45000t集裝箱滾裝船水密門精度控制

王壽祥，宮勁鏑，劉 楊

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

工藝與材料

45000t集裝箱滾裝船水密門精度控制

王壽祥，宮勁鏑，劉 楊

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

為更好地控制集裝箱滾裝船門框結(jié)構(gòu)的安裝精度，以45000t集裝箱滾裝船中只包含水密門結(jié)構(gòu)的分段為例進(jìn)行水密門精度控制研究。通過研究該分段的建造方式，改進(jìn)分段的建造工藝，合理安排門框結(jié)構(gòu)在分段建造過程中的安裝順序，進(jìn)而縮減結(jié)構(gòu)變形；同時(shí)，利用精度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行跟蹤測(cè)量，保證始終把精度控制在有效范圍內(nèi)。對(duì)焊接過程中采用的焊接方法進(jìn)行研究，改進(jìn)焊接工藝，采取逐步退焊法控制焊接熱量，進(jìn)而減少焊接變形。通過對(duì)分段水密門門框結(jié)構(gòu)的安裝工藝及焊接工藝進(jìn)行研究，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，總結(jié)出一套行之有效的建造工藝，確保分段門框結(jié)構(gòu)安裝精度得到有效控制，保證水密門的性能，為該系列船后續(xù)的分段建造提供參考。

集裝箱滾裝船；水密門；建造工藝；精度控制

0 引 言

45000t集裝箱滾裝船（以下簡(jiǎn)稱“集滾船”）是目前世界上最大的集滾船，船體結(jié)構(gòu)中的門框結(jié)構(gòu)較多。由于保證水密門門框結(jié)構(gòu)的密封性是全船建造的一個(gè)難點(diǎn)，因此，控制門框結(jié)構(gòu)的安裝精度是該船建造過程中的一個(gè)精度控制要點(diǎn)。

以涉及水密門門框安裝的 CS21(P)分段為例進(jìn)行研究。由于門框壓緊條整體同面度要求控制在3mm以內(nèi)，因此，門框結(jié)構(gòu)安裝時(shí)首先要保證其表面的平整度滿足要求。此外，左右門框間距應(yīng)控制在10mm以內(nèi)，以保證門框?qū)挾葷M足要求。圖1為門框結(jié)構(gòu)圖。

圖 1中，測(cè)量點(diǎn)的位置為：上口距門框邊緣50mm，左右距門框邊緣60mm，點(diǎn)與點(diǎn)間隔500mm。用全站儀進(jìn)行測(cè)量，控制平整度在 3mm以內(nèi)。左右門框的垂直度控制在5mm以內(nèi)，門框上下寬度控制在10mm以內(nèi)。

圖1 門框結(jié)構(gòu)圖（mm）

1 分段建造過程精度控制

由于 CS21(P)分段上安裝有門框結(jié)構(gòu)，因此控制該分段的建造精度也是保證門框精度的要點(diǎn)之一。該分段采用片段化建造方式，共分為甲板片段、舷側(cè)小分段和縱壁片段等3個(gè)片段，以通道甲板片段為基面反造，舷側(cè)小分段和縱壁片段分別合攏。

圖1中，左門框安裝在舷側(cè)小分段上，右門框安裝在縱壁片段上，橫梁安裝在甲板片段上。橫梁為扁鐵條，可在左右門框定位結(jié)束后再進(jìn)行安裝。

1.1 甲板片段的精度控制

甲板片段是以主甲板為基面反態(tài)上胎架建造的。首先保證胎架水平，在分段鋪板前用水平儀對(duì)胎架的水平度進(jìn)行測(cè)量以保證水平度滿足要求。由于對(duì)甲板片段構(gòu)架進(jìn)行電焊易引起甲板收縮變形，因此，需在胎架橫向及縱向增加角鐵拉條并與甲板定位，以控制變形，尤其是在FR73和FR74肋位處。這樣做是因?yàn)樵搮^(qū)域?yàn)殚T框橫梁安裝區(qū)域，要對(duì)其作加強(qiáng)處理，必要時(shí)可采用槽鋼加強(qiáng)[1]。圖2為分段胎架圖。

圖2 分段胎架圖（mm）

1.2 縱壁片段的精度控制

縱壁片段以縱壁為基面建造，安裝構(gòu)架時(shí)主要保證縱壁的平整度。電焊過程中采用對(duì)稱施焊的方式并控制參與焊接的人數(shù)（要求同時(shí)施焊≤4人），以減少整個(gè)片段構(gòu)架的熱輸出率，減少變形[2]。此外，為保證門框的平整度，右門框結(jié)構(gòu)暫不在縱壁片段建造階段安裝，待分段合攏并利用全站儀定位后再進(jìn)行安裝。圖3為縱壁片段合攏圖，其中門框結(jié)構(gòu)未安裝。

1.3 舷側(cè)小分段精度控制

舷側(cè)小分段為雙殼結(jié)構(gòu)，以外板為基面建造。為提高片段的建造效率，可直接采用活絡(luò)胎架進(jìn)行建造。外板四周用拉條加強(qiáng)，以控制焊接變形。為保證門框結(jié)構(gòu)邊緣表面的平整度，在對(duì)結(jié)構(gòu)邊緣的加強(qiáng)板條施焊前，需在反面硬檔處增加槽鋼加強(qiáng)，以控制焊接變形，避免門框邊緣出現(xiàn)波浪形狀。在門框邊緣加強(qiáng)筋板焊接結(jié)束之后，將槽鋼拆除。圖4為舷側(cè)小分段示意。

此外，由于左門框結(jié)構(gòu)中嵌入了外板雙殼結(jié)構(gòu)，因此，門框需在片段建造階段安裝到位。為保證門框的平整度，該階段僅對(duì)門框結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位，不施焊。分段合攏時(shí)，待門框平整度調(diào)節(jié)到位，并完成必要的加強(qiáng)之后再施焊。圖5為舷側(cè)小分段合攏圖。

圖3 縱壁片段合攏圖

圖4 舷側(cè)小分段示意

圖5 舷側(cè)小分段合攏圖

2 分段合攏

分段合攏時(shí)的主要控制點(diǎn)：首先保證舷側(cè)小分段和縱壁片段合攏上胎架后的垂直度。由于舷側(cè)小分段和縱壁片段各有1個(gè)門框結(jié)構(gòu)，是門框結(jié)構(gòu)的載體，要想保證門框的精度，首先就要保證舷側(cè)小分段和縱壁片段的精度。此外，只有保證2個(gè)片段的垂直度才能保證分段整體的精度水平在船塢搭載時(shí)期不會(huì)因其他因素影響而發(fā)生變化。

片段合攏時(shí)的垂直度控制主要采用吊線錘的方式：首先用線錘將片段艏艉端下口（分段合攏狀態(tài)的上口）蕩至地面畫出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后將甲板面的劃線點(diǎn)蕩至地面，通過檢驗(yàn)兩點(diǎn)的偏差來檢驗(yàn)片段的垂直度[3]。

在分段合攏定位完成而對(duì)合攏縫施焊前，需采用圓管加強(qiáng)，以控制焊接變形（見圖6）。由于片段較高，在對(duì)片段和甲板的角焊縫施焊時(shí)片段的垂直度較難控制，燒單面角焊縫易導(dǎo)致片段傾斜，因此，用圓管支撐之后再施焊。與槽鋼相比，圓管有更好的強(qiáng)度保證，不容易彎曲[4]。

圖6 分段裝配流程圖

3 門框結(jié)構(gòu)的精度控制

分段是門框結(jié)構(gòu)的載體，在整個(gè)分段合攏到位、各精度達(dá)到要求之后，對(duì)門框結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝及精度控制。

1) 利用全站儀測(cè)量門框的平面度：對(duì)于左門框結(jié)構(gòu)，在距離門框邊緣60mm處，每隔500mm設(shè)置一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于右門框結(jié)構(gòu)，因右門框未安裝，暫時(shí)以縱壁片段上的數(shù)控線為參考點(diǎn)，每隔 500mm設(shè)置一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，主要以左門框?yàn)榛鶞?zhǔn)，調(diào)整右門框，將需調(diào)整的點(diǎn)在縱壁片段上畫出，根據(jù)畫出的點(diǎn)安裝右門框。

2) 門框安裝到位之后，再利用全站儀測(cè)量一次，保證左門框和右門框邊緣60mm處的同面度在3mm以內(nèi)；同時(shí)，調(diào)整門框結(jié)構(gòu)的位置，以滿足精度要求。

3) 門框平面度調(diào)整好之后，需對(duì)其上下寬度進(jìn)行測(cè)量，保證上下寬度相差≤10mm。寬度的精度主要由舷側(cè)片段和縱壁片段的垂直度來保證，故對(duì)2個(gè)片段的垂直度進(jìn)行控制可保證此處寬度的精度。

4) 左門框結(jié)構(gòu)和右門框結(jié)構(gòu)的精度調(diào)整到位之后再安裝門框的橫梁結(jié)構(gòu)。橫梁為扁鐵條，利用全站儀配合將其安裝到位，滿足整個(gè)門框的平面度要求；施焊時(shí)采用方鋼斜撐將其固定，避免焊接變形。

5) 在對(duì)左右門框施焊前需對(duì)分段采取必要的加強(qiáng)措施，以控制焊接變形（見圖7）。

6) 在焊接左右門框結(jié)構(gòu)時(shí)，為減少焊接熱輸出引起的結(jié)構(gòu)變形，采取分段逐步退焊法對(duì)構(gòu)架立角焊施焊，焊接順序見圖8。施焊過程中的熱量輸出是導(dǎo)致焊接變形的重要原因，而該焊接方法可使焊接熱量輸出分散，避免熱量集中導(dǎo)致焊接變形[5]。

圖7 分段加強(qiáng)示意

圖8 門框結(jié)構(gòu)焊接順序示意

4 結(jié) 語

最終的測(cè)量結(jié)果表明，以上精度控制方案對(duì)CS21(P)分段水密門精度的控制有積極作用，在使該分段的精度滿足要求的同時(shí)，還保證了分段總組搭載的精度及進(jìn)程。集滾船的水密門結(jié)構(gòu)較多，該分段門框結(jié)構(gòu)安裝精度研究不僅可為該船其他分段門框結(jié)構(gòu)的安裝提供參考，還可為該系列船的后續(xù)船的設(shè)計(jì)建造提供技術(shù)支撐。

[1] 徐兆康. 船舶建造工藝學(xué)[M]. 北京：人民交通出版社，2000.

[2] 趙偉興. 船舶電焊工[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[3] 李艷君. 船體精度控制技術(shù)研究[D]. 大連：大連理工大學(xué)，2005.

[4] 劉小凡. 船舶建造中一種先進(jìn)的精度控制方法[J]. 船舶工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息，1997 (6)∶ 16-21.

[5] 胡日強(qiáng). 船體建造精度控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 大連：大連理工大學(xué)，2007.

Precision Control of the Watertight Door on 45000t Con-Ro Ship

WANG Shou-xiang，GONG Jin-di，LIU Yang
（Hudong-zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China）

In order to control the installation precision of the door frame inside hull structures, a study was carried out on the watertight door precision control of a 45000t Con-RO ship block that only contains watertight door structures. The construction method of the block was analyzed and the construction technique was improved by properly arranging the installation procedure of the door frame structure construction to reduce structure deformation. At the same time, a device with high accuracy was used for the measurement followed to make sure that the precision is constantly controlled within the allowance. The welding method was also studied to improve the welding technique, where gradual back welding method was used to control the heat so as to reduce welding deformation. The studies on watertight door frame structure installation technique and welding technique combines theory with practice and derives a series of valid construction techniques which can ensure the effective precision control of the door frame installation and its watertight performance and provide reference for the subsequent block construction of this series of ships.

Con-Ro ship; watertight door; construction technique; precision control

U671.8；U674.13

A

2095-4069 (2017) 02-0053-04

10.14056/j.cnki.naoe.2017.02.009

2016-03-24

工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目（工信部聯(lián)裝[2012]534號(hào)）

王壽祥，男，工程師，1983年生。2006年畢業(yè)于大連水產(chǎn)學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)，現(xiàn)從事船體工藝技術(shù)相關(guān)工作。