船舶整體建造過程中消除應(yīng)力集中工藝

賀兵

摘 要：船舶作為特殊產(chǎn)品，在建造過程中整體質(zhì)量至關(guān)重要。通過對船舶整體建造過程分析可知，在船舶整體建造過程中，如何消除應(yīng)力集中是提高船舶整體建造質(zhì)量的重中之重。從船舶建造過程來看，受到鋼板自身特性、焊接電流電壓、焊接環(huán)境及制造工藝的影響，焊接部件會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，不但影響船舶配件的整體質(zhì)量和強度，還會對船舶的整體裝配質(zhì)量產(chǎn)生重要影響?；谶@一認(rèn)識，在船舶整體建造過程中，應(yīng)認(rèn)真分析船舶建造工藝流程，深入分析造成應(yīng)力集中的原因，并制定具體的工藝措施，消除船舶整體建造過程中的應(yīng)力。

關(guān)鍵詞：船舶建造 焊接過程 組裝過程 應(yīng)力集中 工藝流程

中圖分類號：U671 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號1672-3791（2014）02（a）-0127-02

根據(jù)目前船舶建造施工的起重能力來劃分，在船舶建造中整體建造法比較普遍。同時也采用首部分段、左右舷側(cè)分段的分段建造船臺組裝的部分分段的建造。在船舶建造過程中為了有效消除船體應(yīng)力集中，加強船舶整體建造的質(zhì)量管理和施工工藝質(zhì)量控制，防止和減少在船舶建造過程中因船臺地基、船臺鋪設(shè)、船底板龍骨鋪設(shè)及基線勘劃、船體焊接殘余應(yīng)力等方面出現(xiàn)船體建造變形影響船體制造精度的控制，從而最終影響到船舶的建造質(zhì)量，特制定消除船體應(yīng)力集中的施工工藝。

1 船舶整體建造過程主要部件的質(zhì)量控制分析

1.1 船舶整體建造船臺地基的質(zhì)量控制

（1）船臺地基的處理，在基礎(chǔ)船臺上，采用重型壓路機進行來回碾壓，提高船臺的承壓能力。

在壓實的船臺上，采取在船臺整體左右舭部及中縱方向橫艙壁及機艙前后艙壁、軸包位置，挖掘澆筑0.75 m×0.75 m×0.75 m的正方體混凝土水泥墩，加強船舶船臺整體承壓能力，每個船臺選定10余個基準(zhǔn)點并定期進行檢測防止船臺下沉造成船體變形影響產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）船體胎架的制作，首先確定船體基線，測量出船臺首、尾高度差，根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)型式確定縱向主胎架龍骨數(shù)量，利用鐵墩定位在地面上，按每個墩位乘載量不小于10噸計算，胎架龍骨采用“工”字鋼或其他型材焊接固定形成整體。

其次，胎架龍骨間距應(yīng)與船體結(jié)構(gòu)主龍骨間距保持一致。再利用水平測量設(shè)備測量胎架龍骨平整度，并保證在同平面上。

（3）船臺下沉的測量，船底板鋪板完畢后將全船肋骨線標(biāo)出，確定肋位號。在首、中、尾部強構(gòu)件處，首部橫艙壁，中部水密橫艙壁，機艙前壁或后壁與縱艙壁交點處，設(shè)定6或8個測量點，用油漆或樁柱在地面標(biāo)記，測量其距船底板高度，數(shù)據(jù)存檔紀(jì)錄。

對測量的高度進行紀(jì)錄，每隔一個施工階段再進行測量，與原始紀(jì)錄數(shù)據(jù)進行對比，查看出船臺及胎架面是否存在下沉。

1.2 船舶整體建造船臺龍骨板鋪裝及底板肋骨線勘劃的質(zhì)量控制

（1）船臺龍骨板中心線，通?？捎眉饨?jīng)緯儀在船臺底板龍骨板上畫出船臺中心線。操作時，將激光經(jīng)緯儀安置在船臺中心線（船首）的端點，對中平整后，發(fā)出激光點到尾端龍骨中心點，每隔1.5～2 m畫出一點，然后將所有點子連成直線，即為船臺中心線。

（2）船底板肋骨線，船臺底板鋪裝完成，在船臺龍骨底板中心線上逐檔或間隔5檔畫出肋骨位置線、橫艙壁位置線，并用色漆標(biāo)上艙壁、肋骨號碼。

（3）繪制高度標(biāo)桿上的高度線，根據(jù)放樣間提供的高度樣棒，在船臺的高度標(biāo)桿上畫出基線水線和甲板邊線等全部理論高度線，作為水平軟管、激光水平儀或激光經(jīng)緯儀進行船臺鋪裝、分段吊裝定位和檢驗的基礎(chǔ)。

1.3 船舶整體建造的鉚焊施工質(zhì)量控制

（1）構(gòu)件預(yù)制，艙壁、機座、龍骨、框架等在車間平臺上預(yù)制焊接，并按樣板（或草圖）進行校正合樣，經(jīng)檢驗認(rèn)可后待用。預(yù)制構(gòu)件或建造后鋼板表面不允許有顯著的錘印或凹凸不平現(xiàn)象。剪切或氣割后的鋼板邊如不加工時，則切割邊緣與切割線內(nèi)的偏差：直線部分≯±1.0 mm；曲線部分≯± 1.5 mm。

（2）橫艙壁裝配焊接工藝，整個橫艙壁的外形尺寸，由樣臺提供樣板確定。拼板的材料規(guī)格型號，按照施工圖紙?zhí)峁┑牟牧弦?guī)格型號進行。焊接按“焊接工藝”的要求進行。焊接完工后，應(yīng)消除焊接變形并整平。

2 船舶整體建造過程消除應(yīng)力集中工藝分析

為了保證船舶整體建造過程的應(yīng)力集中能夠得到全面消除，應(yīng)采取以下幾項措施。

2.1 采用合理的焊接順序和方法

（1）保證鋼板和焊縫一端有自由收縮的可能性。

（2）先焊接對其它焊縫不起剛性拘束的焊縫。

（3）在構(gòu)架和板接縫相交的情況下，既有對接縫也有角接縫，此時應(yīng)先焊接對接縫然后再焊接角接縫。

（4）當(dāng)分段總段焊接時，盡可能由雙數(shù)焊工從分段中部逐漸向左右、前后對稱施焊以保證結(jié)構(gòu)均勻的收縮。

（5）處在大接頭同一斷面的各種構(gòu)件，應(yīng)先焊大接頭的對接焊縫，再焊其它構(gòu)件的對接縫，后焊其它構(gòu)件的角焊縫，以利于大接頭產(chǎn)生殘余應(yīng)力（至少可以減少大接頭的殘余拉應(yīng)力）。

（6）靠近大接頭的肋骨和隔艙壁的角接縫，一般應(yīng)在大接頭施焊后進行施焊。

2.2 選擇合理的焊接工藝參數(shù)

根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的情況，在允許條件下盡可能采用小焊接線能量，如手工電弧焊，采用小直徑焊條下限值焊接電流；或中等焊接電流，較快焊速，這樣可以減少焊件的受熱，從而減少焊接殘余應(yīng)力。

2.3 預(yù)留變形余量

船舶工程結(jié)構(gòu)的建造中，在裝焊補板和嵌補分段時，由于不能自由收縮產(chǎn)生很大應(yīng)力，在過大應(yīng)力作用下可能產(chǎn)生裂紋。應(yīng)預(yù)留余量焊接，焊接焊縫收縮把板拉平，這樣可以起到了減小焊接殘余應(yīng)力的作用。

2.4 焊接電流電壓的控制

船舶建造在焊接焊縫時焊接電流對手工電弧焊的電弧穩(wěn)定和焊縫成形有極為密切的影響，焊接電流大則焊縫熔深大，易得到凸起的表面堆高，反之則熔深淺。電流太小時不易起弧，焊接時電弧不穩(wěn)定、易熄弧。電流太大時則飛濺很大。不適當(dāng)?shù)碾娏髦颠€會造成其他的焊縫缺陷，焊接電流的選擇還應(yīng)與焊條直徑相配合，直徑大小主要影響電流密度。電流密度太小，電弧不穩(wěn)；電流密度太大時焊條發(fā)紅，影響正常焊接過程。一般按焊條直徑的4倍值選擇焊接電流，但立、仰焊位置時宜減少20%。焊條藥皮的類型對選擇焊接電流值有影響，主要是由于藥皮的導(dǎo)電性不同，如鐵粉型焊條藥皮導(dǎo)電性強，使用電流較大。焊接速度。焊接速度太小時，母材易過熱變脆。此外，熔池凝固太慢也使焊縫成形過寬；焊接速度過大時熔池長、焊縫很窄，熔池冷卻太快也會造成夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。一般焊接速度的選擇應(yīng)與電流相配合。手工電弧焊時的運條方式有直線形式及橫向擺動式，橫向擺動式還分螺旋、月牙形、鋸齒形、八字形等，均由焊工具體掌握以控制焊道的寬度。但要求焊縫晶粒細(xì)密、沖擊韌性較高時，宜指定采用多道、多層焊接。焊接層次。無論是角接還是坡口對接，均要根據(jù)板厚和焊道厚度、寬度安排焊接層次以完成整個焊縫。多層焊時由于后焊焊道對先焊焊道（層）有回火作用，可改善接頭的組織和力學(xué)性能。

2.5 焊縫缺陷產(chǎn)生原因及防止措施

焊縫易產(chǎn)生的缺陷種類為：氣孔、夾渣、咬邊、熔寬過大、未焊透、焊瘤、表面成形不良如凸起太高、波紋粗等。

缺陷產(chǎn)生的原因和防止措施見表1。

船舶建造過程中，由于船體構(gòu)件形狀多種多樣，建造過程較復(fù)雜，因此，在船舶建造過程中必須根據(jù)船體構(gòu)件裝配施工進度及焊接施工進度進行定期或不定期船臺基線測量、艙壁水平測量、分段吊裝裝配對位精度測量，船體焊接變型測量。對每次測量數(shù)據(jù)應(yīng)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行對照，發(fā)現(xiàn)誤差時應(yīng)及時進行較正，以最大限度消除船舶整體建造應(yīng)力集中對船舶質(zhì)量的影響，從而保證船舶建造質(zhì)量。

3 結(jié)論

通過本文的分析可知，在船舶整體建造過程中，要想有效消除應(yīng)力集中現(xiàn)象，就要從采用合理的焊接順序和方法、選擇合理的焊接工藝參數(shù)、預(yù)留變形余量、做好焊接電流電壓的控制和正確分析焊接缺陷入手，確保船舶整體建造過程應(yīng)力集中得以全面消除。

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