20 000 TEU集裝箱船雙層底箱位精度控制技術(shù)

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

近年來國內(nèi)船廠大力發(fā)展精度造船技術(shù)，在常規(guī)船如散貨船、VLCC建造領(lǐng)域取得了技術(shù)突破，然而在高附價值20 000 TEU級超大型集裝箱船精度控制方面仍在摸索和積累經(jīng)驗。例如，集裝箱船雙層底分段結(jié)構(gòu)呈階梯式、多層平臺、外板線形大(見圖1)，分段階段還需安裝箱位復(fù)板，其建造難度高于以往散貨船和油船[1]。精度控制需要一套完整的方案[2]。

圖1 階梯型雙層底分段

1 雙層底分段存在的精度問題

集裝船雙層底分段建造初期，存在半寬大、端面重合度不良、縱壁垂直度不良、內(nèi)底水平差和復(fù)板安裝精度超差等現(xiàn)象，造成塢內(nèi)仍然需要大量修正。其主要原因在于主板劃線精度不良，端面直線度不良，拼板板邊不齊，導(dǎo)致重合度不良；分段不規(guī)范焊接引起內(nèi)底水平不良；上階梯內(nèi)底水平超差導(dǎo)致縱壁垂直度不良；內(nèi)底水平和復(fù)板劃線問題造成復(fù)板安裝精度不良，導(dǎo)致調(diào)節(jié)板使用量增加，雙層底分段精度合格率為40%。

1.1 內(nèi)底水平不良

內(nèi)底水平不良偏差5～12 mm，主要原因是內(nèi)部材多，不規(guī)范焊接，背燒不到位，內(nèi)部構(gòu)件肋板與縱壁出現(xiàn)端差，反扣后容易產(chǎn)生中拱，現(xiàn)場對雙層底中拱問題進行二次背燒。

1.2 分段半寬偏大

分段半寬偏大10～15 mm,主要原因是內(nèi)底水平中拱(見圖2)，上臺階片段水平不良，縱板垂直度不良，造成企口邊下沉，半寬偏大。

圖2 內(nèi)底水平中拱

1.3 縱壁垂直度不良

縱壁垂直度不良偏差5～8 mm，主要原因是平臺板水平超差導(dǎo)致縱壁垂直度不良。

1.4 端部重合度不良

分段重合度偏差5～8 mm, 主要原因是平直階段拼板板邊不齊，見圖3。現(xiàn)場定位未制作地樣線定位，影響端面重合度。

圖3 拼板板邊不齊

1.5 復(fù)板定位問題

主要原因：①內(nèi)底水平超差導(dǎo)致復(fù)板水平度偏大，水平不良偏差6～10 mm，②現(xiàn)場劃線不規(guī)范，導(dǎo)致復(fù)板安裝出現(xiàn)3～5 mm偏差，測量復(fù)板位置多為用卷尺進行測量，有拉尺不穩(wěn)、讀數(shù)困難等原因，需要2人操作完成，測量存在一定誤差。

1.6 雙層底搭載定位問題

搭載按分段結(jié)構(gòu)定位，沒有按復(fù)板水平定分段水平，箱位水平偏差變大，出現(xiàn)多塊調(diào)節(jié)板疊加現(xiàn)象出現(xiàn)，見圖4。

圖4 箱位調(diào)整板使用情況

2 雙層底分段精度控制

2.1 控制內(nèi)底焊接順序和背燒管理

集裝箱雙層底內(nèi)底縱、橫向結(jié)構(gòu)較多，因此焊接的工作量較大，相應(yīng)的收縮量和焊接變形較大。為了減少焊接對水平的影響，首先必須加強現(xiàn)場焊接順序的控制。焊接順序是先焊接主板平對接的焊縫，后焊構(gòu)件之間的立對接焊縫。角焊縫先焊構(gòu)件之間的立角焊再焊平角焊，立角縫的焊接順序是影響內(nèi)底水平的主要因素，特別是內(nèi)底等箱體結(jié)構(gòu)立角焊要采用分段退焊法，最后焊構(gòu)架與主板之間的平角焊縫，見圖5[3-4]。

對雙層底內(nèi)底片段加強中間區(qū)域水平控制，完工后做好背燒管理，背燒的施工位置直接決定鋼板背燒的效果，背燒前應(yīng)標(biāo)記出施工線，可以用墨線或者石筆在骨材焊接的背面標(biāo)記。背燒時噴槍行走的直線度對整體背燒有直接影響，應(yīng)對骨材焊接的背面的施工線進行加熱, 加熱深度為2/3板厚,見圖6。背燒后，用測溫儀測量溫度，監(jiān)控最佳溫度，測量溫度范圍應(yīng)滿足背燒溫度600～700 ℃。最好采用自動背燒小車施工，背燒的效果能得到有效保證?？v壁垂直度不良問題，縱壁垂直度取決內(nèi)底水平，在平直片段內(nèi)底水平精度保證后，縱壁垂直度問題解決[5]

圖5 雙層底焊接順序

圖6 背燒施工位置

2.2 設(shè)置反變形控制分段半寬

分段階段應(yīng)對前道來的內(nèi)底片段中間水平進行二次確認(rèn)，不良的進行火工校正，不允許開刀修正，防止內(nèi)底水平中拱現(xiàn)象產(chǎn)生；在轉(zhuǎn)圓處肋板建模增加5 mm反變形，防止企口下沉，見圖7；在胎架高度不達標(biāo)的時候，增加槽鋼支撐。解決方案現(xiàn)場實施后，分段半寬偏大問題明顯改善[6]。

圖7 轉(zhuǎn)圓企口反變形設(shè)置

2.3 切割精度控制及拼板精度表優(yōu)化

對切割機平臺及軌道使用狀況進行調(diào)查及分析，通過調(diào)整切割機外在硬件，重點調(diào)整切割機電流在工藝范圍內(nèi)減少自然坡口產(chǎn)生；對切割平臺和軌道進行維護，減少平臺殘渣和軌道直線度不良對切割精度影響；切割前試板必須滿足精度要求后作業(yè)。重視切割機維護保養(yǎng)，定期切割機精度評估，將事后控制轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑翱刂?，將單板控制在精度?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，提高主板拼板合格率。

在拼板階段，優(yōu)化精度表在基準(zhǔn)邊加入直線度控制，防止后道因板邊不齊導(dǎo)致分段重合度不良，見圖8。在分段階段做好地線施工，通過地樣線檢驗分段合攏口重合度的精度?，F(xiàn)場方案實施后，分段重合度不良問題明顯改善。[7]

圖8 拼板精度表優(yōu)化

2.4 復(fù)板劃線和精度檢測方法優(yōu)化

復(fù)板定位偏差問題，復(fù)板劃線首尾基準(zhǔn)由原板邊基準(zhǔn)改為隔艙硬檔基準(zhǔn)，避免劃線偏差，左右劃線跨中雙層底以中心線為基準(zhǔn)，邊側(cè)階梯雙層底以縱艙壁為基準(zhǔn)劃線。統(tǒng)一復(fù)板劃線基準(zhǔn)，現(xiàn)場復(fù)板定位偏差得到解決。

筆者研發(fā)了一種可360°旋轉(zhuǎn)帶有激光的測距器與測量標(biāo)靶形成一套，用于復(fù)板安裝定位，見圖9。工裝有磁力吸附，可在分段反胎狀態(tài)下吸附鋼板，測量復(fù)板安裝精度。激光測距器內(nèi)安裝軸承可以360°旋轉(zhuǎn)，工裝精度高±1 mm,材質(zhì)輕強度高，攜帶方便。激光測距器和測量標(biāo)靶四周都有十字對位線，用于對位復(fù)板上的十字線。當(dāng)工裝與復(fù)板十字線對位后，激光從復(fù)板十字中心發(fā)射到測量標(biāo)靶，可從測距儀上讀出縱向數(shù)值也可以測量復(fù)板之間的橫向偏差。并能實現(xiàn)在同一基準(zhǔn)進行測量，滿足精度的要求。360°旋轉(zhuǎn)激光測距器在集裝箱船分段階段安裝加強復(fù)板上導(dǎo)入使用，測量人員由原方法2人節(jié)省至1人，15 m內(nèi)激光測量精度±1 mm遠(yuǎn)高于卷尺測量。

推行全站儀配球形棱鏡實現(xiàn)雙層底箱位水平數(shù)據(jù)采集，采用工業(yè)測量管理軟件進行分析出圖；全站儀采集復(fù)板三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時采用現(xiàn)成的工業(yè)測量軟件，進行雙層底復(fù)板平面度的分析工作。簡便直觀，無需配合現(xiàn)場的流程，保證內(nèi)底復(fù)板水平控制在精度范圍內(nèi)。

圖9 360°旋轉(zhuǎn)激光測距器

2.5 雙層底搭載定位基準(zhǔn)

在組立階段保證分段滿足精度情況下，搭載必須使用復(fù)板定分段水平，優(yōu)先保證箱位水平，減少調(diào)節(jié)板使用數(shù)量,見圖10。雙層底前后定位保證隔艙間距焊前做大6 mm，防止艙容偏小。雙層底左右保證縱艙壁半寬±5 mm控制。雙層底搭載焊后對復(fù)板水平檢查，使用調(diào)節(jié)板水平調(diào)整，控制每個箱位三點水平為0，第四點水平±3 mm，相鄰箱位高低差在5 mm內(nèi)[8-9]。

3 制定作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和控制方案

3.1 集裝箱船雙層底作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書

裝箱船雙層底作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書分為雙層底分段和復(fù)板安裝兩部分組成。前期收集集裝箱雙層底和復(fù)板安裝因作業(yè)方法不規(guī)范而引起的精度問題，總結(jié)經(jīng)驗。為規(guī)范現(xiàn)場作業(yè)流程，特制定雙層底作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書。

雙層底作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書分為胎架、拼板、二次劃線、正造分段定位和反造分段定位。明確各階段作業(yè)順序、作業(yè)要求和劃線師工作事項。

雙層底復(fù)板作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書分為復(fù)板十字對合線、安裝基準(zhǔn)線、劃線方向、本體水平、安裝水平和調(diào)節(jié)板作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。明確復(fù)板作業(yè)順序、作業(yè)要求和劃線師工作事項。

3.2 分段精度控制方案

方案由三部分組成。

圖10 雙層底搭載優(yōu)先保證箱位水平

1)復(fù)板安裝前的分段精度控制,對雙層底的解決辦法實施成果經(jīng)驗總結(jié)，從基準(zhǔn)線、反變形、背燒、地線施工等精度管理項目著手加強分段精度控制，保證分段達到精度要求，為后續(xù)復(fù)板安裝做好準(zhǔn)備，見圖11。

圖11 雙層底分段精度控制方案

2)復(fù)板劃線安裝精度控制，首先確保分段本體水平±3 mm以內(nèi)，再以分段內(nèi)底首部反駁150MK，150MK線到隔艙艏部基準(zhǔn)線距離絕對控制。隔艙首部基準(zhǔn)線作為分段前后復(fù)板劃線安裝基準(zhǔn)。內(nèi)底反駁中心線作為復(fù)板左右劃線安裝基準(zhǔn)，在復(fù)板開十字線作為安裝對位基準(zhǔn)。復(fù)板劃線偏差±1 mm，安裝偏差±2 mm每個箱位復(fù)板對角線±3 mm)。單個復(fù)板四角水平±2 mm,1個箱位復(fù)板水平3點為0,1點±5 mm，見圖12[10]。

圖12 雙層底復(fù)板安裝精度控制方案

3)復(fù)板安裝完工精度檢查，對復(fù)板分段安裝焊前和焊后階段使用精度表，自檢后，提交精度檢查合格后可進入下道工序。

4 實施效果和應(yīng)用拓展

首先，解決了現(xiàn)場精度建造經(jīng)驗不足及作業(yè)方法不規(guī)范引起的雙層底建造和復(fù)板安裝的精度問題，雙層底分段合格率由40%提升至85%以上，節(jié)省了調(diào)節(jié)板使用數(shù)量近40%(1 459塊)保證了大艙箱位精度。其次，360°旋轉(zhuǎn)激光測距器工裝的研發(fā)提高了復(fù)板劃線定位精度和實施效率，全站儀結(jié)合球形棱鏡的投入保證了檢測精度，提升了數(shù)據(jù)分析效率。最后，形成作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書等規(guī)范文件，有效地保障了后續(xù)集裝箱船的建造。未來將進一步提升精度技術(shù)實現(xiàn)導(dǎo)向塊前移分段安裝，箱錐在試箱前焊接完畢，縮短建造周期。