超大型集裝箱船綁扎橋精度控制建造工藝

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

造船精度控制是船舶制造過程中一項(xiàng)十分重要的工作，貫穿于船舶制造的整個過程[1]。精度控制的目標(biāo)是通過在造船過程中的被動管理，分析積累數(shù)據(jù)，反饋到生產(chǎn)設(shè)計(jì)，最終對整個造船流程實(shí)施主動管理。進(jìn)入21世紀(jì)，集裝箱船的發(fā)展已進(jìn)入第六代，載量超10 000 TEU，集裝箱船大型化趨勢愈加明朗[2]。隨之而來的問題是綁扎橋的外形也越來越大[3]，由于其結(jié)構(gòu)簡單、跨度大，建造工藝、運(yùn)輸方式等對其精度影響較大。

20 000 TEU綁扎橋設(shè)計(jì)有別于公司建造的18 000 TEU和韓國DSME同類型箱船(見表1和圖1，)，其綁扎橋是混裝20 、40 ft，集裝箱的箱角會落在綁扎橋上，所有綁扎橋還起到箱柱的作用，該綁扎橋結(jié)構(gòu)就更為復(fù)雜。

1 20 000 TEU綁扎橋精度問題

1.1 問題陳述

總結(jié)前期建造綁扎橋問題，主要存在五方面問題:水平超差;平臺板合攏時間隙超差;單獨(dú)立柱間距超差;斜插板角度超差;立柱下口余量過多。精度問題對比見表1和圖1、2。

1.2 精度問題產(chǎn)生原因

1)水平變形。由于結(jié)構(gòu)較弱，水平變形是造成綁扎橋投訴的主要問題，原因是①分段工藝加強(qiáng)較少，僅存在一條結(jié)構(gòu)吊碼加強(qiáng)，無法起到固定支撐作用，而又反復(fù)吊裝；②脫胎及翻身吊點(diǎn)較少，引起吊裝變形，無法回彈；③脫胎后擱墩擺放不平，擱墩數(shù)量較少，增加了綁扎橋變形可能；④在胎無法加放反變形，脫胎后近1/3的焊接量，導(dǎo)致二次變形。

表1 3種綁扎橋設(shè)計(jì)特點(diǎn)和控制難易對比

圖1 3種綁扎橋區(qū)別

圖2 20 000 TEU綁扎橋精度問題發(fā)生頻率

2)平臺板間隙。主要原因：①尺寸收縮量加放不標(biāo)準(zhǔn)；②現(xiàn)場施工未對端面實(shí)施精度控制；③脫胎后焊接收縮；④水平變化引起的尺寸偏差，同時現(xiàn)場火工背燒的校正加劇了平臺板間隙。

3)立柱間距。分段收縮量加放不標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致收縮嚴(yán)重失控；焊接未遵守焊接順序；分段脫胎后存在大量焊接量，收縮控制因素缺失，導(dǎo)致焊接收縮嚴(yán)重；水平變化引起局部尺寸偏差。

4)斜插板。裝配未按照標(biāo)準(zhǔn)要求準(zhǔn)配。

5)余量。未按工藝要求執(zhí)行。

2 綁扎橋精度控制方法

精度工藝分析主要從制作前來貨舾裝件精度驗(yàn)收[5]開始，包括制作中地線、胎架、方管定位、劃線、結(jié)構(gòu)安裝、水平控制、附件控制、脫胎控制，以及制作后問題收集。

2.1 來貨精度管理

由于綁扎橋?qū)χ本€度和水平度精度要求較嚴(yán)格，因此，對方管來料精度，確保其精度嚴(yán)于綁扎橋自身精度要求，避免由于方管自身精度問題造成精度偏差。對方管來料的精度控制項(xiàng)目包括尺寸、水平、端面重合度、直線度等，由外協(xié)廠家完成自控，精度來貨進(jìn)行抽檢(見表2)，如來貨存在問題，須先行校正后進(jìn)行安裝。

2.2 胎架管理

為了保證綁扎橋整體在胎水平可控，在分段制作前，需對胎架進(jìn)行水平精度確認(rèn)，胎架設(shè)置需要依據(jù)綁扎橋?qū)嶋H劃分[6]，保證方鋼管處有胎架支撐，保證其強(qiáng)度，同時為提升綁扎橋在胎接觸點(diǎn)，胎架應(yīng)采用槽鋼固定式模式，現(xiàn)場調(diào)平后進(jìn)行整體精度驗(yàn)收，同時在胎架上制作水平基準(zhǔn)點(diǎn)，以備后續(xù)復(fù)查之用，見圖3。

表2 綁扎橋來貨精度標(biāo)準(zhǔn)要求

圖3 綁扎橋胎架模式

2.3 綁扎橋地線施工應(yīng)用

由于綁扎橋?qū)儆阽U空的設(shè)計(jì)模式，其過程控制項(xiàng)目多，為有效減少現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)，地線的設(shè)置可有效提升分段定位精度，提升方管定位效率，因此合理制作和利用地線對綁扎橋進(jìn)行精度控制至關(guān)重要。

綁扎橋地線開設(shè)通過全站儀確立，確保地線角尺度，需開設(shè)方管左右位置地線和平臺板高低位置地線。在開設(shè)方管左右位置地線時以導(dǎo)向柱位置為基準(zhǔn)進(jìn)行開設(shè)，考慮過程分散延長的加放，首先要確兩導(dǎo)向柱位置準(zhǔn)確，同時將每檔方管位置均開設(shè)出來，做好左右端面合攏口位置標(biāo)示；開設(shè)平臺板高低位置地線時以第一層平臺板為基準(zhǔn)進(jìn)行上下開設(shè)，所有地線用粉線彈出，同時在端部敲上樣沖，用油漆進(jìn)行標(biāo)識，見圖4。

圖4 地線開設(shè)現(xiàn)場

2.4 第一層方管定位

第一層方管是綁扎橋制作的基礎(chǔ)，其鋪設(shè)時依據(jù)地線位置進(jìn)行依次擺放，在方管定位時需利用地線對方管左右位置進(jìn)行調(diào)整，注意方管自身上下同步度的設(shè)立，確保方管垂直，確保方管上下位置與地線匹配，之后利用全站儀或卷尺對方管位置進(jìn)行二次確認(rèn)。

確認(rèn)完畢后對方管水平進(jìn)行確認(rèn)，水平定位時在選取導(dǎo)向柱位置某一位置基準(zhǔn)點(diǎn)(后續(xù)統(tǒng)一以此為基準(zhǔn))，同時進(jìn)行標(biāo)示，方管定位完成后用卡馬進(jìn)行固定，確保其不左右晃動，見圖5。

圖5 第一層方管定位現(xiàn)場

2.5 結(jié)構(gòu)安裝

方管定位完成固定后，對綁扎橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配。首先對結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行劃線，劃線時以第四層平臺板為基準(zhǔn)進(jìn)行劃線，確保每層平臺板之間的間距在精度標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，保證每層平臺板層高，同時需劃出余量線和檢驗(yàn)線；平臺板安裝時以中心端面為基準(zhǔn)依次向舷側(cè)方向安裝，確保端面合攏尺寸和舷側(cè)端面與箱柱對接位置尺寸，利用線錘對平臺板垂直度、與地線的重合度進(jìn)行二次校驗(yàn)，注意平臺板整體直線度及平臺板寬度，保證綁扎橋厚度，精度驗(yàn)收合格后進(jìn)行焊接，見圖6。

圖6 結(jié)構(gòu)安裝示意

2.6 第二層方管定位

第二層方管定位方法類同第一層方管。首先要確保上下二層方管的重合度，保證上下兩層方管間距，并適度增加加強(qiáng)進(jìn)行調(diào)整；之后對水平進(jìn)行再次確認(rèn)，同時電焊完畢后需對第四層平臺結(jié)構(gòu)線進(jìn)行施工，張貼反射片，以便后續(xù)搭載總組使用，見圖7。

圖7 第二層方管定位現(xiàn)場

2.7 斜插板和綁扎眼板附件安裝

斜插板是方管之間的固定結(jié)構(gòu)，由于艙口蓋要從此處滑落，因此接頭與方管端面位置至關(guān)重要，要確保此處精度在±8 mm以內(nèi)；綁扎眼板主要是用于后續(xù)綁扎使用，對位置要求、角度要求均較高，綁扎橋板裝配時統(tǒng)一以平臺板為基準(zhǔn)進(jìn)行劃線，確保裝配位置及角度安裝準(zhǔn)確，見圖8。

圖8 附件安裝

2.8 脫胎后精度管理

綁扎橋由于脫胎后第一層方管下口尚未焊接，因此，脫胎焊接完成后需對尺寸再次確認(rèn)[7]。由于擱墩擺放不規(guī)范會引起綁扎橋二次變形，因此脫胎后需關(guān)注擱墩擺放位置，確保按工藝要求進(jìn)行擺放，必要時對擱墩水平進(jìn)行監(jiān)控。

3 綁扎橋相關(guān)工藝改進(jìn)

綁扎橋由于跨度大，結(jié)構(gòu)較軟，吊裝、運(yùn)輸、擺放等均會對其造成影響[8]，因此單純的靠精度過程控制無法保證最終總組精度，必須依靠必要的工藝作為支撐。

3.1 加強(qiáng)工藝

由于影響20 000 TEU結(jié)構(gòu)變形的因素較多，必要的加強(qiáng)支撐不可缺失，在前期制作的綁扎橋中，加強(qiáng)僅存在1根吊碼加強(qiáng)，且為不通長，導(dǎo)致脫胎吊裝明顯出現(xiàn)變形，經(jīng)過脫胎翻身、擱墩擺放、運(yùn)輸、涂裝、立態(tài)吊裝等環(huán)節(jié)，水平已出現(xiàn)約70 mm變形。為確保綁扎橋精度，在此基礎(chǔ)上對加強(qiáng)進(jìn)行同類優(yōu)化，將之前的1根優(yōu)化為4根，提高了綁扎橋剛性，減少了變形因素。

3.2 吊點(diǎn)擺放工藝

由于綁扎橋跨度大，結(jié)構(gòu)較弱，當(dāng)?shù)觞c(diǎn)較少時，吊裝過程明顯看到方管前后呈現(xiàn)弧度中拱現(xiàn)象，此中拱后期部分無法進(jìn)行回彈，導(dǎo)致形成水平變形。為減少吊裝對綁扎橋的影響，需增加吊裝點(diǎn)，合理布置優(yōu)化吊裝點(diǎn)，保證吊裝的平穩(wěn)性，本次吊裝工藝的優(yōu)化從原上下8個吊點(diǎn)改為16個吊點(diǎn)，同時對翻身立態(tài)吊裝點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，減少了吊裝變形的因素。

3.3 擱墩擺放工藝

分段脫胎后長期放置在擱墩上，經(jīng)歷至少5次移動，每次移動均需要對擱墩位置重新找位，其變形環(huán)節(jié)較多，由于綁扎橋自身受力點(diǎn)有限，擱墩高度不一，擱墩位置擺放不規(guī)范，地面不平等均會引起綁扎橋的二次變形，本次擱墩擺放的工藝優(yōu)化包括①增加擱墩擺放點(diǎn)，由之前的8個增加為10個，增加了綁扎橋的接觸點(diǎn)；②優(yōu)化擱墩擺放位置，由于存在方管高度不一，主要針對擱墩擺放高度不一致現(xiàn)象；③增加對擱墩精度監(jiān)控工作。

在建造中統(tǒng)計(jì)各環(huán)節(jié)收縮數(shù)據(jù)，整理出各環(huán)節(jié)分散延長的加放原則，使整體尺寸在可控范圍內(nèi)，同時在過程中優(yōu)化立態(tài)擺放和駁運(yùn)工藝，通過工藝過程的優(yōu)化，綁扎橋精度得到了近一步緩解，水平精度控制也得到相對提升，見表3。

表 3 綁扎橋工藝優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)論

集裝箱船綁扎橋外高橋?qū)偈状谓ㄔ欤瑢^程精度控制、過程精度工藝的優(yōu)化和改進(jìn)，提升了綁扎橋建造精度。同時通過對綁扎橋建造的研究優(yōu)化了后續(xù)的建造模式和精度控制點(diǎn)，明確了關(guān)鍵項(xiàng)目和要點(diǎn)，隨著20 000 TEU綁扎橋建造的深入，以及21 000綁扎橋的承建，精度的重要性也逐漸凸顯。綁扎橋?qū)儆诖笮汪秆b件，對其精度控制的研究推進(jìn)，可拓展舾裝精度控制的業(yè)務(wù)，為其他舾裝件精度控制提供借鑒和引導(dǎo)。隨著綁扎橋上述問題的逐步解決，提升了搭載總組定位效率，縮短了船塢建造周期，同時也提升了艙口蓋和試箱滑移一次通過率。