現(xiàn)代化造船模式下的分段精度控制工藝研究

王 巖 ，柏 松 ，張紋梅，尤 惲

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212003;

2.解放軍陸軍車(chē)船軍代局駐廣州和柳州地區(qū)軍代室，廣州 佛山 528300;3.上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203)

現(xiàn)代化造船模式下的分段精度控制工藝研究

王 巖1，柏 松2，張紋梅1，尤 惲3

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212003;

2.解放軍陸軍車(chē)船軍代局駐廣州和柳州地區(qū)軍代室，廣州 佛山 528300;3.上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203)

現(xiàn)代化造船模式主要依托于造船成組技術(shù)，使船體建造從鋼板切割到分段搭載的工序流程化，將船體分段主要分為平直分段和曲面分段。為了加強(qiáng)船體建造的精度，提高造船的生產(chǎn)效率，分析了平直分段和曲面分段的特點(diǎn)，并結(jié)合不同分段的特點(diǎn)進(jìn)行了分段精度控制工藝研究。結(jié)果表明：運(yùn)用現(xiàn)代化造船模式下的分段精度控制工藝能大大加強(qiáng)分段的施工精度與生產(chǎn)效率。

船體建造工藝；成組技術(shù)；精度管理；質(zhì)量控制

0 引言

傳統(tǒng)造船模式對(duì)船體制造流程劃分較為粗糙，僅分為小合攏、中合攏和大合攏?，F(xiàn)代化造船模式廣泛應(yīng)用成組技術(shù)，在該模式下以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向，按區(qū)域組織生產(chǎn)，殼舾涂作業(yè)空間上分道，時(shí)間上有序，均衡連續(xù)地總裝造船。從鋼板預(yù)處理開(kāi)始，現(xiàn)代化造船模式將造船流程細(xì)分為加工、小組立、中組立、大組立、涂裝、總組立和搭載。精度控制貫穿于以上的整個(gè)船體制造流程，不同船型在各個(gè)制造階段均有不同的精度控制工藝和方法，同時(shí)也有著相似性和相通性，所以，做好分段的精度控制，是提高整個(gè)造船生產(chǎn)效率的根本所在。

1 現(xiàn)代化造船模式下的分段特點(diǎn)分析

現(xiàn)代化造船模式(U字型造船模式)流程如圖1所示，圖中的平直中心、平臺(tái)中心和曲面中心是分段制作中心，也是銜接加工和搭載的重要中間產(chǎn)品生產(chǎn)區(qū)域。

1.1 平直分段的特點(diǎn)分析

平直分段主要包括雙層底分段、雙舷側(cè)分段、內(nèi)部縱橫艙壁分段、甲板分段等。大部分分段片體均有平直中心流水線生產(chǎn)出，然后再由平臺(tái)中心翻身大組。圖2為典型雙層底分段大組流程。內(nèi)外底板

圖2 典型平面分段及其制作流程

1.2 曲面分段的特點(diǎn)分析

曲面分段主要是船艏和船艉分段，其制作難度較大，周期較長(zhǎng)，對(duì)精度控制要求也較高。一般的曲面分段是甲板加旁板的形式，先制作甲板分段，再以甲板為基面大組反造。其精度控制關(guān)鍵點(diǎn)是旁板制作時(shí)的拼板定位精度和其與甲板大組時(shí)的定位精度。典型曲面分段及其制作流程如圖3所示。

2 分段精度控制工藝

2.1 平直分段精度控制工藝

平直分段主要采用流水線形式，分平直中心(內(nèi)場(chǎng))和平臺(tái)中心(外場(chǎng))，其中內(nèi)場(chǎng)為中組，制作片段；外場(chǎng)為大組，片段翻身大組成分段。

平直中心主要制作平行中體分段的主板片體，主要包括雙層底內(nèi)外底板片體、雙舷側(cè)內(nèi)外底板片體、甲板片體、縱橫艙壁片體。片體基本采用流水線作業(yè)，制作時(shí)間較短，精度控制要求較高。片體在平直中心制作過(guò)程主要?dú)v經(jīng)拼板、主板焊接、縱骨裝配及焊接、橫向構(gòu)件裝配及焊接。其主要精度關(guān)鍵點(diǎn)是主板主尺度、正方度、M.K線、構(gòu)件裝配定位精度及垂直度。平直中心如圖4所示。

圖3 典型曲面分段及其制作流程

圖4 平直中心流水線

(1)主板長(zhǎng)度方向歷經(jīng)焊接后會(huì)發(fā)生收縮，主要是橫向構(gòu)件焊接收縮(每檔肋距收縮1 mm)。其拼板時(shí)理論尺寸為：主板長(zhǎng)度理論尺寸-坡口間隙(6 mm)+焊接收縮(肋距數(shù)×1 mm)+總組搭載補(bǔ)償。主板寬度方向歷經(jīng)焊接后會(huì)發(fā)生收縮，主要是FCB自動(dòng)焊收縮(每條拼縫收縮1 mm)、T排及縱向強(qiáng)構(gòu)件焊接收縮(每4檔縱骨間距收縮1 mm)。其拼板理論尺寸為：主板寬度理論尺寸(不同分段主板寬度尺寸不定)-坡口間隙(6 mm)+焊接收縮(縱骨數(shù)×0.25 mm)+總組搭載補(bǔ)償。

(2)拼板除確認(rèn)好拼板尺寸外，還須控制好拼板方正度，即主板對(duì)角差值控制在5 mm以?xún)?nèi)。再歷經(jīng)主板焊接后，須重新確認(rèn)主板尺寸及對(duì)角線，并進(jìn)行劃線。由于單板切割誤差等因素，主板拼板焊接后，主尺度及對(duì)角線與理論值會(huì)有偏差，寬度尺寸一般偏大10～20 mm，長(zhǎng)度尺寸一般良好。在劃線結(jié)束后將余量切割。

(3)主板劃線時(shí)，除劃制縱橫構(gòu)件線外，還須劃制與縱橫構(gòu)件線相匹配的150 M.K基準(zhǔn)線，主要用于后道對(duì)接。劃線基準(zhǔn)主要以超大型原油船船體精度布置圖上無(wú)余量或補(bǔ)償量的一邊作為絕對(duì)基準(zhǔn)劃線,并對(duì)4個(gè)基準(zhǔn)線交點(diǎn)敲定位點(diǎn)加深印記。典型的基準(zhǔn)線和縱橫構(gòu)件線如圖5所示，圖中，劃制的虛線為基準(zhǔn)線，實(shí)線為縱橫構(gòu)件線。

圖5 典型的基準(zhǔn)線和縱橫構(gòu)件線

劃線結(jié)束后，需要進(jìn)行T排裝焊和強(qiáng)縱橫構(gòu)件裝配。T排裝配時(shí)注意以絕對(duì)基準(zhǔn)邊的基準(zhǔn)線為準(zhǔn)對(duì)齊。T排焊結(jié)束后，對(duì)T排超出主板部分修割，開(kāi)好坡口并打磨光順。縱向強(qiáng)構(gòu)件裝配與T排一樣，以絕對(duì)基準(zhǔn)邊為準(zhǔn)裝配。橫向構(gòu)件多為拉入法裝配，無(wú)需確定基準(zhǔn)。

(4)片體精度測(cè)量分為焊前和焊后。焊前主要測(cè)量裝配定位尺寸、主板水平狀態(tài)和縱橫構(gòu)件垂直度。由于平直胎架為流水線式平板胎架，因而無(wú)法調(diào)節(jié)局部水平，某些有板厚差的片體須在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的水平值扣除其板厚差來(lái)獲得實(shí)際水平值。焊后主要測(cè)量主板水平狀態(tài)，確認(rèn)焊接對(duì)主板水平的影響。為避免焊接引起的水平不良，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)暮附禹樞颉?/p>

焊接時(shí)，一般應(yīng)先焊收縮量大的焊縫，后焊收縮量小的焊縫。船體結(jié)構(gòu)焊縫的焊接順序是先焊對(duì)接縫，后焊角接縫。對(duì)接縫的焊接順序是先焊平對(duì)接焊，后焊橫對(duì)接,最后焊立對(duì)接；角接縫的焊接順序是先焊立角接縫，后焊平角接縫。焊接結(jié)束后，再次確認(rèn)片體水平及縱橫構(gòu)件定位尺寸，對(duì)于水平不良的地方進(jìn)行火工矯正或開(kāi)刀修正。然后即可脫胎進(jìn)入平臺(tái)中心進(jìn)行翻身大組，并對(duì)基準(zhǔn)線進(jìn)行反駁至上表面，敲好定位點(diǎn)并貼上膠帶。

平臺(tái)中心主要是對(duì)有平直中心輸出的片體進(jìn)行大組。這類(lèi)分段大組周期較短，需要精控人員能夠快速準(zhǔn)確定位分段。其主要精度關(guān)鍵點(diǎn)是分段水平、艏艉及左右重合度、直線度等，可使用線墜、水平儀等二位儀器或用全站儀進(jìn)行測(cè)量分析。該類(lèi)大組精度控制次序主要是先調(diào)整分段水平，再確認(rèn)分段重合度，然后定位裝配并焊接。

(5)重合度(垂直度)是平直分段，尤其是雙殼分段的重要精度指標(biāo)，直接反應(yīng)該分段的制作質(zhì)量，影響該分段在總組搭載時(shí)是否需要開(kāi)刀修正。使用二維儀器測(cè)量精度時(shí)，可先使用水平儀測(cè)量水平，再使用線墜測(cè)量雙殼分段內(nèi)外底上基準(zhǔn)線交點(diǎn)的偏差來(lái)確定內(nèi)外底艏艉及左右重合度，偏差超過(guò)2 mm即進(jìn)行修正。線墜檢查重合度如圖6所示，確認(rèn)艏艉及左右偏差如圖7所示。

圖6 線墜檢查重合度

圖7 確認(rèn)艏艉及左右偏差

使用全站儀測(cè)量快速定位時(shí)，先保證分段水平狀態(tài)，再以外底縱向基準(zhǔn)邊為基準(zhǔn)。測(cè)量示意圖如圖8所示，圖中數(shù)字為測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量順序?yàn)椋合葴y(cè)量第1點(diǎn)和第2點(diǎn)；以這2個(gè)點(diǎn)為基準(zhǔn)軸，然后測(cè)量?jī)?nèi)底端面上各點(diǎn)，看第3、第5、第7、第8、第9點(diǎn)與第1點(diǎn)的X偏差，看第11、第12點(diǎn)與第1點(diǎn)的Y值偏差，即可判斷出該分段的重合度狀況，超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)立刻修正。其中，第3、第5、第7、第8、第9點(diǎn)偏差反應(yīng)艏艉重合度，第11、第12點(diǎn)偏差反應(yīng)左右重合度。測(cè)量表格見(jiàn)表1。

確定分段定位精度良好后，即可安排進(jìn)行焊接作業(yè)。其焊接順序與平直中心片體焊接類(lèi)似，可參照其焊接順序。焊接結(jié)束后，確認(rèn)焊后精度，并反駁基準(zhǔn)線，在交點(diǎn)處敲上定位點(diǎn)。用膠帶貼封，以備總組搭載時(shí)使用。

圖8 用全站儀定位平直分段大組

表1 快速定位數(shù)據(jù)表

2.2 曲面分段精度控制工藝

曲面中心主要制作船艏和船艉分段，艏艉分段外板多為雙曲度主板。制作過(guò)程較為復(fù)雜困難，在支柱胎架上制作，對(duì)精度要求較高。一般曲面分段由甲板和外板組成，外板和甲板分別各自大組，然后以甲板為基面大組反造。

2.2.1 外板片體制作

外板大組制作歷經(jīng)拼板、劃線、內(nèi)構(gòu)件裝配和焊接。外板拼板尺寸與平直片體所經(jīng)歷的收縮相近，不同的是拼板縫為CO2自動(dòng)焊，其收縮為2 mm。拼板時(shí)一般以?xún)蛇吘鶡o(wú)補(bǔ)償量和余量的1張板為基準(zhǔn)定位，然后依次定位其余主板。定位時(shí)注意板角和焊縫端部處吊線墜與胎架地線相重合，尤其是無(wú)補(bǔ)償量余量的一邊，一定要滿足相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。拼板焊接結(jié)束后，須劃制基準(zhǔn)線和構(gòu)件安裝線，其步驟和方法與平直主板劃線相似。圖9為第1塊曲板定位示意圖，圖10為其余主板定位及基準(zhǔn)線劃制。

外板曲度過(guò)大時(shí)，所需支柱型胎架高低相差較大。為保證其強(qiáng)度和支柱定位精度，須采用連桿連接各個(gè)支柱。連桿連接圖如圖11所示。

圖9 第1塊曲板定位示意圖

圖10 其余主板定位及劃制基準(zhǔn)線

圖11 連桿連接各個(gè)支柱

2.2.2 甲板片體制作

該流程與平直區(qū)域主板相同，僅僅是主板焊縫采用CO2自動(dòng)焊，每條板縫收縮為2 mm，比平直主板的多1 mm。甲板板較薄，一般約10 mm。內(nèi)構(gòu)件焊接收縮變形較大，拼板時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加放更多的分散延長(zhǎng)。

外板與甲板大組成分段時(shí)，一般以甲板為基面，扣上外板。測(cè)量時(shí)可使用全站儀快速定位其精度，定位方法與平臺(tái)分段快速定位相同。以甲板中心線標(biāo)出艏艉各2點(diǎn)，分別測(cè)出外板基準(zhǔn)端斷面坐標(biāo)，與中心線2點(diǎn)相比較，并根據(jù)此偏差調(diào)整。典型曲面分段大組快速定位如圖12所示，圖中，1～8為測(cè)量點(diǎn)。首先用全站儀測(cè)出1至8點(diǎn)，可用第3至第8點(diǎn)的X值與第1點(diǎn)的X值相比較，得出外板的的艏艉偏差及甲板的正方度。然后用第7至第8點(diǎn)的Z值與第6點(diǎn)的Z值相比較，看差值與理論尺寸的偏差，得出外板垂向定位精度，超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)及時(shí)調(diào)整。

待大組定位結(jié)束，可對(duì)相應(yīng)構(gòu)件裝配焊接。由于曲面分段主板都比較薄，為防止分段焊接變形，焊接前，應(yīng)對(duì)分段四周固定支撐，并焊死。待焊接結(jié)束，再進(jìn)行一次全站儀精度測(cè)量，對(duì)一些變形進(jìn)行修整，精度確認(rèn)無(wú)誤后，方可脫胎。

圖12 典型曲面分段大組快速定位

3 結(jié)語(yǔ)

分段的精度控制工藝研究是船體精控工藝研究的重要組成部分，對(duì)縮短造船周期和提高造船效率有著重要的意義。本文在現(xiàn)代化造船模式生產(chǎn)流程的基礎(chǔ)上總結(jié)研究了分段制作階段的精度控制工藝，為船廠結(jié)合自身的實(shí)際情況實(shí)踐總結(jié)出適合自己的精度控制工藝提供了參考。

[1] 聶聞天，咸屹，宮照明，等.基于精度控制技術(shù)的相關(guān)基準(zhǔn)線確定[J]. 船海工程,2014,4(2)：21-23.

[2] 朱旭志.船體結(jié)構(gòu)裝配中精度控制的幾個(gè)措施[J].廣船科技,2012(3)：18-21.

[3] 張明華.精益造船模式研究[M].北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2008.

[4] 李雪磊.大型船舶外板片體精度控制方法研究[J].廣東造船,2011(1)：36-39.

2016-04-16

王巖(1982—)，男，工程師，從事船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作；柏松(1973—)，男，工程師，從事船艇監(jiān)造及車(chē)輛監(jiān)造工作；張紋梅(1984—)，女，工程師，從事船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作；尤惲(1991—)，男，助理工程師，從事船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

U671.4

A

均在平直中心制作，然后在平臺(tái)中心以外地板為基面翻身內(nèi)底板扣上，形成完整雙層底分段。其片體制作和分段大組各有不同的精度控制工藝要求。