箱船假舵與船體外板焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

卜凌云 帥濤圣 肖進(jìn)偉

摘 要：本文著重研究針對(duì)目前假舵結(jié)構(gòu)與船體外板結(jié)構(gòu)角接焊接施工過程中，對(duì)這一角接采用的焊接坡口節(jié)點(diǎn)的研究。根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的焊接質(zhì)量要求，對(duì)比優(yōu)化前后的坡口形式，通過從焊接質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境以及現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量保證措施等角度研究，提出更加優(yōu)化的坡口節(jié)點(diǎn)形式。其過程中闡述的問題角度以及解決方式具有一定的借鑒以及參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：假舵;坡口;船體外板;施工環(huán)境

中圖分類號(hào)：U671.8? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）12-0086-03

1概述

船體結(jié)構(gòu)與舵系結(jié)構(gòu)連接，通常采用一段假舵結(jié)構(gòu)與舵系和船體連接。該假舵結(jié)構(gòu)由船體結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)建模設(shè)計(jì)以及出圖工作（如圖1所示）。

該系列施工，均在船廠分段階段完成施工。待送船塢搭載后，完成后續(xù)舵系施工工作，最終形成完整體。（如圖2所示）

本文通過闡述介紹舵系設(shè)備與船體分段結(jié)構(gòu)的安裝過程中，通過對(duì)安裝工序的逐步分解，詳細(xì)介紹假舵與船體外板安裝過程中分段所處的狀態(tài)，涉及的安裝施工工序以及現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，和最終所要保證的施工質(zhì)量。分析目前所采用的坡口的優(yōu)缺點(diǎn)，采取優(yōu)化措施后所采用的坡口。通過比較分析闡述論證優(yōu)化后的坡口在保證質(zhì)量、滿足規(guī)范基礎(chǔ)上更加具有實(shí)用性，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，從實(shí)用性角度上保證質(zhì)量。

2目前所采用的焊接坡口節(jié)點(diǎn)

經(jīng)有限元受力分析計(jì)算假舵與外板連接點(diǎn)屬于應(yīng)力集中區(qū)域，需要承受來(lái)自舵系設(shè)備以及舵葉的局部重量。由此該節(jié)點(diǎn)焊接質(zhì)量尤為重要，因此對(duì)此節(jié)點(diǎn)做出全熔焊的焊接要求，同時(shí)該區(qū)域板材均采用厚板材，甚至一些產(chǎn)品達(dá)到80MM以上，因此為保證全熔焊焊接質(zhì)量需要根據(jù)實(shí)際需求增開坡口（如圖3）。

2.1現(xiàn)行坡口節(jié)點(diǎn)實(shí)用性分析研究

如圖3顯示，在內(nèi)側(cè)沿45度開2/3板厚再外板沿45度開1/3板厚，如此滿足全熔焊坡口的要求。從而在坡口節(jié)點(diǎn)形式上為保證焊接質(zhì)量提供了客觀條件。然后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操后分析發(fā)現(xiàn)，該坡口節(jié)點(diǎn)形式并不具有實(shí)際的實(shí)用價(jià)值。當(dāng)板材在切割階段完成可以開出圖三中所要求的坡口形式。但是根據(jù)（如圖4）顯示該分段的裝配流程，該焊接節(jié)點(diǎn)將在大組施工階段進(jìn)行焊接施工工作，因此很有必要考慮該坡口節(jié)點(diǎn)在大組施工階段是否具有實(shí)用性，是否可以滿足現(xiàn)場(chǎng)在實(shí)際建造過程中的對(duì)節(jié)點(diǎn)施工的施工環(huán)境需求。理論上的質(zhì)量要求最終需要轉(zhuǎn)化為實(shí)體。因此為保證建造質(zhì)量，在由圖紙轉(zhuǎn)化為實(shí)體的過程中需要考慮各種因素的影響，針對(duì)該坡口形式，施工環(huán)境，尤其針對(duì)這一應(yīng)力集中區(qū)域，是一個(gè)尤為關(guān)鍵值得考慮的因素。

經(jīng)過對(duì)該分段結(jié)構(gòu)形式以及建造方式的研究分析，可獲知該分段以甲板為基面實(shí)行反造法，在做完A中組后，插入舵桿筒，再中組B與中組C與中組A以及舵桿筒合攏。形成最終的分段。由此在合攏后，該坡口2/3板厚一側(cè)在內(nèi)側(cè)，而1/3板厚一側(cè)在外側(cè)，意味著實(shí)施焊接的施工人員需要更多的在狹小空間施工。同時(shí)通過查看圖紙，獲知該狹小空間僅有兩個(gè)工藝孔（見圖1）用于施工人員通行以及排除在焊接過程中的大量的煙塵。

此外，通過測(cè)量該空間的相關(guān)尺寸（見圖5）?？芍摽臻g局部位置施工高度僅有700MM，且圖片五可獲知該空間寬度也比較狹窄。伴隨著焊接過程中焊接粉塵會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵并且由于僅有的兩個(gè)工藝孔，由此可以判斷在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際建造的過程中，焊接施工人員的實(shí)際施工環(huán)境是非常惡劣的。由此帶來(lái)的安全性問題也是不可忽視的客觀問題。并且根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，焊接施工人員無(wú)法隨著焊接進(jìn)行調(diào)整身體姿勢(shì)，這樣焊工人員無(wú)法時(shí)刻關(guān)注焊絲在熔融狀態(tài)的焊接狀態(tài)。而該分段固有特性導(dǎo)致該分段必然采取以甲板為基面的反造法。由此幾方面可以判斷該坡口節(jié)點(diǎn)形式盡管采取了全熔焊的坡口，從理論上滿足該處結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量要求。但是由圖紙到實(shí)際建造過程中，客觀結(jié)構(gòu)特性以及施工環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致焊接施工人員無(wú)法將圖紙的要求落實(shí)到實(shí)體建造中。因此可知，該坡口節(jié)點(diǎn)不具備實(shí)用性，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，無(wú)法達(dá)到焊接質(zhì)量要求。有必要對(duì)此焊接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

3優(yōu)化后的焊接坡口節(jié)點(diǎn)

經(jīng)過對(duì)目前所采用的焊接坡口的分析研究，得出目前所采用的坡口節(jié)點(diǎn)形式并不具有實(shí)用性，在實(shí)際建造的過程中無(wú)法保證焊接質(zhì)量。因此，有必要對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，優(yōu)化過程中依然需要依據(jù)一定的原則，即依舊采取全熔焊。確保焊接質(zhì)量要求，滿足有限元受力分析計(jì)算，確保產(chǎn)品在最終運(yùn)行的質(zhì)量。通過對(duì)目前采用的坡口形式缺點(diǎn)進(jìn)行分析，獲知由于分段結(jié)構(gòu)特性以及施工環(huán)境等局限性影響了焊接人員無(wú)法正確焊接，從而無(wú)法確保焊接質(zhì)量。進(jìn)一步分析，可知由于內(nèi)部的坡口深于外部坡口，因此內(nèi)部的焊接工作量大于外部焊接工作量。如果能夠不改變?cè)衅驴谠O(shè)計(jì)初衷即全熔焊，同時(shí)減小內(nèi)部焊接工作量，擴(kuò)大外部的焊接工作量。通過與現(xiàn)場(chǎng)焊接人員進(jìn)行焊接模擬后的出最新的坡口節(jié)點(diǎn)形式（見圖6）。

優(yōu)化后的坡口采用了外部沿45度開單邊坡口的全熔焊坡口形式。通過比較，取消內(nèi)部的焊接坡口，擴(kuò)大了外部坡口。進(jìn)而使得焊接人員在內(nèi)部焊接的工作量大大減少。在焊接人員在外部施焊過程中，由于外部環(huán)境良好，且沒有分段結(jié)構(gòu)影響，可以隨著焊接的進(jìn)行，隨時(shí)調(diào)整姿勢(shì)，對(duì)焊縫熔融狀態(tài)全程控制。大大提高了一次性焊接合格率，確保了焊接質(zhì)量，提高了工作效率。通過產(chǎn)品實(shí)踐證明，該坡口節(jié)點(diǎn)形式是可行的，具有實(shí)用性價(jià)值，同時(shí)獲得船東代表以及船級(jí)社的認(rèn)可。

4結(jié)論

本文以滬東中華為法國(guó)達(dá)飛公司建造的15000TEU集裝箱船為研究對(duì)象，通過理論指導(dǎo)生產(chǎn)，生產(chǎn)論證理論原則。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反饋假舵與分段外板坡口現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法施工的問題進(jìn)行深入比較分析探討尋求更好方案，得出的結(jié)論如下：

通過假舵與船體結(jié)構(gòu)安裝工序、分段建造流程、建造過程中的結(jié)構(gòu)特性以及施工環(huán)境等的分析，得出原有的坡口形式并不滿足現(xiàn)場(chǎng)建造過程中的實(shí)際需求。針對(duì)優(yōu)化的坡口，通過理論分析、實(shí)際焊接過程中的實(shí)踐證明和最終的結(jié)果導(dǎo)向來(lái)看，在不違背焊接要求的原則上，有如下優(yōu)點(diǎn)：①提高了焊接質(zhì)量，一次性焊接合格率大大提升;②提高了工作效率，更好的環(huán)境，焊接施工速度得到提升，降低了焊縫返修率;③更好的施工環(huán)境，更加符合職業(yè)健康安全守則，更具備安全性。

進(jìn)一步說明，設(shè)計(jì)工作不僅僅需要注重理論上可行，如何將理論的要求最終體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量上，在設(shè)計(jì)過程中，也要注重設(shè)計(jì)方案是否具有實(shí)用性。