10000TEU集裝箱船船體建造質(zhì)量控制分析

中海工業(yè)（江蘇）有限公司 張曉安

2013年12月27日，“MSC MONTEREY”號(hào)集裝箱船在行駛至加拿大紐芬蘭西南海域時(shí)，船員在接近主甲板處發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)約1.5 m的裂紋。隨后，裂紋擴(kuò)展至船舶外殼，在船體上形成了約30 cm的裂縫。調(diào)查人員經(jīng)一系列超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)4892 TEU的“MSC MONTEREY”號(hào)（建于2008年）開(kāi)裂原因是焊縫缺陷所致。

同年6月，商船三井（MOL）旗下8110 TEU的“MOL COMFORT”號(hào)（建于2008年）因在印度洋海域發(fā)生破裂而見(jiàn)諸各大媒體報(bào)端。之后該船竟斷成兩截后沉沒(méi)，令許多人詫異不已，因?yàn)樗吘故撬椰F(xiàn)代化船舶，且失事時(shí)并未遭遇急風(fēng)大浪，這令人聯(lián)想到該船舶在建造過(guò)程中的船體質(zhì)量控制。在現(xiàn)代化大型集裝箱船的建造過(guò)程中，應(yīng)保證船體焊接質(zhì)量，特別要嚴(yán)格按照工藝文件執(zhí)行，加強(qiáng)建造過(guò)程的檢驗(yàn)，及時(shí)解決船舶建造過(guò)程中的焊接缺陷問(wèn)題，才能避免上述海難事故的發(fā)生。

10000 TEU集裝箱船是為XX集裝箱運(yùn)輸股份有限公司設(shè)計(jì)建造的新一代超大型集裝箱船。該船總長(zhǎng)335.00 m，型寬48.60 m，型深27.20 m，結(jié)構(gòu)吃水15.00 m，載重量（結(jié)構(gòu)吃水）121800 t,可裝載10036只20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，續(xù)航力達(dá)到20000 n mile。該集裝箱船由于運(yùn)量大、航速快而受到國(guó)內(nèi)外航運(yùn)業(yè)巨頭的青睞，但因?yàn)榻ㄔ祀y度大、技術(shù)要求高、工藝復(fù)雜，建造技術(shù)和市場(chǎng)一直被歐美、日韓等造船企業(yè)壟斷。特別是分段大合攏工序，對(duì)于焊接技術(shù)要求特別高，稍有不慎就會(huì)造成鋼材變形，影響船舶整體承載力。本文重點(diǎn)介紹該船在船體建造過(guò)程中船體質(zhì)量控制的點(diǎn)滴體會(huì)。

一、10000TEU集裝箱船船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

對(duì)于10000TEU集裝箱船的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，首先要認(rèn)識(shí)大型集裝箱船的高應(yīng)力區(qū)域，這些區(qū)域在建造過(guò)程中，無(wú)論是裝配、焊接還是檢驗(yàn)均是需要重點(diǎn)關(guān)注的部位，同時(shí)這些區(qū)域也是船舶在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中易產(chǎn)生疲勞和損壞的位置。

大型集裝箱船通常為平甲板船，帶艏樓及尾下降甲板（Sunken deck），設(shè)有前傾式艏柱、球鼻艏、方型尾，甲板大開(kāi)口，尾部大外飄，貨艙內(nèi)設(shè)置水密橫艙壁和結(jié)構(gòu)艙壁（structure bulkhead）,單舵，單槳式船舶。大型集裝箱船船體基本結(jié)構(gòu)為縱骨架式，貨艙區(qū)域設(shè)置有雙層底和雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)，且在雙殼舷側(cè)的頂部設(shè)計(jì)為有效的抗扭箱結(jié)構(gòu)。在保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，對(duì)于部分中小型集裝箱船，也可用雙層底和具有抗扭箱或其他等效結(jié)構(gòu)的單層殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)代替。大型集裝箱船最典型的結(jié)構(gòu)布置為雙層底、雙舷側(cè)、兩舷通道、桁架式艙壁。

二、10000TEU集裝箱船結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)

1.甲板骨架及艙口角隅

開(kāi)口線以外的甲板均采用縱骨架式，甲板寬度小，為典型的大開(kāi)口船舶，甲板使用等級(jí)較高的高強(qiáng)度鋼EH36，板厚68 mm。艙口角隅為圓弧型或拋物線型等，機(jī)艙前部的甲板角隅采用匙型；對(duì)于開(kāi)口線以內(nèi)甲板，通常與艙口圍和橫艙壁結(jié)構(gòu)一同構(gòu)成箱型橫梁。

甲板結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)區(qū)域：位于貨艙口角隅處甲板板；艙口圍板與甲板室連接處,靠近甲板室處的貨艙口角隅板。

建造檢驗(yàn)要點(diǎn)：改良設(shè)計(jì),提高角隅插入板的鋼板級(jí)別，增加角隅插入板的板厚；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，適當(dāng)增大角隅半徑，角隅處自由邊打磨光滑或采用便于應(yīng)力釋放的特殊形狀艙口角隅；加厚的角隅插入板與周圍的薄板要有良好過(guò)渡；角隅插入板與上甲板的對(duì)接焊縫要位于角隅圓弧以外；角隅插入板如圖1所示，避免有任何開(kāi)孔（如通風(fēng)筒、空氣管和測(cè)深管的開(kāi)孔)；特別注意艙口端橫梁與舷側(cè)艙內(nèi)結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)良好；特別注意導(dǎo)軌架與角隅之間不要焊接。

2.舷側(cè)結(jié)構(gòu)

集裝箱船舷側(cè)采用雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)，并在內(nèi)舷側(cè)采用階梯型結(jié)構(gòu)，便于裝載集裝箱，同時(shí)增強(qiáng)總縱強(qiáng)度及增大壓載艙、燃油艙艙容。舷頂列板及內(nèi)殼頂列板通常采用等級(jí)較高、板厚較厚的高強(qiáng)度鋼，實(shí)際采用EH36，板厚68 mm。

舷側(cè)結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)區(qū)域：舷側(cè)外板縱骨與橫框架上水平扶強(qiáng)材的連接處，尤其在水密肋板處。

建造檢驗(yàn)要點(diǎn)：要注意正確的節(jié)點(diǎn)型式、良好的結(jié)構(gòu)對(duì)中、良好的趾端包角焊接。修理－改良扶強(qiáng)材的趾端設(shè)計(jì)，采用軟趾、軟根或軟趾加背面肘板的型式。

3.艙壁結(jié)構(gòu)

水密橫艙壁頂部設(shè)置箱型橫向結(jié)構(gòu)，同時(shí)在水密橫艙壁上設(shè)置垂直、水平桁材，以支持艙壁的扶強(qiáng)材；如圖2所示，在貨艙長(zhǎng)度中間設(shè)置由垂直、水平桁材構(gòu)成的非水密橫艙壁。在橫艙壁上設(shè)置有集裝箱導(dǎo)軌架。貨艙中后部區(qū)域，水密橫艙壁中下部設(shè)置燃油艙。

橫艙壁結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)區(qū)域：橫艙壁水平桁、垂直桁與內(nèi)殼縱壁、內(nèi)底板連接處。

建造檢驗(yàn)要點(diǎn)：注意連接端正確的節(jié)點(diǎn)型式，與內(nèi)殼、內(nèi)底內(nèi)結(jié)構(gòu)良好的結(jié)構(gòu)對(duì)中、良好的趾端包角焊接。

4.抗扭箱結(jié)構(gòu)

圖1 貨艙口角隅自由邊打磨光滑便于應(yīng)力釋放

圖2 橫艙壁結(jié)構(gòu)

圖3 抗扭箱

抗扭箱是集裝箱船參加彎扭載荷組合情況下總縱強(qiáng)度的主要部位，由強(qiáng)力甲板、外板、內(nèi)殼板、二層甲板和橫向箱型梁組成（對(duì)于單殼集裝箱船則在貨艙頂部設(shè)置單獨(dú)的抗扭箱）,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用縱骨架式，同時(shí)抗扭箱也可作為貫穿貨艙長(zhǎng)度的安全通道(passage way），一般在通道內(nèi)設(shè)有通向各個(gè)貨艙的水密門或風(fēng)雨密門，在內(nèi)殼板上設(shè)置的通向這些門的入孔為高應(yīng)力區(qū)域。

5.舭部結(jié)構(gòu)

10000 TEU集裝箱船貨艙內(nèi)舭部為臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，以便內(nèi)殼縱壁的結(jié)構(gòu)過(guò)渡，小型集裝箱船貨艙內(nèi)舭部通常為直角結(jié)構(gòu)，舭部?jī)?nèi)結(jié)構(gòu)為縱骨架式。

舭部結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)區(qū)域：在舭部艙室與雙層底連接區(qū)域，旁桁材、內(nèi)底板、雙層底橫向肋板和及舭部橫向框架之間連接處；縱艙壁與舭部艙室頂部連接處；舭部橫向框架上扶強(qiáng)材與底部、舭部和舷側(cè)縱骨連接處根部和趾端。

建造檢驗(yàn)要點(diǎn)：注意正確的節(jié)點(diǎn)型式、使用補(bǔ)板或插入板封閉開(kāi)孔、良好的結(jié)構(gòu)對(duì)中、良好的趾端包角焊接。

內(nèi)底板在舭部中端，未一直延伸至舷側(cè)，造成極大的應(yīng)力集中，內(nèi)底板需有良好的結(jié)構(gòu)過(guò)渡。使用與肋板相同的補(bǔ)板或插入板封閉開(kāi)孔。

危險(xiǎn)區(qū)域處內(nèi)底板、肋板和旁桁材之間角焊縫及內(nèi)殼縱艙壁與平臺(tái)板之間角焊縫應(yīng)加強(qiáng)焊接，取最大的焊接系數(shù)或采用全焊透或半焊透角焊縫，加強(qiáng)焊縫的長(zhǎng)度不小于300 mm。

6.雙層底結(jié)構(gòu)

圖4 雙層底結(jié)構(gòu)

10000 TEU集裝箱船的雙層底結(jié)構(gòu)采用縱骨架式如圖4所示，其結(jié)構(gòu)一方面要支撐貨物的重量；另一方面要參加船舶的總縱強(qiáng)度；雙層底內(nèi)除了設(shè)置縱骨外，還設(shè)置旁桁材和肋板，加強(qiáng)整個(gè)雙層底的板架強(qiáng)度，內(nèi)底板的箱角均座落在旁桁材和肋板上。雙層底的內(nèi)底板是容易受損的部位，內(nèi)部結(jié)構(gòu)根據(jù)其艙室的用途有著不同的特點(diǎn)，用于壓載的處所其內(nèi)部構(gòu)件容易出現(xiàn)腐蝕；在油艙/水艙界面容易出現(xiàn)熱腐蝕。

雙層底結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)區(qū)域：扶強(qiáng)材與內(nèi)底、外板縱骨的連接處。

建造檢驗(yàn)要點(diǎn)：特別注意正確的節(jié)點(diǎn)型式、良好的結(jié)構(gòu)對(duì)中、良好的趾端包角焊接。

圖5 艙口圍結(jié)構(gòu)

7.艙口圍板結(jié)構(gòu)

10000 TEU集裝箱船的貨艙艙口圍板為縱向連續(xù)結(jié)構(gòu)，如圖5所示，是集裝箱船參與總縱強(qiáng)度的主要部位，艙口圍的腹板、面板及扶強(qiáng)材采用較厚的高等級(jí)高強(qiáng)度鋼EH36，68mm板厚，艙口圍的終端要有良好的過(guò)渡。

艙口圍板危險(xiǎn)區(qū)域：艙口圍板終端結(jié)構(gòu)。

建造檢驗(yàn)要點(diǎn):注意趾端正確的節(jié)點(diǎn)型式，良好的結(jié)構(gòu)對(duì)中和趾端包角焊接，終端肘板與甲板之間角焊在靠近趾端處最好使用全焊透。

三、高強(qiáng)厚鋼板焊接過(guò)程控制要求

1.加工

要求嚴(yán)格控制板材切割精度，在厚板切割之前，采用試板校驗(yàn)切割機(jī)精度，超出精度控制標(biāo)準(zhǔn)的，要及時(shí)對(duì)切割機(jī)進(jìn)行校正或檢修。加工車間做好板材切割精度的自檢及記錄工作。切割結(jié)束后，對(duì)自由邊和開(kāi)孔邊緣打磨，自由邊切割需要磨平，較深的割痕采用烘槍加溫至120～150 ℃后使用81-K2焊絲進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)平后打磨光順。

嚴(yán)格控制厚板切割坡口的留根，不允許出現(xiàn)正公差，采用樣板檢驗(yàn)破口切割精度，班組長(zhǎng)自檢和精度管理員現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，并做好《板材坡口加工抽檢表》記錄。厚板零件材質(zhì)需要用記號(hào)筆清晰地書(shū)寫在零件上，以便追蹤。

2.拼板、部件

厚板拼板前進(jìn)行電加熱，加熱溫度控制在120～150℃之間，由車間相關(guān)人員確認(rèn)后施焊，并提供《加熱曲線表》。厚板定位焊的焊接質(zhì)量要求等同焊縫，不允許出現(xiàn)夾渣、裂紋等焊接缺陷，長(zhǎng)度在150～200 mm之間。厚板拼板除檢查主尺寸外，還要嚴(yán)格檢查焊縫邊緣平整度避免錯(cuò)位。厚板拼板裝配提交質(zhì)檢部驗(yàn)收，合格后方可施焊。

厚板拼板采用多層多道焊，預(yù)防角變形。拼板焊接結(jié)束后，切割引熄弧板后將端頭坡口修正，并打磨光順。焊絲具有特殊要求務(wù)必專船專用?；鸸ばＵ捎脡鸿F與加熱后空冷相互配合的方法，把火焰烘槍加熱以保證校正溫度，嚴(yán)禁水冷校正。火工加熱位置位于焊縫邊緣30～50 mm處，嚴(yán)禁直接在焊縫上加熱。厚板拼板全部由第三方檢測(cè)公司CCSI進(jìn)行UT100%檢測(cè)。厚板焊接缺陷需要反刨后打磨清理干凈，加溫至120～150 ℃后，使用81-K2焊絲焊接。

3.分段裝配、焊接

圖6 厚板焊接使用電加熱片加熱

拼板劃線結(jié)束后，將拼板縫與構(gòu)架交叉點(diǎn)的焊縫做磨平處理，再安裝構(gòu)架。所有吊環(huán)切割時(shí)需留根3～5 mm割除，然后打磨，避免傷及母材。厚板裝配提交檢驗(yàn)，驗(yàn)收合格后方可施焊。所有和厚板有關(guān)的電焊都需要電加熱，溫度控制在120～150 ℃之間，由相關(guān)人員確認(rèn)后施焊，并提供《加熱曲線表》。嚴(yán)禁在厚板自由端進(jìn)行電焊，包括支撐、加強(qiáng)、臨時(shí)護(hù)欄等。厚板開(kāi)孔全部由數(shù)控完成，如因修改需要現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔的，經(jīng)技術(shù)部門確認(rèn)后，采用專用磨具開(kāi)孔。構(gòu)架定位焊需要在主焊縫焊接之前打磨清除。涉及到厚板的補(bǔ)焊長(zhǎng)度＜30 mm的采用烘槍加熱缺陷部位至120～150 ℃，補(bǔ)焊長(zhǎng)度大于30 mm的，必須使用電加熱片先加熱后焊接，如圖6所示，嚴(yán)禁直接補(bǔ)焊。使用81-K2焊接的位置必須使用81-K2焊絲進(jìn)行補(bǔ)焊，嚴(yán)禁使用其他焊條、焊絲補(bǔ)焊。

四、結(jié)語(yǔ)

在建造10000 TEU大型集裝箱船過(guò)程中，只要按照船舶建造規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算，生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝要求，重點(diǎn)加強(qiáng)高強(qiáng)厚板的焊接控制，在產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)嚴(yán)格把關(guān)，就能建造出高質(zhì)量的大型集裝箱船，能夠預(yù)防和控制焊縫開(kāi)裂和船體斷裂，減少船舶海上事故的發(fā)生。