大型船舶軸系分段鏜孔工藝

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

船塢作為船舶總裝廠最為重要的資源，如何提升船塢利用率，是業(yè)內(nèi)共同面臨的難題。傳統(tǒng)造船工藝，軸系安裝受拉線找中、鏜孔等諸多因素影響，占用塢期較長(zhǎng)，成為造船提速的瓶頸。另外，在船塢階段鏜孔，艉軸管鏜孔工具的轉(zhuǎn)軸只能水平放置，該軸較長(zhǎng)，自身重力會(huì)引起整個(gè)軸線的向下彎曲，精度差。大型船舶軸系分段鏜孔[1-2]，與傳統(tǒng)施工方式相比，就是將軸系拉線照光及鏜孔工序提前到平臺(tái)階段施工。平臺(tái)上的施工條件和環(huán)境遠(yuǎn)優(yōu)于船塢。垂直狀態(tài)下鏜孔，可以有效消除鏜桿因自重所產(chǎn)生的擾度的影響，從而有效地保證了鏜孔精度，同時(shí)能大幅改善軸系鏜孔作業(yè)環(huán)境，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和船廠的生產(chǎn)效率。另外，軸系分段拉線照光和鏜孔有利于縮短船東和船級(jí)社進(jìn)行塢內(nèi)檢驗(yàn)，改善船東和船級(jí)社的工作環(huán)境和條件。鏜孔結(jié)束后，將包含艉軸管的分段與相關(guān)分段搭載及焊接時(shí)，通過(guò)控制變形精度，保證整個(gè)軸系的精度[3]。大型船舶上實(shí)施軸系分段鏜孔及搭載技術(shù)，可以縮短船塢周期約10 d。

1 軸系分段鏜孔內(nèi)容

船舶制造行業(yè)，之所以長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法突破占用塢期較長(zhǎng)、造船提速的瓶頸，其主要難點(diǎn)如下：

1)搭載時(shí)的分段反變形控制的研究是整個(gè)分段鏜孔工作最重要的部分[4]，也是最難的部分。不同的船型或分段有不同的變形量，不同的搭載順序也可能造成不同的船體變形，在實(shí)際操作規(guī)程中，搭載定位要求的精度很高。

2)艉軸管分段與相鄰分段搭載焊接時(shí)，焊接會(huì)造成船舶的收縮變形，導(dǎo)致實(shí)際軸系中心線與理論軸系中心線產(chǎn)生偏差，而焊接收縮變形的規(guī)律又較難掌握。能否控制好焊接收縮變形，直接關(guān)系到最終整個(gè)軸系質(zhì)量，需要研究收縮變形的趨勢(shì)、焊縫焊接的長(zhǎng)度、焊接順序及焊接要求等。

3)工裝件的設(shè)計(jì)和正確使用要求也比較高。需設(shè)計(jì)并制造專用的鏜孔時(shí)的工裝、搭載時(shí)的工裝、焊接時(shí)的工裝[5]，例如,平臺(tái)鏜孔的分段支撐件、平臺(tái)鏜孔時(shí)的鏜孔設(shè)備架、搭載時(shí)的分段支撐及支架調(diào)整、塢墩的形式,以及這些支架的安裝形式等。

軸系分段鏜孔，針對(duì)傳統(tǒng)施工工藝，改變工藝流程，將艉軸管分段移至平臺(tái)提前鏜孔，即由原來(lái)的：艉軸管分段制造→吊運(yùn)塢內(nèi)搭載及焊接→艉軸管鏜孔→向船東及船級(jí)社交驗(yàn)，調(diào)整為：艉軸管分段制造→艉軸管平臺(tái)鏜孔→吊運(yùn)塢內(nèi)搭載及焊接→向船東及船級(jí)社交驗(yàn)。

根據(jù)軸系拉線照光和鏜孔的原理[6]，參照國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，分析實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為分段上拉線照光和鏜孔技術(shù)的推廣提供技術(shù)支撐。

為了保證軸系分段鏜孔能達(dá)到良好的效果，以提高軸系的運(yùn)行質(zhì)量及船舶營(yíng)運(yùn)的安全性[7]，必須系統(tǒng)性地對(duì)分段軸系找中、鏜孔、搭載精度控制、焊接變形控制以及提交等各階段進(jìn)行分析，提出各階段的精度控制要求，滿足規(guī)范[8]要求，以確保軸系分段鏜孔技術(shù)的合理應(yīng)用。

2 軸系找中

軸系找中是在分段燒焊、油漆結(jié)束、艉管冷卻水艙密性試驗(yàn)報(bào)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行。如圖1所示，艉軸管分段垂直放置，確保首封板與地面水平，并將分段牢固固定在擱架上。

圖1 拉線照光示意

按照軸系拉線找中工藝流程，利用重錘并調(diào)整光靶，使靶心與分段理論中心重合，確定艉軸管中心線及鏜孔的鏜桿安裝基準(zhǔn)點(diǎn)。要求中間各點(diǎn)的光靶筒中心點(diǎn)共線，偏差小于0.02 mm。測(cè)量艉軸管首尾端面的鏜削余量，若偏差過(guò)大，則調(diào)節(jié)鋼絲修正軸線的中心位置，使偏差符合要求。

放置該分段時(shí)，如果定位不當(dāng)，則將有可能使艉軸管中心線超出鏜孔余量范圍，影響后續(xù)工作的精度控制，因此首封板要水平。

3 軸系鏜孔及安裝艉管軸承

鏜孔的圓度、圓柱度公差要求見(jiàn)表1。

表1 鏜孔圓度、圓柱度公差值 mm

鏜桿安裝，應(yīng)按軸系拉線找中確定的艉軸管的鏜桿安裝基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)，使鏜桿與軸系中心重合，誤差不大于0.02 mm。對(duì)于艉軸管長(zhǎng)度超過(guò)3 500 mm以上，鏜桿必須設(shè)置中間支承，但因采用了豎直鏜孔，故不需要進(jìn)行撓度校正，鏜排豎直安裝方式見(jiàn)圖2。

圖2 鏜排豎直安裝示意

在垂直狀態(tài)下鏜孔，鏜排豎置鏜孔[9]，降低施工難度，有效消除鏜排因自重所產(chǎn)生的撓度的影響。

鏜孔結(jié)束后按設(shè)計(jì)要求加工艉管軸承并在平臺(tái)壓裝艉管軸承。

4 艉軸管分段塢內(nèi)搭載定位

為了控制船體變形，搭載前整個(gè)機(jī)艙區(qū)域塢墩全部使用鋼制塢墩及薄木板墊塊，可以有效減少船體變形對(duì)精度控制的影響，以減少船底的變形量。經(jīng)過(guò)大量的分析研究，同時(shí)也為了后續(xù)機(jī)艙工作盡早開(kāi)始，機(jī)艙三甲板全部搭載焊接結(jié)束后，艉軸管分段(10D分段)吊到位，利用監(jiān)測(cè)設(shè)備，檢測(cè)、調(diào)正分段位置。搭載定位時(shí)采用專用的分段搭載平臺(tái)和三維頂升機(jī)，可以方便調(diào)整分段預(yù)變形量，實(shí)現(xiàn)對(duì)搭載中艉管分段的三維調(diào)整，使分段船體中心線對(duì)準(zhǔn)機(jī)艙總段船體中心線，實(shí)施分段塢內(nèi)搭載定位。定位時(shí)左右中心需與開(kāi)設(shè)的中心線重合，前后距離以實(shí)際肋位距離為參考，定位結(jié)束后，抄緊塢墩，用裝配馬板將10D分段(如圖3所示)與相鄰總段固定。

圖3 10D搭載示意

掛舵臂及舵機(jī)艙分段搭載過(guò)程中，主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)舵系中心線的位置偏差，以船塢中心線為控制基準(zhǔn)，保證整個(gè)軸舵系相交度，來(lái)對(duì)舵系鏜孔余量進(jìn)行控制，使之符合舵系鏜孔要求。

10D分段與其他總段焊接過(guò)程中產(chǎn)生焊接變形，導(dǎo)致軸線變化，以及尾部分段搭載時(shí)，受到各分段重量的影響，導(dǎo)致軸線變化，因此，預(yù)先放一定的反變形量(如圖4所示)，10D 分段整體翹頭，以抵消焊接收縮及自重的變形。反變形區(qū)域中的支撐高度也根據(jù)外板進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使主機(jī)前端K點(diǎn)光靶中心比軸系理論中心線高。

圖4 10D分段搭載反變形放置

5 焊接控制

在分段焊接時(shí)，先焊外板對(duì)接縫，后焊平臺(tái)對(duì)接縫，再焊其他內(nèi)部焊縫。焊接外板時(shí)，應(yīng)安排雙數(shù)焊工左右對(duì)稱同時(shí)焊接，要求焊接順序、焊縫層數(shù)、焊縫長(zhǎng)度、焊接參數(shù)等都應(yīng)盡量相同；焊接時(shí)應(yīng)采用多層焊，每層焊縫厚度控制在3～4 mm，層間溫度應(yīng)控制在160 ℃以下，蓋面焊縫應(yīng)采用多道焊蓋面，每層焊縫焊接后均需測(cè)量一次艉軸中心，如中心偏差超過(guò)規(guī)定范圍，應(yīng)在反方向先焊接，另一側(cè)焊接暫停。直到中心偏差校正后，兩側(cè)方可繼續(xù)同時(shí)焊接。

10D分段在與相鄰分段合攏縫的焊接過(guò)程中，易發(fā)生變形，使尾軸管中心線偏離軸系中心線，因此要按照規(guī)定的焊接程序進(jìn)行焊接施工，并在焊接過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整焊接順序；搭載定位好后，溫差對(duì)裝配電焊過(guò)程也有影響，晴天時(shí)因陽(yáng)光照射角度不同，分段各個(gè)面的溫度都不一樣，溫差有可能會(huì)影響精度。因此，一是盡可能在陰雨或晚上等溫差不大的時(shí)候進(jìn)行施工和測(cè)量，二是溫差變化大時(shí)作業(yè)過(guò)程中要實(shí)時(shí)監(jiān)控變化量，尾軸管中心線偏離軸系中心線過(guò)大時(shí)，調(diào)整施工順序。

6 交驗(yàn)

圖5 塢內(nèi)復(fù)拉線照光示意

7 結(jié)論

軸系分段鏜孔及搭載技術(shù)，改變常規(guī)的軸系找中船舶狀態(tài)(即主甲板以下全部船體結(jié)構(gòu)和基座裝焊、矯正結(jié)束)，實(shí)行在主甲板下兩層甲板主船體結(jié)構(gòu)裝焊全部結(jié)束就可軸系找中提交，后續(xù)工作能提早1個(gè)月施工，提高塢內(nèi)機(jī)艙的完整性。

軸系分段鏜孔及搭載技術(shù)推廣使用，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也為船舶制造企業(yè)進(jìn)一步合理安排建造周期，優(yōu)化建造模式提供了有力的技術(shù)支撐，具有廣泛的適用性，對(duì)于現(xiàn)有的散貨船、油船、集裝箱船基本都可以適用。