基座總段定位安裝反變形工藝技術(shù)研究

郁丹+呂立軍+柯維軍

摘要：文章針對(duì)有水平度安裝要求的設(shè)備基座在總段上定位安裝的發(fā)展趨勢(shì)，研究分析了存在的問題，通過數(shù)據(jù)采集和分析，提出總段建造的精度控制要求和措施，運(yùn)用反變形工藝技術(shù)，明確有水平度安裝要求的設(shè)備基座在總段定位安裝要素，克服總段建造精度對(duì)基座在總段上定位安裝精度的影響，實(shí)現(xiàn)基座在總段上定位安裝。

關(guān)鍵詞：水平基座；總段定位安裝；反變形工藝；精度控制；船體總段 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U671 文章編號(hào)：1009-2374（2017）07-0015-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.007

1 概述

本文中有水平度安裝要求的基座簡(jiǎn)稱水平基座。水平基座在船體總段建造階段進(jìn)行定位安裝，不僅可以減少多工種作業(yè)相互干擾的問題，而且能有效保證水平基座定位安裝的施工條件，同時(shí)拉開了基座定位安裝與平面加工的施工間隔時(shí)間，保證應(yīng)力的時(shí)效處理，為基座精度控制創(chuàng)造了有利條件。在總段建造技術(shù)、區(qū)域舾裝技術(shù)研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，水平基座在總段上定位安裝是造船技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。水平基座在總段總組、吊裝、搭載期間，總段建造精度關(guān)系到水平基座定位基準(zhǔn)一致性和狀態(tài)變化，直接影響到水平基座的定位安裝精度和加工余量的留放。

2 總段建造對(duì)水平基座在總段定位安裝精度的影響

設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，其系統(tǒng)軟件上按照統(tǒng)一規(guī)定的坐標(biāo)系預(yù)先設(shè)置好相互之間的位置關(guān)系和尺寸，保證設(shè)備各系統(tǒng)以準(zhǔn)確的位置參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和解算，確保系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)的一致性。如果設(shè)備的實(shí)際安裝尺寸和水平狀態(tài)與預(yù)先設(shè)置的尺寸存在偏差，將會(huì)直接關(guān)系到設(shè)備的解算精度，影響到設(shè)備使用性能指標(biāo)。因此，作為設(shè)備的安裝平臺(tái)，水平基座在船體甲板上定位安裝，關(guān)鍵是要控制好基座與船體基準(zhǔn)之間的位置尺寸，位置尺寸包含縱向、橫向、垂向的三維定位尺寸以及安裝面的平行度等。另外，從水平基座的設(shè)計(jì)和施工方面考慮，基座結(jié)構(gòu)應(yīng)與船體結(jié)構(gòu)能夠相對(duì)應(yīng)，保證基座所受載荷能有效地傳遞到船體結(jié)構(gòu)上；基座面板留放的加工余量要統(tǒng)籌考慮，既保證有足夠的余量可以加工，又要使加工后的面板厚度保持均勻，以免給緊固件配置等帶來諸多

問題。水平基座定位安裝節(jié)點(diǎn)提前至總段建造階段進(jìn)行，在總段上進(jìn)行定位安裝的水平基座，其定位安裝精度將會(huì)隨著船體總段建造、吊裝、搭載、剩余分段和上層建筑搭載、設(shè)備安裝、電纜和管路敷設(shè)等后續(xù)施工作業(yè)不斷發(fā)生變化。

2.1 船體基準(zhǔn)前后一致性對(duì)水平基座在總段定位安裝精度的影響

船體基準(zhǔn)主要以船上基準(zhǔn)檢驗(yàn)平臺(tái)的基準(zhǔn)面和艏艉線作為參考基準(zhǔn)，全船設(shè)備與船體基準(zhǔn)必須在船舶處于正常排水量情況下保持平行或一致。通常總段在總組過程中按照平臺(tái)格子線和大地水平作為分段定位裝配的基準(zhǔn)，總段總組結(jié)束后，引入平臺(tái)格子線作為總段中心線；總段上船臺(tái)搭載時(shí)，以船臺(tái)基準(zhǔn)線和大地水平作為總段、上層建筑、主桅、煙囪等搭載的基準(zhǔn)，在主船體完整后再引入船臺(tái)基準(zhǔn)線作為全船中心線，以船臺(tái)固定傾角參照大地水平安裝基準(zhǔn)檢驗(yàn)平臺(tái)，基準(zhǔn)檢驗(yàn)平臺(tái)的基準(zhǔn)面作為主船體水平基準(zhǔn)。因此，總段在總組結(jié)束到主船體完整期間，總段中心線和水平狀態(tài)隨著施工進(jìn)展在不斷變化，這種變化存在許多不確定因素，造成在總段定位安裝的水平基座的定位參考基準(zhǔn)狀態(tài)不能確定。

2.2 基座部位船體強(qiáng)力結(jié)構(gòu)尺寸偏差對(duì)水平基座在總段定位安裝精度的影響

水平基座是強(qiáng)受力構(gòu)件，要求基座都安裝在船體相應(yīng)的強(qiáng)力結(jié)構(gòu)上，保證基座受力能有效地傳遞到船體上。然而，船體結(jié)構(gòu)在船體分段制造過程中會(huì)存在裝焊偏差；在總段總組時(shí)，分段相對(duì)平臺(tái)定位基準(zhǔn)存在總組裝焊偏差；在總段搭載時(shí)，總段相對(duì)船臺(tái)定位基準(zhǔn)也會(huì)存在搭載裝焊偏差，上述情況導(dǎo)致基座部位的船體強(qiáng)力結(jié)構(gòu)距基準(zhǔn)線尺寸產(chǎn)生偏差積累。當(dāng)基座定位安裝在船體上，與結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)時(shí)，就相應(yīng)造成水平基座定位尺寸的偏差，偏差具體表現(xiàn)在基座的縱向、橫向、垂向的三維定位尺寸中，偏差積累太大將會(huì)超出基座定位安裝的精度控制要求。

2.3 總段總組結(jié)束到主船體完整后水平狀態(tài)的變化對(duì)水平基座在總段定位安裝精度的影響

總段總組結(jié)束到主船體完整歷經(jīng)總段吊裝和搭載、剩余分段和上層建筑搭載、各類基座及設(shè)備安裝、電纜和管路敷設(shè)等施工流程?？偠慰偨M結(jié)束后吊運(yùn)至船臺(tái)，如起吊不當(dāng)，將使總段產(chǎn)生扭曲、損傷和塑型變形，造成總段總體尺寸和狀態(tài)發(fā)生改變而不能恢復(fù)；總段在船臺(tái)坐墩布置關(guān)系到總段落墩安全、三維對(duì)接狀態(tài)、受力分布和結(jié)構(gòu)變形等，直接影響到總段的精度控制水平；總段搭載時(shí)，往往由于兩搭載總段對(duì)接接口錯(cuò)位，難以調(diào)整到位，而通過簡(jiǎn)易工裝等手段強(qiáng)行對(duì)接，造成總段扭曲和結(jié)構(gòu)變形，從而導(dǎo)致總段狀態(tài)發(fā)生變化，包括總段龍骨線定位、總段四角水平、甲板中心線等產(chǎn)生偏離；總段搭載環(huán)焊時(shí)，往往因總段對(duì)接的端部強(qiáng)度和剛度不夠、裝配間隙設(shè)置不合理、焊接工藝不科學(xué)，焊接過程中將會(huì)產(chǎn)生較大的船體變形和整體扭曲；剩余分段和上層建筑搭載、設(shè)備及基座安裝、電纜和管路敷設(shè)等施工作業(yè)均會(huì)對(duì)船體狀態(tài)產(chǎn)生不同程度的影響，直接關(guān)系到總段建造、搭載和設(shè)備基座定位安裝的精度控制。

2.4 水平基座定位安裝施工工藝對(duì)水平基座在總段定位安裝精度的影響

水平基座在總段上進(jìn)行定位安裝與以往在主船體完整后進(jìn)行定位安裝相比，存在諸多差異，主要體現(xiàn)在施工節(jié)點(diǎn)、船體狀態(tài)控制、作業(yè)環(huán)境等方面。如果還單純以在主船體完整后進(jìn)行定位安裝的工藝進(jìn)行施工，不考慮施工狀態(tài)、條件等各種因素，那么水平基座從總段總組結(jié)束到主船體完整期間的定位安裝精度將會(huì)失控，直接導(dǎo)致水平基座報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。

3 船體建造精度控制與分析

水平基座在總段上定位安裝，涉及到兩個(gè)方面的內(nèi)容：一方面，總段建造的精度控制必須滿足水平基座的定位安裝精度控制要求；另一方面，水平基座提出的定位安裝精度要求必須在總段建造的精度控制過程中能夠?qū)崿F(xiàn)。因此實(shí)現(xiàn)總段建造必須在各個(gè)階段采取相應(yīng)的精度控制措施，嚴(yán)格控制總段建造的精度水平，為了準(zhǔn)確掌握總段建造的精度控制情況，通過總段建造精度控制，采用科學(xué)、準(zhǔn)確的測(cè)量方法，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，分析掌握總段建造精度控制的具體情況，并驗(yàn)證水平基座定位安裝傳統(tǒng)工藝的科學(xué)性。

3.1 數(shù)據(jù)采集

在多艘同型船總段上建立基準(zhǔn)面（線）的檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)總段建造的相關(guān)尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集過程涵蓋總段建造完工至船下水的各階段。數(shù)據(jù)采集采用匹配精度等級(jí)的測(cè)量?jī)x表，進(jìn)行多次測(cè)量，消除人為和偶然誤差，明確數(shù)據(jù)采集的船體施工狀態(tài)和環(huán)境條件，保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可比性。數(shù)據(jù)采集的主要內(nèi)容如下：（1）總段總組結(jié)束階段：總段水平度、長(zhǎng)度、寬度、高度、中心線；（2）總段搭載結(jié)束階段：船體中心線、基線撓度、縱骨距中、水平度（采用輔助檢測(cè)基準(zhǔn)）；（3）主船體完整階段（基座定位安裝）：船體中心線、基線撓度、縱骨距中、水平度（采用輔助檢測(cè)基準(zhǔn)）；（4）基座平面加工階段：船體中心線、基線撓度、水平度（采用輔助檢測(cè)基準(zhǔn)）；（5）船下水后正常排水量階段：水平度（采用輔助檢測(cè)基準(zhǔn)）。

3.2 數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)上述采集數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和研究分析，幾艘同型船的數(shù)據(jù)采集結(jié)果基本一致，說明數(shù)據(jù)采集的測(cè)量手段是合理的，建造精度控制措施是有效和穩(wěn)定的，關(guān)鍵掌握了總段建造精度控制的具體實(shí)際情況，也驗(yàn)證了水平基座定位安裝傳統(tǒng)工藝是科學(xué)合理的。針對(duì)水平基座在總段上定位安裝，數(shù)據(jù)采集研究分析重點(diǎn)在于影響基座定位安裝位置和水平狀態(tài)的總段建造精度控制方面。（1）總段主尺寸：分析尺寸偏差產(chǎn)生的原因，關(guān)系到總段搭載時(shí)船體狀態(tài)的控制，影響到水平基座位置和水平度狀態(tài)；（2）船體中心線：分析中心線不一致的具體原因，關(guān)系到水平基座定位安裝基準(zhǔn)的確定；（3）縱骨距舯尺寸：分析距中尺寸偏差產(chǎn)生的原因，關(guān)系到水平基座定位安裝的具體位置以及結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)；（4）船體水平狀態(tài)：分析水平狀態(tài)變化的原因。通過基線撓度和輔助檢測(cè)基準(zhǔn)水平度的檢測(cè)，反映出船體從總段總組結(jié)束到船處于正常排水量過程中各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的水平狀態(tài)變化（見表1），直接關(guān)系到水平基座定位安裝的水平精度控制和基座面板余量的留放。

3.3 精度控制

通過對(duì)水平基座在總段上定位安裝精度控制要求的研究，結(jié)合船體建造精度控制的實(shí)際水平，總段建造必須滿足《船舶船體建造精度要求》（GJB3182-98）和《艦船通用規(guī)范》（GJB4000-2000）規(guī)定的精度控制要求，才能夠?qū)崿F(xiàn)水平基座在總段上定位安裝。

通過對(duì)總段建造各階段的精度控制和數(shù)據(jù)采集的研究分析，在總段建造各階段優(yōu)化精度控制工藝，明確具體改進(jìn)措施和要求，嚴(yán)格控制總段建造精度，提高精度管理和控制水平。

（1）確定科學(xué)合理的焊接工藝，控制切割精度、板材劃線等偏差，通過多艘某型船的循環(huán)驗(yàn)證，掌握船舶分段、總段焊接和總段搭載環(huán)焊變形趨勢(shì)和規(guī)律，提高反變形值和焊接收縮值加放的準(zhǔn)確率，保證水平基座安裝位置處船體強(qiáng)力結(jié)構(gòu)的距舯尺寸；（2）優(yōu)化總段的吊環(huán)和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)置，確定科學(xué)合理的吊裝工藝；（3）優(yōu)化船臺(tái)坐墩布置，確定科學(xué)合理的主船體環(huán)形總段搭載工藝，配置三維調(diào)整工裝，在總段龍骨線定位、總段四角水平、中心線、肋檢線前后位置等方面嚴(yán)格控制總段搭載精度；（4）綜合考慮，明確船體基準(zhǔn)的狀態(tài)和要求?？偠慰偨M過程中，嚴(yán)格按照平臺(tái)格子線和大地水平進(jìn)行分段定位裝配，總段總組結(jié)束后，綜合船體結(jié)構(gòu)線、總段上船臺(tái)搭載的實(shí)際定位中心線來確定總段中心線，水平基座以此線作為定位基準(zhǔn)線；設(shè)備基座的水平基準(zhǔn)以總段總組的實(shí)際水平狀態(tài)來確定?？偠紊洗_(tái)搭載時(shí)，調(diào)整并固化總段狀態(tài)，保證總段中心線與船臺(tái)基準(zhǔn)線（和定位總段的中心線）保持一致，總段水平狀態(tài)按照總段搭載工藝進(jìn)行控制。通過某型船精度控制工藝的嚴(yán)格貫徹和實(shí)施，總段建造精度在總段主尺寸、船體中心線、縱骨距中尺寸和四角水平方面均滿足水平基座在總段上定位安裝的具體指標(biāo)要求。

4 反變形工藝的應(yīng)用

通過上述總段建造采集數(shù)據(jù)的研究分析和精度控制的實(shí)施效果，影響水平基座在總段定位安裝的關(guān)鍵因素就是船體的水平狀態(tài)變化。以表1某船27#肋位船體變形統(tǒng)計(jì)情況為例，水平基座在總段上定位安裝，基座水平安裝精度將隨著船體建造不斷變化，從總段總組結(jié)束到船下水處于正常排水量狀態(tài)時(shí)水平度變化累計(jì)6.5′，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出27#肋位設(shè)備基座2.5′水平度的要求，而克服水平狀態(tài)變化對(duì)基座定位安裝精度影響的有效手段就是采用反變形工藝。反變形工藝既可在總段搭載時(shí)實(shí)施，也可在基座定位安裝時(shí)實(shí)施，考慮到某船總段建造船體水平狀態(tài)變化較大，也要保證總段建造的整體精度水平，把反變形工藝分別落實(shí)在總段搭載和基座定位安裝時(shí)分步實(shí)施比較科學(xué)合理。

4.1 總段搭載反變形

總段上船臺(tái)搭載時(shí)，總段環(huán)焊會(huì)使搭載總段的自由端上翹，造成總段水平狀態(tài)發(fā)生變化，為此，通過總段搭載反變形工藝來抵消總段搭載時(shí)環(huán)焊引起的船體狀態(tài)變化。以某實(shí)船為例，F(xiàn)Z01總段在與EZ01基準(zhǔn)總段搭載時(shí)首端下沉15mm，AZ01總段與EZ01基準(zhǔn)總段搭載時(shí)尾端下沉19mm（見圖1）。根據(jù)FZ01總段首端下沉15mm，首端下沉15mm相當(dāng)于總段搭載時(shí)FZ01總段繞58#肋位橫剖面與基面的交線下沉量Ψ1=1.5′，也就是相當(dāng)于FZ01總段搭載時(shí)基座縱向水平度反變形量為δ2=-Ψ1=-1.5′。

4.2 基座定位安裝反變形

基座在總段定位安裝時(shí)，考慮到總段總組結(jié)束到船下水處于正常排水量狀態(tài)期間，船體水平狀態(tài)的變化，采用基座定位安裝反變形工藝來抵消水平狀態(tài)變化的影響。以表1某船F(xiàn)Z01總段27#（基座位置）船體變形情況為例，該基座累計(jì)水平度變化量為Δ，也就是說該設(shè)備基座在總段定位安裝時(shí)水平度反變形量值δ1=（-Δ1）+（-Δ2）=-6.5′（負(fù)號(hào)表示基座船艏方向低），其中-Δ2是水平基座傳統(tǒng)定位安裝工藝考慮的反變形量。

綜合上述反變形工藝，該水平基座反變形量總計(jì)δ=δ1+δ2=-8′，其中基座在總段定位安裝時(shí)基座水平度設(shè)定在-6.5′，總段搭載時(shí)總段水平調(diào)整在-1.5′。某船按照既定的精度控制工藝和要求實(shí)施建造，當(dāng)船處于正常排水量時(shí)，該基座相對(duì)船基準(zhǔn)平臺(tái)的水平度應(yīng)為0′左右，滿足該基座2.5′水平度的要求。此外，水平基座總段定位安裝反變形量還可以通過基于access數(shù)據(jù)庫(kù)的反變形預(yù)測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，結(jié)合理論知識(shí)為各階段船的反變形值設(shè)計(jì)提供參考值，通過數(shù)據(jù)融合，對(duì)實(shí)際和理論數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，計(jì)算出水平基座各階段的反變形值。

5 水平基座總段定位安裝要素

水平基座在總段定位安裝與傳統(tǒng)在主船體完整后定位安裝工藝相比，主要是總段建造帶來的精度影響問題。通過對(duì)各方面因素的影響分析，制定相應(yīng)的解決措施，總結(jié)出水平基座總段定位安裝要素如下：

5.1 水平基座定位安裝前的總段狀態(tài)

總段總組結(jié)束，總段建造精度滿足基座在總段定位安裝提出的精度控制要求，船體基準(zhǔn)線（面）標(biāo)定并確認(rèn)，總段施工狀態(tài)、作業(yè)條件和環(huán)境具備基座定位安裝的要求。

5.2 水平基座定位安裝準(zhǔn)備

固化施工條件（包括環(huán)境條件、人員、設(shè)備、測(cè)量?jī)x器等）、施工流程和施工要求，按照規(guī)定要求組織施工，合理應(yīng)用反變形工藝，嚴(yán)格控制基座定位安裝精度。

5.3 總段搭載時(shí)的精度控制

避免船體扭曲、損傷和塑型變形，監(jiān)測(cè)船體和基座的反變形狀態(tài)，嚴(yán)格控制總段搭載的精度，保證船體基準(zhǔn)線（面）前后相對(duì)一致性。

6 結(jié)語

基座總段定位安裝反變形工藝技術(shù)已推廣應(yīng)用于某型船舶上，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該工藝技術(shù)合理可行，實(shí)現(xiàn)了各型有水平度安裝要求的基座在總段上定位安裝，滿足了設(shè)備水平基座的安裝要求，保證了設(shè)備的安裝精度，提高了設(shè)備的預(yù)舾裝率。

作者簡(jiǎn)介：郁丹（1982-），女，上海人，滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）