分段裝配結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置及應(yīng)用

劉　林

（廣船國際質(zhì)量管理部）

分段裝配結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置及應(yīng)用

劉林

（廣船國際質(zhì)量管理部）

本文介紹了分段裝配結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置的含義和重要性,通過對造船精度補償量、余量的深入理解和常規(guī)結(jié)構(gòu)補償量、余量施放原則的研究，分析現(xiàn)階段船體補償量、余量設(shè)置上存在的典型問題，制定出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置工藝方案并予以應(yīng)用實施。一方面減少了現(xiàn)場大量的重復(fù)劃線和氣割工作量，降低了施工人員勞動強度，縮短了分段建造周期，提高了分段建造精度。另一方面為我們往后深入研究和細(xì)化造船精度管理工作提供了借鑒。

精度管理分段裝配負(fù)余量

0　前言

分段裝配結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置即是在船體分段建造過程中，將零件、部件的建造尺寸，應(yīng)用統(tǒng)計分析的原理和方法，制定出分段建造各工序中每個零件、部件的最合理的精度標(biāo)準(zhǔn)，對分段零件、部件等中間產(chǎn)品實施負(fù)余量設(shè)置，消除零、部件在裝配過程中因裝配間隙的影響，避免二次定位、劃線及切割，從而實現(xiàn)分段建造過程的精度控制，以最大限度的減少現(xiàn)場修整的工作量，縮短分段建造周期，降低分段建造成本。

1　造船精度術(shù)語補償量和余量的定義

補償量：是指船體各建造階段的中間產(chǎn)品經(jīng)過加工、裝配、焊接和火工校正等工序，都會產(chǎn)生不同程度的變形和收縮，為了有效控制中間產(chǎn)品的精度以保證最終產(chǎn)品的精度，在對上述的變形和收縮進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)上，對中間產(chǎn)品的相應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸在施工前即加放一定的工藝量，用于抵消由于結(jié)構(gòu)變形和收縮產(chǎn)生的影響，此種工藝量即稱為補償量。在中間產(chǎn)品完工后，補償量通常不用修割。

余量：是指為了保證最終產(chǎn)品的精度，在對中間產(chǎn)品的變形和收縮進(jìn)行定性分析的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)邊緣在施工前加放大于實際變形和收縮值的工藝增量，在中間產(chǎn)品完工后或進(jìn)入下一建造階段時進(jìn)行修割，以滿足精度要求，此種工藝增量即為余量。余量在指定的工藝階段切除。

2　常規(guī)結(jié)構(gòu)補償量、余量的施放原則

2.1零件切割補償量（詳見表1）

表1　零件切割補償量

2.2構(gòu)件邊緣加工余量和補償量（詳見表2）

2.3 構(gòu)件成型加工余量和補償量（詳見表3）

2.4分段部件的焊接補償量（詳見表4）

表3　構(gòu)件成型加工余量和補償量

表4　分段部件的焊接補償量

3　現(xiàn)階段船體補償量、余量設(shè)置上存在的問題

船體常規(guī)結(jié)構(gòu)補償量、余量的施放原則，一直以來是船體分段生產(chǎn)設(shè)計建模及放樣工作的基礎(chǔ)之一。從近幾年實船建造的情況來看，現(xiàn)行的船體結(jié)構(gòu)補償量、余量施放基本上都是正值。正因如此，船體建造過程中出現(xiàn)了部分結(jié)構(gòu)、部件在裝配、焊接時需要二次劃線、切割的重復(fù)工作，導(dǎo)致前期下料階段做了無用功，無形中增加了中合攏階段的切割、裝配及焊接工作量。通過長期現(xiàn)場工藝跟蹤，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 縱壁墩HL與底部D分段組裝，HL分段下口結(jié)構(gòu)二次劃線、切割問題

經(jīng)長期現(xiàn)場工藝跟蹤，在公司荔灣廠區(qū)建造的多型系列船的縱壁墩HL分段下口結(jié)構(gòu)余量施放情況如表5及圖1所示。

從以上表格數(shù)據(jù)可以得知，早期產(chǎn)品船縱壁墩結(jié)構(gòu)下口余量設(shè)置為30mm（如表1所示），與橫壁墩結(jié)構(gòu)下口余量設(shè)置一致。由于現(xiàn)場裝配時一直存在需要二次修割問題，在工藝上也一直在嘗試將原30mm余量設(shè)置修改為10mm，5mm甚至0mm，但仍然沒有解決問題。經(jīng)過深入調(diào)查及研究，由于縱壁墩兩側(cè)板存在傾斜角度以及現(xiàn)場施工精度、裝配間隙等原因，造成壁墩側(cè)板除去30mm余量外還有5～8mm左右需要切割，壁墩隔板除去30mm余量外也有2～3mm需要二次切割，且現(xiàn)場裝配時均需要將下料時已加工坡口的余量割掉，增加了工作量，且手工開設(shè)坡口效果不佳，影響了焊接質(zhì)量和效率。因此，縱壁墩結(jié)構(gòu)下口的負(fù)余量設(shè)置工藝改進(jìn)勢在必行。

圖1　縱壁墩結(jié)構(gòu)下口余量設(shè)置示意圖

3.2縱、橫壁墩內(nèi)部E型肘板安裝問題

縱、橫壁墩內(nèi)部E型肘板屬于分段內(nèi)部構(gòu)件，以往通常不設(shè)置負(fù)余量或余量設(shè)置為0mm（如圖2所示）。但在實際裝配中，由于設(shè)計建模原因，E型肘板設(shè)計建模后的尺寸偏大，裝配時與壁墩側(cè)板相抵，需要二次切割后方可裝配到位，如圖2所示。因此，縱、橫壁墩內(nèi)部E型肘板的負(fù)余量設(shè)置也被提上議題，工藝上需結(jié)合實際裝配間隙及公差要求進(jìn)行負(fù)余量設(shè)置。

圖2　　縱、橫壁墩內(nèi)部E型肘板示意圖

3.3底部分段間斷肋板及肋板加強肘板的裝配問題

底部分段間斷肋板及肋板加強肘板均屬于分段內(nèi)部構(gòu)件，通常不設(shè)置余量或余量設(shè)置為0mm（如圖3所示）。但由于切割設(shè)備精度問題，切割出來的肋板及其加強肘板等零件尺寸與理論尺寸有±1～2mm的差異。在現(xiàn)場裝配過程中，一旦出現(xiàn)正公差即尺寸偏大的情況，裝配時則需要進(jìn)行二次切割。若底部分段采用拉入法進(jìn)行裝配的話，正公差的出現(xiàn)將會導(dǎo)致肋板無法拉入。因此，間斷肋板及其加強肘板負(fù)余量設(shè)置意義重大。

圖3　底部分段間斷肋板及肋板加強肘板示意圖

3.4分段散裝外板拼板裝配問題

通常情況下，分段散裝外板板件寬度方向不設(shè)置余量或余量設(shè)置為0mm（如圖4所示），板件長度方向余量與分段端部一致。工藝上分段散裝外板焊接形式為CO2襯墊焊，CO2襯墊焊焊接坡口間隙為6～8 mm。一直以來，分段散裝外板設(shè)計建模時沒有考慮到CO2襯墊焊坡口間隙，在現(xiàn)場散裝外板裝配時，均需要對板件拼板縫邊緣進(jìn)行二次修割即將CO2襯墊焊坡口間隙修割出來后才能焊接。

圖4　分段散裝外板拼板示意圖

3.5艏艉分段水平、垂直隔板

艏艉分段（如SF41、B52等）水平、垂直隔板為分段內(nèi)部構(gòu)件，通常情況下不設(shè)置結(jié)構(gòu)余量或余量設(shè)置為0mm（如圖5所示）。這類結(jié)構(gòu)在裝配時經(jīng)常因下料時的切割誤差影響導(dǎo)致二次劃線、切割。

圖5　艏艉分段水平、垂直隔板示意圖

3.6角隅肘板

分段內(nèi)部角隅肘板原則上構(gòu)件余量為零，這類結(jié)構(gòu)在裝配時通常是插入裝配，精度要求較高，零件尺寸稍大就無法插入裝配到位，因此需要二次劃線、切割。

圖6　分段內(nèi)部角隅肘板示意圖

4　結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置工藝方案的制定及實施

4.1縱壁墩HL側(cè)板、隔板負(fù)余量設(shè)置方案

通過對縱壁墩側(cè)板、隔板下料、加工和裝配焊接各過程進(jìn)行跟蹤和調(diào)查，縱壁墩裝配過程出現(xiàn)余量較多需要二次劃線、切割的主要原因有：

⑴側(cè)板與頂板、內(nèi)底板均有一定的夾角（99.41°），而該側(cè)板有一定的厚度，該側(cè)板的上下腳的裝配情況如圖7所示。

圖7　縱壁墩頂板、側(cè)板裝配情況示意圖

下料資料內(nèi)的理論板寬為板中線的長度，而側(cè)板裝配有角度，造成側(cè)板在裝配階段有2.8mm左右的余量(圖示側(cè)板壁厚為17mm。壁厚越大，余量越多)。21mm厚側(cè)板開設(shè)的是雙邊坡口，則不存在此問題。

⑵部分?jǐn)?shù)控側(cè)板由等離子數(shù)控切割機劃線后，交由高精門切機下料。因等離子切割機為避免下料負(fù)公差，機器本身放有2.5mm的補償量，因此用等離子切割機劃線后，劃線尺寸已經(jīng)包含了機器補償量，而高精門切對線切割對線時又會產(chǎn)生±1～2mm的人為誤差,故致使壁墩側(cè)板存在更多的余量。

綜合以上兩點原因，為避免縱壁墩在裝配時二次劃線及切割，采取對縱壁墩側(cè)板及隔板設(shè)置負(fù)余量的做法。各型船縱壁墩側(cè)板、隔板負(fù)余量設(shè)置修改情況具體如表6所示。

4.2縱、橫壁墩內(nèi)部E型肘板負(fù)余量設(shè)置方案

縱、橫壁墩內(nèi)部E型肘板裝配問題主要集中在肘板實際尺寸偏大與壁墩側(cè)板相抵，需要二次切割后方可裝配到位。為避免此現(xiàn)象，采取對E型肘板兩側(cè)設(shè)置負(fù)余量的工藝措施。具體設(shè)置情況如圖8所示。

表6　各型船縱壁墩側(cè)板、隔板負(fù)余量設(shè)置修改情況

圖8　縱、橫壁墩內(nèi)部E型肘板裝配負(fù)余量設(shè)置示意圖

4.3底部分段間斷肋板及肋板加強肘板負(fù)余量設(shè)置方案

針對底部分段間斷肋板及其加強肘板裝配問題，通過現(xiàn)場監(jiān)控和測量、統(tǒng)計，根據(jù)裝配間隙公差要求及相關(guān)工藝規(guī)范，各型船負(fù)余量設(shè)置方案如圖9所示。

圖9　底部分段間斷肋板及其加強肘板裝配負(fù)余量設(shè)置示意圖

4.4分段散裝外板負(fù)余量設(shè)置方案

針對分段散裝外板裝配及散裝外板CO2襯墊對接焊間隙問題，采取對散裝外板拼板縫兩邊設(shè)置-3mm負(fù)余量。如圖10。

圖10　散裝外板負(fù)余量設(shè)置示意圖

4.5艏艉分段水平、垂直隔板負(fù)余量設(shè)置方案

為了避免艏艉分段內(nèi)部水平、垂直隔板等結(jié)構(gòu)在裝配時出現(xiàn)二次劃線、切割，采取的方案是根據(jù)分段構(gòu)件搭載順序在分段建造基準(zhǔn)面（如平臺或某一肋板為底建造時），在分段內(nèi)部水平、垂直隔板上端或艏端設(shè)置負(fù)余量-1～-2mm，如圖11。

圖11　分段水平、垂直隔板負(fù)余量設(shè)置示意圖

4.6 角隅肘板負(fù)余量設(shè)置方案

針對角隅肘板的安裝特點，我們采取的辦法是對角隅肘板與結(jié)構(gòu)相接端部設(shè)置-1mm～-2mm的負(fù)余量，主要是為了減小角隅肘板的端部尺寸，使角隅肘板便于裝配，同時又要滿足裝配間隙的工藝要求。具體如圖12所示。

圖12　分段角隅肘板負(fù)余量設(shè)置示意圖

5　實施效果

通過對上述結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置工藝方案的制定和實施驗證，我們對結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置前后裝配平均工時進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，具體如表7所示。

表7　結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置前后工時對照表

實際工時=單位工時（按工種）×派工人數(shù)

以我公司荔灣廠區(qū)建造的普通油船為例，單船分段裝配節(jié)省工時如表8所示。

表8　單船分段裝配節(jié)省工時

6　結(jié)束語

船體結(jié)構(gòu)負(fù)余量設(shè)置工藝方案制定及實施是造船分段建造精度管理控制工作上的細(xì)節(jié)之一，隨著未來航運業(yè)的發(fā)展，各類型新型船舶的創(chuàng)新，精度管理在造船技術(shù)上的應(yīng)用更加重要。造船精度管理的基本準(zhǔn)則是船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)，而精度標(biāo)準(zhǔn)與生產(chǎn)條件密切相關(guān)，必須從船廠的實際生產(chǎn)條件出發(fā)，探索最佳的余量和公差標(biāo)準(zhǔn)，作為船體實際建造的指南。船體建造精度管理的核心技術(shù)是尺寸補償量和加放，使之以補償量取代余量，減少甚至消除類似于二次劃線、重復(fù)修割等不必要的工作。我們通過本次課題的研究及實際應(yīng)用，一方面減少了現(xiàn)場大量的重復(fù)劃線和氣割工作量，降低了施工人員勞動強度，縮短了分段建造周期，提高了分段建造精度。另一方面，為我們往后深入研究和細(xì)化造船精度管理工作，在零件切割精度、加工尺寸、裝配間隙、焊接收縮量、反變形等細(xì)節(jié)上，投入人力物力進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集，包括各類型零件切割時間、每班次切割米數(shù)、曲型零件冷熱加工周期、每人每小時平均焊接米數(shù)、各類型分段裝配和焊接工時等方面提供了借鑒。

[1]《船體工藝手冊》ISBN978-7-118-08292-0

[2]《中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.01.005

劉林（1980--），男，工程師，質(zhì)量管理）

（2014-10-15）