雙相不銹鋼化學(xué)品船建造快速搭載工藝研究及應(yīng)用

孫德一

摘 要：為降低對(duì)龍門(mén)吊的占用時(shí)間，提升雙相不銹鋼化學(xué)品船建造的船臺(tái)搭載效率，結(jié)合雙相不銹鋼化學(xué)品船的特殊施工要求，從提升分段制作精度、創(chuàng)新槽型艙壁加強(qiáng)方案等方面研究設(shè)計(jì)了一系列雙相不銹鋼化學(xué)品船建造的快速搭載工藝，并在實(shí)踐中得到應(yīng)用。實(shí)踐證明，該系列工藝方案在提升搭載效率方面功效顯著，可供同行們參考。

關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼；化學(xué)品船；快速搭載工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：U671.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In order to reduce the occupation time of the gantry crane and improve the efficiency of erection during the construction of the duplex stainless steel chemical tanker， according to the special construction requirements for the duplex stainless steel chemical tanker and from the purpose of improving the block fabrication accuracy and innovating the bulkhead reinforcement scheme， a series of rapid erection processes for the duplex stainless steel chemical tanker are designed and applied. It is proved that this series of technology schemes can improve the efficiency of erection obviously.

Key words： Duplex stainless steel； Chemical ship； Rapid erection process

1 引言

化學(xué)品運(yùn)輸船是一種高技術(shù)、高附加值的船型，能夠建造化學(xué)品船—尤其是帶不銹鋼液貨艙的化學(xué)品船，是企業(yè)技術(shù)能力和管理水平的綜合體現(xiàn)[1]。

雙相不銹鋼是指金相組織由鐵素體和奧氏體兩相組成的不銹鋼，在其固溶組織中鐵素體相和奧氏體相約各占一半。雙相不銹鋼將奧氏體不銹鋼所具有的良好耐蝕性、塑韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強(qiáng)度、耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起，兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)。

雙相不銹鋼填補(bǔ)了普通奧氏體不銹鋼如316和高合金奧氏體不銹鋼之間的空白，將一般的二類(lèi)化學(xué)品船可裝載的化學(xué)品種類(lèi)由幾十種提升至幾百種。目前，世界上僅有中、美、韓等少數(shù)國(guó)家掌握了雙相不銹鋼化學(xué)品船的建造技術(shù)[2]。

近幾年國(guó)際海運(yùn)一致處于低位震蕩狀態(tài)，海洋工程、干散貨船、油輪等船舶市場(chǎng)一片低迷，然而雙相不銹鋼化學(xué)品船的新增訂單卻逆勢(shì)而上，逐步攀升。

面對(duì)低迷的船舶市場(chǎng)，我司積極謀求產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展。2016年初，公司承接了2艘13 000 DWT雙相不銹鋼化學(xué)品船的建造訂單，由此開(kāi)啟了華南地區(qū)第一家建造雙相不銹鋼化學(xué)品船的新篇章。該船貨艙區(qū)與化學(xué)品接觸的界面全部采用2205雙相不銹鋼，其余結(jié)構(gòu)仍采用常規(guī)船用碳鋼材料。

2 快速搭載必要性分析

2.1 周期緊、難度大

該船建造周期非常緊，按照我司先前相近尺寸客滾船的建造經(jīng)驗(yàn)，船臺(tái)周期比計(jì)劃周期要偏長(zhǎng)。另外，該船建造難度大、工藝技術(shù)要求高，又是公司的首制船，因此為了該船能按計(jì)劃如期建造，必須提前進(jìn)行提升搭載效率的工藝技術(shù)方案研究。

2.2 船臺(tái)吊機(jī)資源約束

該船計(jì)劃搭載船位所在的2#船臺(tái)僅有1臺(tái)龍門(mén)吊，而且翻身能力僅有75 t，致使該船分段劃分多達(dá)80多個(gè)，吊裝數(shù)量多、龍門(mén)吊使用頻率高；此外，在該船分段吊裝搭載時(shí)還需要進(jìn)行其他船舶的吊裝搭載，因此龍門(mén)吊資源緊張。

2.3 客觀環(huán)境需求

我司地處珠江入?？?，存在多雨、空氣濕度大、鹽份大和風(fēng)力大等客觀環(huán)境，而雙相不銹鋼的焊接對(duì)污染更敏感，特別是濕氣、油污、油脂和水分等污染物都會(huì)影響材料的抗腐蝕性及力學(xué)性能[3]。因此，確保貨艙區(qū)能夠短時(shí)間內(nèi)形成環(huán)段或者整體成型，是雙相不銹鋼的保護(hù)和施工要求。

2.4 市場(chǎng)需求

時(shí)下化學(xué)品船市場(chǎng)需求旺盛，為了能夠快速形成品牌效應(yīng)，搶占市場(chǎng)，必須要在預(yù)定周期內(nèi)優(yōu)質(zhì)高效的完成首制船的建造工作。

3 快速搭載工藝方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用

與傳統(tǒng)的碳鋼相比，雙相不銹鋼在材料加工、焊接變形、材料表面保護(hù)、變形矯正等方面有著特殊的施工要求。根據(jù)這些施工要求，結(jié)合其他船舶建造搭載過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我們從分段制作精度等幾個(gè)方面開(kāi)展了雙相不銹鋼化學(xué)品船建造快速搭載工藝研究與應(yīng)用工作。

3.1 提升分段制作精度

分段制作精度是影響船臺(tái)搭載定位效率的一個(gè)主要因素，特別是對(duì)雙相不銹鋼化學(xué)品船來(lái)講，分段制作精度更為重要，主要原因如下：

（1）采用無(wú)余量下料

與碳鋼不同，雙相不銹鋼的邊緣加工全部采用冷加工即機(jī)械加工，為了提高加工效率和質(zhì)量，雙相不銹鋼全部采用無(wú)余量下料，因此雙相不銹鋼焊接過(guò)程中產(chǎn)生的收縮量是影響材料尺寸精度的主要因素；

（2）焊接變形大

雙相不銹鋼相比碳鋼熱傳導(dǎo)率還要小，這就不可避免地要產(chǎn)生較大的焊接變形，因此如何減小焊接變形是雙相不銹鋼焊接中必須解決的問(wèn)題，這對(duì)于保證實(shí)船結(jié)構(gòu)平整度尤為重要[4]；

（3）換板周期長(zhǎng)、成本高

碳鋼材料通常是采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的板材，然后在廠內(nèi)自行按照實(shí)際需求尺寸套料、切割與加工。但雙相不銹鋼通常是直接采購(gòu)成品，無(wú)需進(jìn)行二次套料、切割與加工。此外，雙相不銹鋼大多是國(guó)外進(jìn)口，因此一旦發(fā)生由于精度超出公差范圍需要換板處理的話(huà)，成本和周期將很難把控。

由上述分析可知，與碳鋼分段制作相比，焊接收縮和焊接變形控制是影響雙相不銹鋼化學(xué)品船分段制作精度的關(guān)鍵因素。對(duì)此，我們采取的主要措施如下：

（1）針對(duì)雙相不銹鋼焊接收縮問(wèn)題

主要通過(guò)多次試驗(yàn)掌握不同焊接參數(shù)下雙相不銹鋼的焊接收縮量，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定放樣下料尺寸數(shù)據(jù)；此外，在實(shí)際的作業(yè)過(guò)程中，及時(shí)的進(jìn)行跟蹤測(cè)量與板縫間隙微調(diào)等手段，以此來(lái)確保雙相不銹鋼片體尺寸精度。

（2）針對(duì)雙相不銹鋼焊接變形問(wèn)題

在拼板階段主要采用擴(kuò)大板幅、減少焊縫、放置壓鐵等方式；而在分段制作階段主要通過(guò)胎架反變形、焊接順序、焊接參數(shù)、放置壓鐵，以及安裝保型模板等多種舉措來(lái)盡可能將變形控制在允許的公差范圍內(nèi)。

實(shí)踐證明，通過(guò)上述措施，首制船貨艙區(qū)分段完工精度報(bào)驗(yàn)一次合格率達(dá)到了90%以上。

3.2 槽型艙壁分段的保型與快速定位

經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，影響槽型艙壁分段搭載定位效率的主要因素除分段制作精度外，分段的保型和定位準(zhǔn)確性是兩個(gè)主要因素。針對(duì)這兩個(gè)因素，采取的主要措施如下：

（1）針對(duì)分段的保型問(wèn)題

圖1所示是調(diào)研過(guò)程中其他單位的常用方法，據(jù)工人反饋存在拆除時(shí)機(jī)早和施工強(qiáng)度大等問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，我們研究創(chuàng)新了一種新的槽型艙壁保型工藝方案（如圖2所示），該方案優(yōu)點(diǎn)如下：

① 保型效果好：通過(guò)在槽內(nèi)安裝加強(qiáng)保型支撐材，使整個(gè)槽型艙壁形成了一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)，可以同圖1所示方式一樣達(dá)到保型效果；

② 拆除難度低：該工藝方案單個(gè)加強(qiáng)支撐材重量約20 kg，拆除時(shí)完全不用吊機(jī)配合。而圖1所示方式的加強(qiáng)橫梁?jiǎn)蝹€(gè)重量高達(dá)幾百公斤，拆除難度大，且須要吊機(jī)配合；

③ 保型時(shí)間長(zhǎng)：該工藝方案加強(qiáng)支撐材因長(zhǎng)度短、重量輕，拆除后工人可以輕松搬出艙外，因此加強(qiáng)保型支撐材可以持續(xù)到整艙成型焊接完畢后再拆除；而圖1所示加強(qiáng)方案則必須在甲板分段吊裝前保型橫梁就需要拆除，否者將非常困難吊出艙外。

（2）針對(duì)快速定位問(wèn)題

主要采取在內(nèi)底板上提前完成反線(xiàn)（距槽型艙壁理論安裝線(xiàn)100 mm畫(huà)檢驗(yàn)線(xiàn)）和安裝限位板。由于槽型艙壁同下部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的對(duì)合性要求較高，將槽型艙壁的定位安裝檢驗(yàn)線(xiàn)反線(xiàn)工作前移至分段階段完成，在船臺(tái)搭載階段就可以節(jié)省劃線(xiàn)等待時(shí)間，快速檢查是否定位到位，從而降低對(duì)龍門(mén)吊的占用時(shí)間。

此外，為使槽型艙壁分段能夠快速落放在限定區(qū)域內(nèi)，設(shè)計(jì)安裝了限位板，如圖3所示。該限位板一方面便于搭載時(shí)將分段快速落放在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)，降低調(diào)節(jié)移位時(shí)間；另一方面可以用作舷側(cè)分段吊裝時(shí)的防傾倒拉線(xiàn)固定馬使用，從而減少了對(duì)雙相不銹鋼材料原始表面的破壞。

3.3 舷側(cè)分段高位支撐安裝前移

根據(jù)之前船舶的搭載經(jīng)驗(yàn)，影響舷側(cè)分段搭載效率的因素除分段制作精度外，主要是船臺(tái)階段安裝高位支撐時(shí)施工難度大、吊機(jī)無(wú)效等待時(shí)間長(zhǎng)。

為縮短船臺(tái)安裝高位支撐的時(shí)間，我們將一部分高位支撐的安裝提前至分段制作階段（如圖4所示），這樣就可以實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)低處作，從而大大降低船臺(tái)高位支撐安裝的難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短對(duì)吊機(jī)的占用時(shí)間，達(dá)到提升船臺(tái)搭載效率的目的。

3.4 研制快速施工裝置

分段在吊裝定位完畢后，由于分段還未進(jìn)行裝焊固定，吊機(jī)仍不能脫鉤，但占用時(shí)間越長(zhǎng)，搭載效率就越低。

為使工人能夠快速進(jìn)行裝焊固定工作，通常需要較長(zhǎng)時(shí)間搭設(shè)腳手架，這是影響快速脫鉤的一個(gè)主要因素。為縮短腳手架搭架時(shí)間，結(jié)合雙相不銹鋼的施工要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套該船專(zhuān)用的快速施工裝置（如圖5所示）。該裝置可以快速為工人創(chuàng)造施工條件，大大減少了船臺(tái)搭載腳手架的時(shí)間。

4 結(jié)論

如上所述是我司在建造雙相不銹鋼化學(xué)品船首制船時(shí)，為提升船舶搭載效率研究制定的主要工藝方案。實(shí)踐證明，這些工藝方案在首制船的船臺(tái)搭載中發(fā)揮了積極的作用，搭載定位速度快、吊機(jī)脫鉤快、腳手架搭設(shè)工作量大幅降低，整個(gè)船舶建造周期比預(yù)期縮短近1個(gè)月。

上述工藝方案可供同行們研究參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳國(guó)秋等.3000噸級(jí)不銹鋼化學(xué)品船的建造及分折.第十屆全國(guó)內(nèi)河船舶與航運(yùn)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C]. 2006 .

[2] 化學(xué)品船的“新寵”——雙相不銹鋼化學(xué)品船[J].交通建設(shè)與管理， 2006（07）.

[3] 岳斌.2205 雙相不銹鋼的焊接工藝研究[J].化工機(jī)械.36 （1）.

[4] 楊繼承.不銹鋼艙化學(xué)品船焊接工藝技術(shù)研究 [D].哈爾濱工程大學(xué)， 2011.