郵船型客滾船薄板分段制作工藝及精度控制

王 立

(廈門船舶重工股份有限公司， 福建 廈門 361026)

0 引 言

客滾船分為4種類型：普通客滾船，日間運(yùn)營渡船，晝夜運(yùn)營渡船和郵船型客滾船。郵船型客滾船是指航行于特定水域，同時(shí)具備豪華郵船和滾裝船的特點(diǎn)，集居住、餐飲、娛樂、休閑等功能于一身既可載客又可載車的船舶，也被稱為帶有汽車甲板的豪華客滾船。

2 800型郵船型客滾船，總長為218.5 m，總寬為35.0 m，設(shè)計(jì)吃水為6.8 m，可裝載2 800名乘客和200名船員，有約1 500 m的車道，有商店、醫(yī)院等公共設(shè)施(包含水、衛(wèi)生、供暖、制冷、空調(diào)、廢物處理和消防等系統(tǒng))?？团摵凸矃^(qū)域主船體結(jié)構(gòu)為5 mm薄板，薄板制作工藝對郵船型客滾船整體質(zhì)量控制十分重要。

厚度≤5 mm的薄板分段剛性差,裝焊吊運(yùn)、堆放、火工等工序控制難度大，需制訂相應(yīng)的制作工藝來保證分段的平整度和尺寸精度，并形成施工習(xí)慣和工藝紀(jì)律[1]。本文提出制作工藝和相應(yīng)階段的控制注意事項(xiàng)，固化薄板分段的制作流程和施工工藝，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量和精度。

1 郵船型客滾船薄板分段制作流程

郵船型客滾船薄板分段制作流程分為預(yù)處理、下料、小組立件制作等幾個(gè)主要環(huán)節(jié)[2]。下料環(huán)節(jié)包括型材對接、T材制作和板材校平。小組立件制作主要由下料處理后進(jìn)行的拼板、裝焊和舾裝件預(yù)裝等環(huán)節(jié)組成。片體翻身和背燒處理后，須檢查甲板平整度，將余量劃線切割。在分段大組立制作后，進(jìn)行完工校驗(yàn)及噴漆。詳細(xì)流程如圖1所示。

圖1 郵船型客滾船薄板分段制作流程

1.1 鋼板預(yù)處理

在薄板分段制作前期必須對鋼板進(jìn)行預(yù)處理。在來貨階段需檢查外觀，保證無吊彎變形痕跡，無壓痕、劃傷，無油漬等。預(yù)處理需注意以下幾點(diǎn)：

(1) 船體結(jié)構(gòu)使用的鋼板須經(jīng)嚴(yán)格篩選和預(yù)處理，為達(dá)到后續(xù)工藝精度要求，需通過拋丸將鋼板、型鋼除銹，使其粗糙度達(dá)Sa2.0。

(2) 在鋼材表面預(yù)處理前應(yīng)除去油污、水分和雜物，以免影響加工。

(3) 在前兩道處理工序后，須檢驗(yàn)以確保表面粗糙度在25～50 μm范圍內(nèi)。

(4) 油漆工藝是郵船型客滾船的重要制作環(huán)節(jié)之一，須檢驗(yàn)底層的油漆指標(biāo)是否滿足郵船型客滾船薄板工藝要求。

(5) 在吊運(yùn)時(shí)須檢查磁性吸鐵盤清潔情況，確保其無油脂、油膩，以防污染已涂裝完成的表面。

(6) 鋼板或型鋼車間底漆漏涂的地方必須及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

1.2 下料加工

1.2.1 板材下料

下料作為初始環(huán)節(jié)，對后續(xù)加工制造精度有很大影響[3]。須嚴(yán)格注意以下4點(diǎn)：

(1) 郵船型客滾船的薄板板材采用激光切割，在切割的同時(shí)需確保板材的精度，須將垂直度、直線度控制在0.5 mm內(nèi)。

(2) 除薄板之外的板材可通過干式等離子切割方法切割，精度要求可略放寬至1 mm以內(nèi)。

(3) 每天需進(jìn)行切割機(jī)自檢，檢查精度是否有異常；每天班后需清理切割平臺，對有缺損、變形和松動(dòng)的胎板及時(shí)修正或更換，保證切割平臺的平整。

(4) 下料后的板材需用電磁吊進(jìn)行吊運(yùn)，并堆放在平整場地以防止變形，如圖2所示。

圖2 板材吊運(yùn)與場地堆放

1.2.2 板材校平

由于切割受熱不均勻等原因，切割后的板材會(huì)不可避免地產(chǎn)生形狀尺寸微變，影響加工精度。采用校平機(jī)對板材進(jìn)行校平處理，保證其水平方向誤差在0.5 mm內(nèi)，檢驗(yàn)合格后才允許流轉(zhuǎn)至下一道工序。

(1) 切割后板材變形不一致，須根據(jù)卸載后緩沖回彈的外觀尺寸判斷板材校平次數(shù)；校平后都需要測量檢驗(yàn)，若達(dá)不到精度要求，需重新判斷。

(2) 矯平精度達(dá)到要求后須按次序擺放在廠區(qū)固定位置，避免板材再次變形。

(3) 激光平整度檢測如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場人工檢查平整度

1.2.3 型材下料

型材下料與板材不同，需注意以下3點(diǎn)：

(1) 手工切割，選用合適的靠模保證切割面光滑平整。

(2) 下料后都須用型材校直機(jī)校直，如圖4所示。

圖4 型材較直與堆放

(3) 型材規(guī)格較小、剛性較弱，容易產(chǎn)生彎曲變形，下料、校直后需有專門的場地堆放。

1.2.4 型材對接

下料后的型材在對接完后進(jìn)行直線度檢查，檢查合格后再進(jìn)行裝托、堆放和配送。

(1) 球扁鋼、角鋼須先對接，在焊后打磨完成并檢査確保直線度合格后，再上胎架進(jìn)行裝焊，絕不允許球扁鋼在胎架上對接，如圖5所示。

圖5 球扁鋼對接后再上胎示例

(2) 扁鐵端部的肘板須先對接校直，再上胎架進(jìn)行安裝，如圖6所示。

圖6 扁鐵對接后再上胎示例

1.2.5 T材制作、校直

T材在專用生產(chǎn)線進(jìn)行制作、校直。操作完成后需在專用場地用工裝輔助進(jìn)行整齊堆放。T材生產(chǎn)線如圖7所示。

圖7 T材生產(chǎn)線

1.2.6 立柱頭組件制作

由于立柱頭面板的板厚較大，裝焊后立柱頭面板與郵船型客滾船薄甲板面易產(chǎn)生局部橫向彎曲變形,因此需嚴(yán)格控制焊接參數(shù)和順序。立柱頭現(xiàn)場制作如圖8所示。

圖8 立柱頭現(xiàn)場制作

1.3 薄板拼板

1.3.1 薄板拼板裝配

拼板現(xiàn)場裝配如圖9所示，需注意以下4點(diǎn)：

圖9 拼板現(xiàn)場

(1) 拼板應(yīng)在表面平整、剛度好的平臺進(jìn)行。

(2) 將下料后矯正平整的板材用電磁吊或?qū)Ｓ玫鯅A具吊上拼板平臺。

(3) 薄板拼板板縫間隙控制在1.0 mm以內(nèi)，板面錯(cuò)邊保證在0.5 mm以內(nèi)。

(4) 如采用手工裝配，則在相應(yīng)工裝調(diào)整到位后進(jìn)行定位焊。在此加工環(huán)節(jié)中，為保證裝配精度，采用直徑小于3 mm的焊條，每隔300 mm固定點(diǎn)焊30 mm長。

1.3.2 拼板焊接

當(dāng)定位點(diǎn)焊裝配完成后，采用埋弧焊進(jìn)行拼板焊接(見圖10)。首先需處理焊縫周邊30 mm范圍內(nèi)的雜物，處理完后在焊接部分兩側(cè)加裝引弧板和熄弧板，按要求選擇工藝參數(shù)[4]。埋弧焊需雙面焊接，大的拼板件(如郵船型客滾船薄板)需用翻轉(zhuǎn)架進(jìn)行翻身，小的拼板件(如郵船型客滾船圍壁板)用吊排進(jìn)行翻身。另外，有加厚嵌入板的4個(gè)角最后焊接。焊后應(yīng)用圓柱形壓鐵進(jìn)行板縫處的滾壓，或通過木錘對焊縫進(jìn)行錘擊，以釋放拼板焊縫的焊接應(yīng)力[5]。

圖10 拼板焊接

1.4 結(jié)構(gòu)裝焊

1.4.1 薄板胎架

在郵船型客滾船薄板制造基體平臺搭建中，需用胎架支撐板材以便薄板焊接，另外，實(shí)模胎架精度同樣會(huì)衍射到產(chǎn)品的加工精度中[6]。實(shí)模胎架如圖11所示。采用15 mm厚的鋼板制作胎架,保證胎架的表面平整度達(dá)標(biāo)，以確保裝焊過程中郵船型客滾船薄板平片體的結(jié)構(gòu)部分不發(fā)生改變，這是保證甲板片體平整度的關(guān)鍵工序[7]。

圖11 實(shí)模胎架

1.4.2 結(jié)構(gòu)劃線

結(jié)構(gòu)劃線須嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行，先劃十字基準(zhǔn)線，再以基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃線。劃線位置有對接焊縫，需把焊縫余高磨平，磨平范圍是結(jié)構(gòu)板厚再加上兩邊的焊角，不允許超出此范圍。

1.4.3 焊接順序及參數(shù)

結(jié)構(gòu)裝焊順序?yàn)椋孩倏v向骨材→②綁扎杯→③縱向T材→④橫向T材→⑤小構(gòu)件。具體結(jié)構(gòu)如圖12所示。裝焊采用的自動(dòng)角焊機(jī)焊接參數(shù)如表1所示。

圖12 裝焊順序示例

表1 自動(dòng)角焊機(jī)焊接參數(shù)表

1.4.4 型材裝焊

裝焊前需先進(jìn)行手工安裝，在操作過程中需注意控制縱骨形位公差。安裝完成后采用定位點(diǎn)焊(與拼板定位焊的要求一致)，采用CO2小直徑焊絲。薄板的縱骨必須先裝焊完后才能上T材結(jié)構(gòu)，以便于自動(dòng)角焊機(jī)的使用?？v骨自動(dòng)焊接如圖13所示。

圖13 縱骨自動(dòng)焊接

1.4.5 T材裝焊

(1) 必須保證裝配T材腹板與甲板的垂直度合格，并控制兩縱梁的間距，適當(dāng)放大2 mm以保證橫梁順利插入。

(2) 圖14為甲板T材角接方式，裝配完成后T材面板對接焊接間隙為4 mm±2 mm，T材腹板需頂實(shí)。不允許亂修割以免導(dǎo)致焊縫間隙過大、焊接量大，進(jìn)而導(dǎo)致T材裝焊后出現(xiàn)變形。

(3) 采用手工CO2焊接，先立焊后平角焊，從里到外，左右對稱。注意加厚板對接區(qū)域，該位置坡口大、焊接量大、變形大。

圖14 甲板T材角接

1.5 舾裝件預(yù)裝

1.5.1 預(yù)裝原則

(1) 在預(yù)裝操作前，應(yīng)明確各項(xiàng)理論指導(dǎo)知識，特別是每個(gè)操作環(huán)節(jié)的工藝流程、加工圖紙、技術(shù)要點(diǎn)和技術(shù)質(zhì)量要求。

(2) 施工設(shè)備、設(shè)施和檢測工具應(yīng)滿足生產(chǎn)需求。

(3) 在預(yù)裝前需再次檢查準(zhǔn)備的材料質(zhì)量是否合格，確保其不影響預(yù)裝環(huán)節(jié)操作。

(4) 須始終按照操作手冊進(jìn)行操作，確保各工序施工按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并登記操作與質(zhì)量合格情況。

(5) 杜絕亂割、亂點(diǎn)亂焊的施工習(xí)慣，避免壞習(xí)慣影響預(yù)裝。

1.5.2 焊接操作

預(yù)裝環(huán)節(jié)焊接操作與其他環(huán)節(jié)有所不同，須特別注意3個(gè)要點(diǎn)：第一，重視焊接缺陷，積極處理焊縫側(cè)多余殘?jiān)?，?shí)時(shí)檢查焊接缺陷并采取相應(yīng)對策進(jìn)行修補(bǔ)；第二，舾裝托架由于尺寸因素，需額外注意添加支撐保護(hù)且確保以正確姿態(tài)擺放，防止受力不均而變形；第三，焊接時(shí)嚴(yán)格遵守技術(shù)要求，按照指定加工順序進(jìn)行操作，方便進(jìn)一步操作。

1.5.3 薄板片體翻身與背燒

郵船型客滾船薄板分段翻身環(huán)節(jié)須遵循指定翻身方案進(jìn)行操作，如圖15a)所示，翻身吊馬宜布置在強(qiáng)檔位置且與薄板橫梁對齊。翻身后，在專用胎位上對薄板進(jìn)行火工矯正：先根據(jù)返出的結(jié)構(gòu)線對薄板面進(jìn)行背燒，消除甲板應(yīng)力，如圖15b)所示,再對甲板面局部不平處進(jìn)行校平。

圖15 薄板片體翻身與背燒

1.5.4 薄板平整度檢查

與板材平整度檢查類似，在翻身背燒后，須再次檢查薄板的表面情況，分段中間部分平整不下凹，測量平整度使其偏差控制在3 mm內(nèi)，如圖16所示。

圖16 平面偏差控制示例

1.5.5 余量劃線與切割

劃出結(jié)構(gòu)面的基準(zhǔn)線，以基準(zhǔn)線為依據(jù)測量四周余量，保證分段合龍端與就近結(jié)構(gòu)檔的理論值，避免結(jié)構(gòu)錯(cuò)位。在基準(zhǔn)線以外，標(biāo)出余量切割線，劃出檢查線，使其直線度誤差控制在2 mm以內(nèi)，并做好實(shí)時(shí)檢測記錄。同時(shí)也需注意切割后的產(chǎn)品質(zhì)量，及時(shí)檢查和處理切割后缺陷[8]。坡口余量切割示例如圖17所示。

圖17 坡口余量切割示例

1.6 薄板分段大組立

(1) 郵船型客滾船薄板胎架選用格子胎(禁止使用角鋼直接支撐的胎架)，大組立上胎架前須平整胎架，水平誤差控制在±1.5 mm，若有梁拱變化須打出梁拱角度，誤差控制在±1.5 mm。

(2) 甲板片體的自由邊一側(cè)需加密排放胎架，以減少焊接收縮，保證邊的平整度。

(3) 分段裝配完成后，需進(jìn)行焊前報(bào)驗(yàn)，檢査結(jié)構(gòu)安裝的直線度和垂直度，誤差≤2 mm。

(4) 在焊接時(shí)采用下行焊，先立焊后平焊。由中間向四周分散，間隙較大的需先填充再焊接，以免收縮量大，應(yīng)力過于集中。所有修補(bǔ)采用CO2下行焊進(jìn)行。

(5) 所有平角焊縫采用龍門焊機(jī)對稱焊、退縮焊進(jìn)行焊接。

(6) 所有焊縫旁應(yīng)標(biāo)注焊縫焊角大小，焊工須配有簡易焊接測量尺以控制焊角大小[9]。

在以上環(huán)節(jié)完成后，還需根據(jù)產(chǎn)品的精度要求對薄板成品進(jìn)行最終檢測，生成合格檢測報(bào)告后才能交驗(yàn)，此外，分段執(zhí)行不沖砂工藝，在分段完工打磨拉毛處理后，直接進(jìn)行噴漆。

2 結(jié) 論

分析薄板存在的問題，結(jié)合郵船型客滾船產(chǎn)品要求和實(shí)際工況，提出郵船型客滾船薄板分段建造工藝流程及精度控制方案，詳細(xì)介紹分段建造工藝中的技術(shù)參數(shù)和注意事項(xiàng)，優(yōu)化焊接流程，加強(qiáng)各環(huán)節(jié)制造檢查，嚴(yán)格控制產(chǎn)品精度，保證了建造周期和產(chǎn)品質(zhì)量，為郵船型客滾船順利建造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。