船體快速拼板工藝研究

姜立群 張慶營 崔國慶 崔 良 段良圣

（海洋石油工程（青島）有限公司，青島 266520）

在浮式生產(chǎn)平臺船體建造中，鋼材加工量約占平臺船體總重的70%。拼板精度和速度是制約分段建造周期的關(guān)鍵工序，因而在以補償量代替余量值的無余量造船理念下，研究高精度船體快速拼板工藝，能夠有效增加船體分段建造流轉(zhuǎn)速度，提升中組立的建造精度，減少球扁鋼肋板等結(jié)構(gòu)對位影響，進而整體提升船舶建造質(zhì)量[1]。

1 拼板現(xiàn)有問題

浮式生產(chǎn)平臺的船體與常規(guī)船舶有一定區(qū)別。由于生產(chǎn)平臺需要固定在某個海域進行開采或者儲油作業(yè)，要求平臺船體能夠30年不回塢大修，對船舶建造質(zhì)量要求非常高。在船體工藝設(shè)計時，對接板材焊接工藝坡口設(shè)計為16 mm以上時需要開雙面坡口，即A面焊接成型后，需要拼板吊裝翻身，背部清根后再完成B面焊接。如外底板約有9塊K板拼接而成，按照現(xiàn)有焊接工藝進行組對，拼板組對間隙2～6 mm。由于前期精度策劃在加工設(shè)計軟件中拼板兩端各預(yù)留2 mm焊接收縮值，兩組拼板理論間隙達到4 mm?？紤]到拼板件下料存在負公差影響和拼板組對實際焊接收縮放量因素，前8塊拼板組對間隙取最大值6 mm，最后一塊拼板間隙超過10 mm。在船體預(yù)制階段，為了保證焊接質(zhì)量，禁止使用陶瓷襯墊工藝。

經(jīng)上述拼板組對，經(jīng)AB面焊接后，拼板整體焊接收縮仍然較多，部分底板拼板后較理論尺寸相差10 mm左右，成型后的底板普遍存在短尺現(xiàn)象。如圖1所示，由于拼板階段的焊接填充量較大，焊接應(yīng)力集中和拼板波浪變形不可避免，造成較多拼板件均需要火工校正糾形，平添了翻板和烤火工序，對拼板質(zhì)量有一定影響，也增加了額外的人工投入。此外，由于前期沒有拼板圖和劃線圖可供參考，施工人員和檢驗人員僅通過分段結(jié)構(gòu)圖紙計算拼板放線量，拼板效率不高且容易出現(xiàn)偏差，對拼板施工速度產(chǎn)生了一定影響。

圖1 熱調(diào)直施工圖

2 生產(chǎn)設(shè)計優(yōu)化

生產(chǎn)設(shè)計優(yōu)化是提升船體分段建造精度的重要手段。

對于控制拼板短尺和焊接變形的改進措施，拼板零間隙是解決船體拼板組對偏差大的有效手段。從設(shè)計源頭將拼板兩邊各留2 mm組對間隙調(diào)整為理論尺寸，即零間隙設(shè)計。對于設(shè)計已出套料圖，尚未開始下料的船體分段，經(jīng)設(shè)計人員人工干預(yù)，調(diào)取原拼板套料圖中的CAD圖形尺寸，在軟件中調(diào)形拼板件恢復(fù)到結(jié)構(gòu)圖紙拼板理論尺寸，并生成新的套料代碼。對于設(shè)計尚未出套料圖的船體分段，經(jīng)設(shè)計人員在AVEVA Marine軟件中更新拼板理論設(shè)定值，將拼板單邊-2 mm改為0 mm，實現(xiàn)了零間隙拼板件設(shè)置，并基于該原則生成船體分段套料圖和套料代碼。

對于施工和檢驗人員，僅依據(jù)分段結(jié)構(gòu)圖進行拼板件尺寸放樣情況。對于設(shè)計已出結(jié)構(gòu)圖但尚未開始拼板的船體分段，經(jīng)設(shè)計人員協(xié)助理論計算，提供手繪拼板圖劃線圖，將整張拼板關(guān)鍵施工和檢驗信息尺寸如長、寬、對角線等信息予以體現(xiàn)。如圖2所示，對于設(shè)計尚未出結(jié)構(gòu)圖的船體分段，在后期生產(chǎn)設(shè)計拼板零間隙的原則下，經(jīng)設(shè)計人員在AVEVA Marine軟件中統(tǒng)一定制球扁鋼和拼板焊縫理論收縮值，通過軟件生成整張拼板的拼板圖和劃線圖，并增加到后續(xù)分段的結(jié)構(gòu)圖紙中。

圖2 分段拼板圖

3 快速拼板工藝

拼板組立預(yù)制的工序流程包括板材下料、坡口切割、拼板組對、AB面焊接、拼板檢驗和釋放上胎。在生產(chǎn)設(shè)計優(yōu)化基礎(chǔ)上，應(yīng)從拼板組立的各主要工序著手考慮，提高整體拼板效率[2]。

3.1 板材下料

應(yīng)定期檢查切割機胎架的橫向和縱向?qū)к壘?，如有偏差及時調(diào)整切割軌道。數(shù)控程序優(yōu)化需通過調(diào)整數(shù)控切割機補償量，使板材下料走正公差。板材下料尺寸控制在0～+2 mm公差范圍內(nèi)。

3.2 坡口切割

數(shù)控切割機雖然具備坡口成形功能。在實際應(yīng)用中，為了提升板材坡口下料質(zhì)量和提升板材利用率，通常使用半自動火焰切割機在坡口專區(qū)進行坡口加工。部分小型拼板件及肘板坡口，可以利用銑邊機進行冷加工，既有助于提升坡口成形質(zhì)量，也能提高坡口切割效率。

3.3 拼板組對

坡口切割工序應(yīng)按拼板需求物料配送，避免出現(xiàn)拼板匹配不齊，怠工無法完成拼接情況。如圖3所示，根據(jù)以往拼板焊接收縮數(shù)據(jù)，合理確定每相鄰拼板的間隙值，優(yōu)先使用拼板磁力器代替?zhèn)鹘y(tǒng)馬板用量。在零間隙拼板設(shè)計下，可以將中間拼板件零間隙組對優(yōu)先采用埋弧焊接。兩端拼板預(yù)留一定組對間隙，打底焊接后再使用埋弧焊接。

圖3 拼板組對施工圖

3.4 AB面焊接

注意雙面坡口的拼板件，套料時應(yīng)將大坡口的拼板面朝上，作為A面焊接完成后拼板翻板，氣刨清根，再進行B面焊接，最終形成完整的拼板片體。對于有板厚差和異形拼板，應(yīng)注意焊接順序。連續(xù)焊道應(yīng)遵循從焊道中心向兩側(cè)施焊，遵循“先短后長，由內(nèi)向外”的焊接原則。為了減少焊后熱調(diào)直，應(yīng)采取有效措施預(yù)防拼板焊接變形。如焊接完A面翻板后，在拼板焊道下方準備小管徑成品管預(yù)留反變形，在拼板四角點焊角鐵固定，在焊縫邊緣放置壓鐵施加外力等措施，控制焊接電流輸入量等措施減少拼板焊接變形。

3.5 拼板檢驗

拼板主要有焊前組對、尺寸檢驗、焊后外觀檢驗和尺寸檢驗。拼板圖和劃線圖為施工和檢驗提供了較大便利。通過拼板變形控制措施，極大減少了熱調(diào)直的拼板板架數(shù)量，提升了拼板施工質(zhì)量和施工效率。

3.6 釋放上胎

拼板成形檢驗合格后，將拼板光板吊裝到中組立預(yù)制框架上。部分船廠有流水線設(shè)備，也可以集中焊接完成球扁鋼后再上胎。拼板工藝應(yīng)結(jié)合各公司實際設(shè)備情況和生產(chǎn)習慣而定。上胎后應(yīng)注意對拼板進行局部固定，適當設(shè)置反變形量。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代無余量造船理念下，船體快速拼板工藝首先應(yīng)從生產(chǎn)設(shè)計和精度策劃角度出發(fā)，合理設(shè)置球扁鋼和拼板焊道焊接收縮補償值，在三維軟件設(shè)計出圖中應(yīng)結(jié)合船廠數(shù)控設(shè)備和套料方法、焊接設(shè)備和焊接工藝，設(shè)置適當?shù)钠窗搴附佑嗔?，以提供拼板圖劃線圖。在拼板實踐中，施工單位應(yīng)結(jié)合船廠生產(chǎn)工藝、工區(qū)管理、組立作業(yè)流程，采取有效的拼板焊接變形防控措施，加強拼板配套供應(yīng)，利用現(xiàn)代化組對和焊接設(shè)備，實施清單革命的過程檢查，最終形成拼板工藝流水線作業(yè)，提升船體快速拼板產(chǎn)能。