某型船艉軸架驗證、安裝與焊接工藝實踐

趙 鵬

(大連遼南船廠， 遼寧 大連 116041)

艉軸架鑄鋼件的位置一般位于船舶艉軸出口后方、螺旋槳推進器前方，其艉軸架軸轂內(nèi)孔中心與軸系中心重合。艉軸架處于船體外部水線以下，船舶航行時艉軸架伴有水流經(jīng)過，因此其結(jié)構(gòu)形式和外形尺寸對船舶水下流場有一定影響。本船艉軸架采用雙臂艉軸支架形式，艉軸架的軸轂內(nèi)孔中心線與水平地面、軸轂上兩臂各自的中心線與軸系中心線、軸轂上兩臂之間均存有一定角度，由于該艉軸架鑄鋼件的形狀特殊、空間夾角眾多、單重較大，對艉軸架的驗證難度增加，也使艉軸架整體準確安裝困難增大，同時艉軸架鑄鋼件與船體EH36高強鋼結(jié)構(gòu)的焊接也是船舶建造質(zhì)量的重要一環(huán)。通過本船在建造過程中的一系列工藝實踐，逐一解決上述技術(shù)難點，為后續(xù)建造工作節(jié)省時間，從而縮短船舶建造周期。

1 本船艉軸架鑄鋼件介紹

本船屬中型輔助艦船，采用雙機、雙槳、雙舵的結(jié)構(gòu)形式。主船體為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，船體結(jié)構(gòu)采用EH36船用高強度鋼板。左右舷各1個艉軸架，單個質(zhì)量約20 t。

艉軸架鑄鋼件情況如下。

1)化學成分。鑄鋼件材料為低溫鐵素體碳錳鋼，化學成分應(yīng)符合表1要求。

表1 化學成分 %

2)力學性能。鑄鋼件力學性能應(yīng)符合表2要求。表2中拉伸性能為室溫(10～35℃)下的力學性能，沖擊性能為在-20℃時3次夏比V型缺口沖擊試驗得出的沖擊功平均值。

表2 力學性能

3)其它要求。艉軸架鑄鋼件應(yīng)在加工后對規(guī)定部位進行超聲波檢測和磁粉檢測，并符合公認的有關(guān)標準。鑄鋼件表面和內(nèi)部應(yīng)無氣孔、裂縫、縮孔、冷隔、結(jié)疤等缺陷，以及將會影響鑄鋼件使用的其他缺陷。所有與艉軸架連接的焊縫采用全熔透焊。艉軸架與船體結(jié)構(gòu)連接處的表面要求機械加工，不能機械加工的部位必須用人工打磨光順,逐步過渡成形。

4)結(jié)構(gòu)圖。艉軸架鑄鋼件結(jié)構(gòu)圖分別用艉軸架的側(cè)視、俯視、沿直臂中心斜剖視圖(A-A)表示，見圖1。

圖1 艉軸架結(jié)構(gòu)示意圖

2 艉軸架驗證

按照與鑄造廠家簽訂的技術(shù)協(xié)議，本產(chǎn)品在鑄造及加工完成后需要船廠進行產(chǎn)品驗證。檢驗項目主要有2項，第1項是鑄造廠家出具的鑄鋼件化學成分、熱處理、力學性能、無損檢測等報告是否符合技術(shù)協(xié)議要求，并且提供相關(guān)合格證書；第2項是鑄鋼件外形尺寸精度是否符合相關(guān)標準要求。本文主要介紹第2項。

1)三維放樣法。由圖1可知，本船艉軸架采用雙臂艉軸支架形式，艉軸架的軸轂內(nèi)孔中心線與地面所成角度為2.08°，艉軸架軸轂上方豎直臂的中心線與軸中心線存在角度為70.70°，艉軸架軸轂上方兩臂之間夾角為86.01°， 在側(cè)視圖中，艉軸架軸轂上方的水平臂中心線投影線與軸中心線夾角為13.26°。由于艉軸架結(jié)構(gòu)內(nèi)部夾角眾多，給艉軸架尺寸精度檢驗帶來較大難度，空間角度基本無法量取，考慮空間幾何的三角函數(shù)關(guān)系，有必要對艉軸架結(jié)構(gòu)進行三維放樣，求出各檢驗數(shù)據(jù)點的數(shù)值，將測量圖中角度的問題轉(zhuǎn)化為測量檢驗數(shù)據(jù)點，見圖2。

圖2 艉軸架三維放樣示意圖

2)驗證準備。鑄鋼件鑄造完成后，鑄鋼件表面應(yīng)完成酸洗、局部打磨、噴丸、噴砂、鋼絲刷清理等處理，軸轂內(nèi)孔精加工到加工預(yù)留位置、軸轂端面留出足夠余量。測量工具采用卷尺、游標卡尺、千分尺等。

3)驗證過程。首先將艉軸架軸轂與其上方豎直臂按圖1(a)所示位置擺放(為測量方便，整體高度可以適當調(diào)低)，其中豎直臂中心面與地面保持豎直，此狀態(tài)穩(wěn)定后檢驗軸轂及水平臂投影輪廓線、測量檢驗數(shù)據(jù)點a～點e高度值、測量軸轂內(nèi)孔相關(guān)尺寸。將軸轂及水平臂投影輪廓線與1：1打印的投影紙樣進行比較；檢驗點a～點e高度值與三維放樣得到的數(shù)據(jù)值進行比較；軸轂內(nèi)孔相關(guān)尺寸與軸轂加工預(yù)留圖紙進行比較。然后將艉軸架軸轂上方豎直臂中線面與地面平行擺放，此狀態(tài)穩(wěn)定后檢驗此豎直臂投影輪廓線。將軸轂及豎直臂投影輪廓線與1：1打印的投影紙樣進行比較。

4)驗證結(jié)論。將驗證結(jié)果與GB/T6414-2017.DCTG13的鑄件尺寸公差值進行比對，最后驗證該艉軸架鑄鋼件相關(guān)尺寸精度符合要求。

3 艉軸架安裝

1)安裝條件。主甲板以下船體結(jié)構(gòu)裝焊和火工矯正完后，艉部區(qū)域除艉軸架影響的艙室外，其他艙室的密性試驗經(jīng)交驗合格。船體應(yīng)自由地放置在塢墩上，并拆除艉軸出口以后所有臨時支撐，使其保持自由狀態(tài)。船體基線和中線面應(yīng)連續(xù)3天同一時間段測量3次，測量結(jié)果應(yīng)穩(wěn)定并符合安裝時的船態(tài)要求，經(jīng)檢查調(diào)整后檢驗合格。軸線區(qū)域內(nèi)的主要設(shè)備(主機、齒輪箱、柴油發(fā)電機)安裝就位，若個別設(shè)備不具備進艙條件，應(yīng)按其重量在各自的部位進行壓載，進艙的設(shè)備應(yīng)不影響拉線的相關(guān)工作。照光定位應(yīng)在夜間或陰天進行，作業(yè)區(qū)的障礙物應(yīng)清除。拉線工作應(yīng)在主船體無陽光照射，并且船體充分冷卻的情況下進行。軸系照光過程中不準進行大型設(shè)備的吊裝、移動以及船體移位，應(yīng)停止產(chǎn)生振動以及有嚴重干擾的作業(yè)。

2)初拉線。利用測微準直望遠鏡采用照光法確定軸系的理論中心線。照光方式采用后照光，照光儀設(shè)于FR145。支架須在船塢內(nèi)固定，但不應(yīng)與船體、腳手架等相連，以避免干擾。選定基座安裝階段照光確定的FR143、FR87的光靶位置，并在艉部FR145處將測微準直望遠鏡固定好，然后調(diào)整使照光儀器上的十字線中心與FR143、FR87處基準點光靶中心目測重合。在左、右軸系位于FR134、FR115處裝焊照光中間點光靶，光靶設(shè)置在使用30a工字鋼制作的支架上，調(diào)整中間點光靶中心與照光儀器上的十字線重合，符合要求后交驗。交驗合格后將FR134、FR115處的光靶換成拉線靶，進行拉線工作。

3)安裝過程。艉軸架應(yīng)是在進行初拉線確定艉軸架軸中心線后安裝。用手拉葫蘆將艉軸架按其位置進行吊裝,按軸線確定艉軸架的實際位置,調(diào)整艉軸架軸孔中心線與軸線平行, 艉軸架軸孔中心線與軸線偏差為±2 mm，保證軸孔前后端面的加工余量,確定無誤后將軸孔中心向下偏移3 mm、向舷側(cè)偏移3 mm，這些作為焊接收縮量，保證軸孔前、后端面的加工余量，點焊固定，盡量減小船底開孔尺寸，左右舷艉軸架孔中心線首尾點水平度偏差≤2 mm。艉軸架按軸線定位后，先研配和安裝船體結(jié)構(gòu)并進行定位焊，然后安裝外板并進行外板間的焊接，當外板焊接完后應(yīng)對軸線及艉軸架進行一次校對和調(diào)整，經(jīng)檢驗合格后方可進行艉軸架與船體結(jié)構(gòu)和外板的焊接。

4 艉軸架焊接

艉軸架與船體結(jié)構(gòu)和外板的焊接要由中向外對稱逐個焊接，焊接過程應(yīng)有專人跟蹤檢測，利用焊接順序調(diào)整偏差。全部焊接工作完成后,應(yīng)檢查艉軸架軸孔中心線與船體中心線的寬度偏差、艉軸架軸轂前后位置偏差、艉軸架軸中心線距基線高度偏差。當艉軸架焊接完并進行無損檢測后，采用振動方式消除焊接應(yīng)力，振動時間為30 min，振動后間隔5 d后方可交驗。

1)焊接材料選擇。CO2氣體保護焊所用的焊絲牌號: SQJ501Ni(藥芯焊絲，D1.2 mm)，保護氣體CO2；焊條電弧焊采用焊條牌號J507，規(guī)格為D3.2 mm。焊絲包裝開封后應(yīng)在2 d內(nèi)用完。當焊絲需放在送絲機內(nèi)過夜時，應(yīng)采取適當措施減少與空氣中的濕氣接觸。坡口清根采用碳弧氣刨進行，碳棒直徑為4.0 mm、6.0 mm,削斜時可采用扁碳棒。艉軸架與船體結(jié)構(gòu)和外板焊接前應(yīng)按施工圖樣開出坡口，反面焊接前采用碳弧氣刨進行清根。

2)焊接順序。艉軸架焊接時，應(yīng)盡量保證左右對稱焊接。構(gòu)件中同時存在對接縫和角接縫時，應(yīng)先焊對接縫，后焊角接縫。構(gòu)件中同時存在平角縫和立角縫時，應(yīng)先焊立角縫，后焊平角縫。構(gòu)件同時存在單層焊縫和多層焊縫時，應(yīng)先焊收縮變形大的多層焊縫，后焊收縮變形小的單層焊縫，待剩余焊縫層數(shù)一致時，多層與單層焊縫一并焊接。多層焊時，焊縫的接頭要相互錯開,錯開距離不小于25 mm，并且應(yīng)保持層間溫度在100～150 ℃范圍內(nèi)。

3)預(yù)熱要求和溫度控制。當環(huán)境溫度為0 ℃以上時，對拘束度大、重要的角接接頭可以不預(yù)熱，但焊前應(yīng)烘烤，除去坡口及其兩側(cè)的吸附水分；當環(huán)境溫度在0～-10 ℃時，焊前預(yù)熱溫度不低于50 ℃，預(yù)熱范圍應(yīng)在坡口兩側(cè)不小于50 mm處。多層多道焊時，應(yīng)連續(xù)施焊，道間溫度為100～150 ℃。對于需要預(yù)熱的焊縫，預(yù)熱溫度不低于100 ℃。

4)焊接規(guī)范。CO2氣體保護焊角接接頭焊接參數(shù)見表3。焊條電弧焊焊接參數(shù)見表4。

表3 CO2氣體保護焊(焊絲D1.2 mm)焊接參數(shù)

表4 焊條電弧焊(焊條D3.2 mm)焊接參數(shù)

5)檢驗要求。

(1)焊縫外觀檢驗。焊縫外觀檢驗包括焊縫及其兩側(cè)應(yīng)徹底清除藥皮、飛濺。焊縫表面應(yīng)成型均勻、致密、平滑地向母材過渡，無裂紋、焊瘤等缺陷。對接焊縫寬度為坡口寬度加4 mm，焊縫余高0～2 mm。角焊縫焊腳高度應(yīng)不小于坡口寬度加2 mm。對接焊縫咬邊深度不大于0.5 mm，角接焊縫咬邊深度不大于0.8 mm，連續(xù)咬邊長度不大于30 mm。

(2)內(nèi)部質(zhì)量檢驗。焊縫外觀檢驗合格后，方可進行內(nèi)部質(zhì)量檢查，內(nèi)部質(zhì)量檢查必須在焊完24 h后進行。對艉軸架與船體結(jié)構(gòu)縱向接頭、與船體外板角接接頭進行超聲波探傷抽查，比例為該類焊縫總長的20%，且每道焊縫不少于1處。檢驗標準按CB/T 3559-2011執(zhí)行，Ⅱ級為合格。艉軸架與外板的焊縫應(yīng)進行煤油滲漏試驗。艉軸架安裝焊接完畢后按密性試驗圖要求進行檢驗。

6)質(zhì)量控制點。艉軸架軸中心線與船體中心線寬度偏差為±3 mm；艉軸架軸轂前后位置偏差為±3 mm；艉軸架軸中心線距基線高度偏差為±3 mm。

5 結(jié)束語

本文對某型船艉軸架鑄鋼件產(chǎn)品驗證、上船安裝及與船體結(jié)構(gòu)焊接等一系列工藝實踐情況進行了詳細闡述。對于艉軸架鑄鋼件驗證時復(fù)雜空間角度難以進行檢驗的問題，提出了利用空間三維放樣方法測量檢驗數(shù)據(jù)點的解決措施，經(jīng)實踐證明該方法簡便快捷，具有一定推廣應(yīng)用價值。針對艉軸架整體外形尺寸及重量較大、不易定位安裝等問題，實踐過程中采用軸系照光初拉線的方法確定艉軸架軸中心線空間位置，并按照合理可行的工藝措施確保艉軸架準確安裝上船。對于艉軸架鑄鋼件低溫鐵素體碳錳鋼與EH36高強鋼船體結(jié)構(gòu)焊接的問題，根據(jù)焊接工藝的現(xiàn)場實施情況得到此類焊接的工藝方法及工藝參數(shù)，最終確保該類焊接質(zhì)量滿足相應(yīng)規(guī)范要求。綜上所述，通過對某型船艉軸架鑄鋼件相關(guān)工藝實踐經(jīng)驗及技術(shù)成果進行歸納總結(jié)，可為同類型或相似船艉軸架鑄鋼件的驗證、安裝與焊接提供參考及借鑒。