，最后焊構(gòu)架與板之間的角焊縫。

(2)施焊時(shí)，應(yīng)盡量由雙數(shù)焊工從掛舵臂中間逐漸向前后，左右對(duì)稱施焊，以保證構(gòu)件的自由和均勻收縮。

(3)手工焊時(shí)，對(duì)較長(zhǎng)的焊縫應(yīng)采用逐步退焊法式分中退焊法。

(4)厚板施焊注意對(duì)稱進(jìn)行，不要一側(cè)焊完再焊另一側(cè)，按圖示要求，先焊焊縫截面的一半，再焊另一側(cè)，即按1、2、3、4的先后順序進(jìn)行(見圖6)，焊前要清根。

圖6 焊接順序示意

5 結(jié)論

1)關(guān)于掛舵臂，前期設(shè)計(jì)往往只注重結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，忽視施工的工藝性。因此應(yīng)該安排有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員仔細(xì)消化工藝方案，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，解決現(xiàn)場(chǎng)的問題。

2)對(duì)于厚板線型加工，應(yīng)采用鋼性好的鐵樣箱，配合T字樣板的使用，這樣才能保證線型準(zhǔn)確。傳統(tǒng)木制樣箱因剛度不夠，很難保證加工后的線型。

3)板厚大于30 mm的板材焊接按規(guī)范要求預(yù)熱100～150 ℃，層間溫度與此相同，安排合理焊接程序非常重要，還須采取嚴(yán)格的測(cè)量和控制措施。