貨滾船大型艉門(mén)的裝焊精度控制

■ 商成剛，張芳杰，雷磊

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1. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該滾裝船是目前世界上先進(jìn)、綠色的貨物滾裝船，全長(zhǎng)210m，型寬28m，型深18m，設(shè)計(jì)吃水載重12000t，共計(jì)2980m車(chē)道線。該船擁有3層重貨甲板，能裝載250個(gè)MAFI單元/700TEU以及60輛小型汽車(chē)，可滿足重型貨物的裝載需要，擁有先進(jìn)的滾裝設(shè)備布置。該貨物滾裝船配置了兩臺(tái)先進(jìn)的硫化物洗滌塔，保證了廢氣的排放條件；同時(shí)擁有優(yōu)化的船體線型，以及更佳的推進(jìn)器和節(jié)能裝置設(shè)計(jì)，以降低航行阻力，減少燃油消耗，滿足苛刻的EEDI（船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)）要求。

在船上的貨物滾裝設(shè)備系統(tǒng)中，設(shè)置了一個(gè)目前全球貨滾船尺寸最大的單節(jié)艉門(mén)，由1節(jié)主結(jié)構(gòu)和15塊翼板組成；它是滾裝船連接碼頭的橋梁，可兼作車(chē)輛裝卸貨物上下船的跳板；滾裝貨物通過(guò)艉門(mén)跳板到達(dá)主甲板，也可從固定坡道到達(dá)內(nèi)底板，還可以從右舷的固定坡道直接到達(dá)露天上甲板。當(dāng)艉門(mén)收起后，能滿足艉門(mén)與船體的密性要求，充分體現(xiàn)了該艉門(mén)的多功能性和重要性。該船的艉門(mén)也是我廠有史以來(lái)建造的最大尺寸，其具體尺寸為：17m×26m（電動(dòng)）。

2. 艉門(mén)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與難點(diǎn)

艉門(mén)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與難點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）艉門(mén)是由一個(gè)主結(jié)構(gòu)和15塊翼板組成，驅(qū)動(dòng)方式通過(guò)電動(dòng)絞車(chē)及鋼絲繩操作，鎖緊方式采用液壓插拴及油缸鉤頭鎖緊。艉門(mén)的主結(jié)構(gòu)覆蓋了整個(gè)船寬，總重量約136t。為目前全球貨滾船最大、鉸鏈數(shù)量最多的單節(jié)艉門(mén)，單個(gè)面積及重量均創(chuàng)我廠建造歷史之最。

（2）整個(gè)艉門(mén)左側(cè)約2/3為平面結(jié)構(gòu)，有平整度要求，與船體通過(guò)橡皮壓緊條形成水密，以確保艉門(mén)與船體的密性。而艉門(mén)右側(cè)1/3是一個(gè)有弧度的非水密形式，弧面半徑20m，升高約380mm，該右段的坡道與左側(cè)結(jié)構(gòu)有臺(tái)階連接，且與主甲板和上甲板之間的固定斜坡道銜接。艉門(mén)左右兩部分合成了一個(gè)完整的艉門(mén)結(jié)構(gòu)。

（3）艉門(mén)整體結(jié)構(gòu)呈扁平狀，橫向由9道T形強(qiáng)梁，間距為2050mm，縱向由12道T形縱桁和53道普通縱骨HP220X11（AH36），縱骨間距為400mm，組成了該艉門(mén)的整體結(jié)構(gòu)；主結(jié)構(gòu)的焊腳高為6mm，附件（鉸鏈除外）焊腳9mm。

（4）艉門(mén)的精度要求為：長(zhǎng)/寬方向誤差控制范圍±4mm，對(duì)角線≤5mm，縱骨間板架變形量控制范圍±3mm，整體平整度控制范圍±12mm。鑒于該艉門(mén)的骨材間距小和其結(jié)構(gòu)形式、平整度及密性的要求，給建造的裝焊過(guò)程和精度控制帶來(lái)了一定的難度。

（5）艉門(mén)的15塊翼板通過(guò)重力折疊，鋼絲繩收緊（見(jiàn)圖1）；翼板和主結(jié)構(gòu)通過(guò)鉸鏈聯(lián)接，共有30套鉸鏈；單塊最大尺寸2.8m×3m，重量2.5t，總重約20t。

（6）艉門(mén)主結(jié)構(gòu)上的附件有2對(duì)主鉸鏈、9對(duì)支撐鉸鏈，共計(jì)22片鉸鏈眼板，與船體尾封上的鉸鏈座連接。另有7組滑輪組、車(chē)道擋板、欄桿、密封壓緊條、防磨條等附件，附件總重量約15t。其關(guān)鍵點(diǎn)是主鉸鏈和支撐鉸鏈的安裝定位，以及裝焊過(guò)程的控制；因其安裝精度要求高，焊接工作量大、應(yīng)力集中，易產(chǎn)生焊接變形，會(huì)直接影響到艉門(mén)的平整度和密性要求，也關(guān)系到艉門(mén)各鉸鏈同心度要求，以及今后使用的正常開(kāi)啟和使用壽命。

（7）艉門(mén)密封是通過(guò)U形橡皮槽的密封橡皮與不銹鋼扁鋼壓緊條的配合實(shí)現(xiàn)。扁鋼壓緊條在艉門(mén)的主結(jié)構(gòu)上需預(yù)裝好，而橡皮槽則在船體結(jié)構(gòu)上散裝。艉門(mén)壓緊條所在的區(qū)域平整度需嚴(yán)格控制，允許的誤差為每米2mm，總的極限誤差為4mm。

圖1 艉門(mén)府視圖

3. 艉門(mén)的建造工藝、精度控制方法和措施

結(jié)合艉門(mén)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、難點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)分析，經(jīng)過(guò)反復(fù)的模擬、推演和論證，以及各工序安裝部件適宜性和裝焊的可操作性。采取以下的工藝措施和方法，來(lái)控制整個(gè)建造過(guò)程的精度、質(zhì)量和生產(chǎn)周期。

（1）由于該艉門(mén)尺寸較大，又有水密與非水密兩部分，因此采取了頂板為基面的整體胎架建造，而在左右部分的右升高臺(tái)階處自然斷縫處，形成左右兩個(gè)部分，以便于建造過(guò)程中的應(yīng)力釋放，滿足圖樣的技術(shù)要求；并分別進(jìn)行平整度和精度等控制。而左右部分建造完成后，再組合成整體轉(zhuǎn)運(yùn)和吊裝上船。

（2）該艉門(mén)需兼作車(chē)輛上下船的坡道，設(shè)計(jì)前期經(jīng)與船東進(jìn)行充分的溝通，采用了防滑砂的形式；降低了若采用焊接型防滑條形式，而產(chǎn)生的大量焊接變形與應(yīng)力，為建造過(guò)程中保證該艉門(mén)的平整度打下了良好基礎(chǔ)。

（3）該艉門(mén)在拼板的板材切割前后需經(jīng)過(guò)校平處理，以消除原材料的應(yīng)力，最大限度確保板材上胎時(shí)的平整度。

（4）在該艉門(mén)的T5～T6橫梁之間有一道R20000mm的圓弧，由于曲面變化太小，拼板較大又不便于加工，故此處的曲面胎架模板必須拉靠；縱骨也要在此處斷開(kāi)，以確保該處的結(jié)構(gòu)光順過(guò)渡。而胎架的其他部位需確保水平，以控制艉門(mén)平整度。

（5）因艉門(mén)的縱骨間距較?。▋H400mm），又為6mm焊腳雙面連續(xù)焊，故放線時(shí)需考慮焊接收縮量，采用焊接小車(chē)焊接，以控制焊腳高度和整體重量。

（6）裝焊順序的控制：采取先縱向結(jié)構(gòu)，后橫向結(jié)構(gòu)，即縱向結(jié)構(gòu)安裝完，采用角焊機(jī)進(jìn)行雙數(shù)焊工從中間向兩端，對(duì)稱(chēng)交錯(cuò)進(jìn)行焊接；然后裝焊橫向強(qiáng)結(jié)構(gòu)。注意焊接電流、電弧電壓、焊接速度和焊腳高的控制，從而控制左右分片的焊接變形，以及應(yīng)力的有效釋放。

（7）建立過(guò)程跟蹤測(cè)量表，監(jiān)控該艉門(mén)建造過(guò)程中各關(guān)鍵部位的精度，尤其是主鉸鏈和支撐鉸鏈尺寸精度，以及不銹鋼密封條安裝區(qū)域的平整度。對(duì)過(guò)程中不滿足精度要求的部位，進(jìn)行裝焊順序、局部加強(qiáng)，以及針對(duì)性的結(jié)構(gòu)背燒等工藝措施的調(diào)整，滿足該艉門(mén)的精度要求在允許公差范圍內(nèi)。

（8）由于艉門(mén)的結(jié)構(gòu)存在大小端，前重后輕，以及左右不對(duì)稱(chēng)，整體尺寸又過(guò)大，給建造過(guò)程中的吊運(yùn)和翻身帶來(lái)了一定的難度，因此吊碼位置的設(shè)置是制造過(guò)程中安全的關(guān)鍵點(diǎn)。吊點(diǎn)位置不當(dāng)將會(huì)給此艉門(mén)帶來(lái)扭曲變形，造成不必要的校正工作，甚至更大的返工。為此，該艉門(mén)共設(shè)制了16個(gè)吊運(yùn)碼，其中翻身碼6個(gè)，用于過(guò)程中的三次翻身使用；最后只留8個(gè)吊運(yùn)碼用于該艉門(mén)轉(zhuǎn)運(yùn)和上船的安裝。

（9）艉門(mén)的面積較大，其附件（鉸鏈、滑輪組、鎖緊裝置等）又較多，焊接量自然很大，附件的裝焊對(duì)其平整度影響較大；反之，平整度控制不好，則影響其附件正確定位。如：艉門(mén)附件的關(guān)鍵是主鉸鏈和支撐鉸鏈的同心度，是核心也是難點(diǎn)，其主鉸鏈精度要求是0mm，支撐鉸鏈允許誤差是2mm；如果鉸鏈同心度出現(xiàn)偏差，每個(gè)鉸鏈與銷(xiāo)軸之間就會(huì)產(chǎn)生受力不均，或緊繃咬死，長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)造成銷(xiāo)軸或鉸鏈的磨損，造成了鉸鏈與銷(xiāo)軸之間的間隙大，艉門(mén)開(kāi)啟或者關(guān)閉時(shí)會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)或異響，甚至影響艉門(mén)密封性，直接影響艉門(mén)的使用壽命。該船的艉門(mén)共11對(duì)鉸鏈，22片鉸鏈眼板，同心度是該艉門(mén)附件的關(guān)鍵和重中之重；這也是被稱(chēng)為麥基嘉全球最大單節(jié)艉門(mén)的主要原因。

以下重點(diǎn)闡述該艉門(mén)主鉸鏈和支撐鉸鏈的安裝定位和焊接過(guò)程的控制過(guò)程：

第一，鉸鏈定位前，艉門(mén)主鉸鏈結(jié)構(gòu)橫向端部需增加保型綁材進(jìn)行固定，避免鉸鏈焊接過(guò)程中，結(jié)構(gòu)頂板變形，影響鉸鏈同心度。

第二，主鉸鏈、支撐鉸鏈、翼板折疊鉸鏈定位前，都要測(cè)量艉門(mén)頂板鉸鏈橫向區(qū)域的平整度，保證其水平度在±2mm；如果頂板不平，將影響鉸鏈定位的參照點(diǎn)，從而影響鉸鏈的同心度。

第三，鉸鏈中心線的設(shè)置由于鋼絲線在艉門(mén)寬26m長(zhǎng)距離下存在撓度，為此將鉸鏈的中心靶線由鋼絲線換成激光射線，以減小因鋼絲繩撓度影響而產(chǎn)生的誤差。設(shè)置鉸鏈的測(cè)量固定靶，確保各鉸鏈的中心線，以便測(cè)量和監(jiān)控焊接過(guò)程中鉸鏈同心度數(shù)據(jù)的變化，調(diào)整焊接位置或順序。

第四，鉸鏈同心度調(diào)整到位后，所有鉸鏈要用可調(diào)節(jié)的臨時(shí)支撐進(jìn)行相應(yīng)固定，以增加其剛性，防止焊接過(guò)程中的變形。并用圓管假軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，進(jìn)行對(duì)單個(gè)鉸鏈的焊接過(guò)程中輔助同心度的測(cè)量和控制，發(fā)現(xiàn)變形后及時(shí)調(diào)整臨時(shí)支撐以滿足要求。在整個(gè)過(guò)程中，還需做好測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄和分析。

第五，鉸鏈區(qū)域的焊接量極大，鉸鏈本體厚度60mm，與艉門(mén)結(jié)構(gòu)有對(duì)接和角接；同時(shí)鉸鏈上方還有T型材面板和不銹鋼壓條，鉸鏈之間還有封板，所有的焊接量集中到一起，造成鉸鏈的焊接應(yīng)力較大，鉸鏈座易產(chǎn)生前后收縮（移位）和上下偏差（轉(zhuǎn)動(dòng)）。為此，需采取適當(dāng)?shù)脑黾鱼q鏈的反變形量方法進(jìn)行焊接。

第六，明確艉門(mén)主鉸鏈整體焊接順序以及單個(gè)鉸鏈眼板焊接順序。整體施焊順序?yàn)橄戎虚g、后向兩邊，采用雙數(shù)焊工交錯(cuò)對(duì)稱(chēng)的焊接方法。而對(duì)單個(gè)鉸鏈眼板而言，先立焊后平角焊。焊接參數(shù)需嚴(yán)格控制 ，且盡量取規(guī)范數(shù)值的下限參數(shù)（見(jiàn)圖2）。

第七，鉸鏈板材材質(zhì)是DH36，焊接前需對(duì)鉸鏈進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度不低于100°；焊接的層間需測(cè)量鉸鏈同心度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)偏差立即停止施焊，待冷卻后再?gòu)?fù)測(cè)數(shù)據(jù)，如還出現(xiàn)偏差，結(jié)合鉸鏈同心前后、上下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，適當(dāng)對(duì)鉸鏈進(jìn)行干烘釋放應(yīng)力，直到鉸鏈同心度恢復(fù)到允許范圍。

通過(guò)采取上述的各項(xiàng)措施，經(jīng)過(guò)精控對(duì)所有11對(duì)鉸鏈進(jìn)行同心度數(shù)據(jù)檢測(cè)，結(jié)果都在技術(shù)要求范圍內(nèi)，鉸鏈安裝一次性成功。由此可見(jiàn)，我們對(duì)整體鉸鏈的焊接順序，以及單個(gè)鉸鏈眼板的焊接順序的工藝確定，以及焊接參數(shù)的管控措施，同時(shí)在計(jì)劃的編排考慮，工序流程的制定等措施都是有效的。

圖 2

（10）最后艉門(mén)尾翼板水平控制：尾部的15塊翼板通過(guò)鉸鏈連接板分別與艉門(mén)本體連接，艉門(mén)打開(kāi)時(shí)，尾部翼板與艉門(mén)成一定的角度，所有翼板都應(yīng)在一個(gè)平面上，不能參差不齊，否則將影響車(chē)輛的上下船。故需通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整翼板限位，來(lái)確保所有尾翼板在一個(gè)平面上。

4. 實(shí)施效果及結(jié)論

該船的艉門(mén)經(jīng)過(guò)上述工藝措施實(shí)施和過(guò)程控制，有效解決了該項(xiàng)目在建造過(guò)程中的難點(diǎn)，并控制了施工過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)，即建造過(guò)程中的建造精度以及裝焊變形。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)精控的測(cè)量和模擬搭載安裝，符合圖樣的技術(shù)要求，并于2018年2月27日在實(shí)體船上安裝一次成功，達(dá)到了預(yù)期的目的和滿意的中間產(chǎn)品。為后續(xù)的系列貨滾船艉門(mén)的建造積累了經(jīng)驗(yàn)，為縮短建造周期提供了依據(jù)。