船體曲面片建造精度控制

顧文捷 陳智 袁圣濤 欒建春 侯羽

摘? 要： 為了有效提高造船效率，縮短造船周期，保證造船質(zhì)量，將散裝件先加工成組裝件，組裝件再拼成部件、分段的方法，通過多元化管理來實(shí)現(xiàn)快速造船。曲面外板的裝焊也由傳統(tǒng)的散貼改為片裝，以提高工作效率，但曲面片的精度控制比較困難。筆者通過理論聯(lián)系實(shí)際，軟件建模配合現(xiàn)場施工，改進(jìn)工藝，達(dá)到了有效控制精度的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：曲面片;精度控制;TRIBON系統(tǒng);軟件建模 ;生產(chǎn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U673.2? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In order to effectively improve the shipbuilding efficiency， shorten the shipbuilding period and ensure the shipbuilding quality， the bulk parts are first processed into assembly parts， and then assembled into parts and sections， so as to realize the rapid shipbuilding through diversified management. The assembly and welding of the curved shell plate has been changed from the traditional loose mounting to the patch mounting， which effectively improves the work efficiency. However， the precision control of the curved surface patch is relatively difficult， this paper improves the technology to achieve the goal of effective control precision by combining theory with practice， software modeling with field construction.

Key words： Curved surface patch; Precision control;TRIBON system; Software modeling; Production design

1 前言

通過改善作業(yè)環(huán)境、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、擴(kuò)大作業(yè)面積、提高工作效率、改變作業(yè)形式來提高造船精度，進(jìn)而保證造船質(zhì)量的造船理念已被造船廠廣泛接受和應(yīng)用。隨著模塊化船體建造工藝的不斷改進(jìn)，為了提高建造效率，通常將一個(gè)分段分解為一個(gè)或幾個(gè)組件，或者分解為幾個(gè)片。比如：對(duì)散貨船的上邊水艙分段，可分為甲板分段、斜板片段、及外板片段;雙層底分段可分為內(nèi)底片段和外板片段。 其中，曲面片主要以曲面外板為第一工作面，建造過程中曲面板加工成型、胎架制作、外板定位、放樣劃線、構(gòu)件裝配等操作過程較平直分段復(fù)雜，在制造的各個(gè)環(huán)節(jié)均易產(chǎn)生精度誤差，必須在每個(gè)環(huán)節(jié)中加強(qiáng)精度控制，使分片制作成形后的累計(jì)精度偏差較小，從而提高分段質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，因此研究曲面片建造過程中的精度管理方法具有重要的意義。

2 船體曲面片建造精度管理

船體曲面片建造精度管理，是指精度管理人員在分片建造前對(duì)不同的曲面片結(jié)構(gòu)及建造方法進(jìn)行分析，列舉可能出現(xiàn)的精度偏差問題，采取相應(yīng)措施進(jìn)行控制，并整理成文檔下發(fā)給施工單位執(zhí)行。在施工單位制作的過程中，精度管理人員對(duì)易出現(xiàn)精度偏差的每個(gè)環(huán)節(jié)通過二維或三維測量方式實(shí)施現(xiàn)場檢測控制和數(shù)據(jù)確認(rèn)，加強(qiáng)精度過程控制，將偏差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3曲面片建造過程中易產(chǎn)生的精度問題

3.1曲面外板和型材的加工數(shù)據(jù)對(duì)精度的影響

曲面外板和型材的成型加工必須依靠精準(zhǔn)的曲面板加工圖和型材加工圖，曲面板的加工數(shù)據(jù)和曲面型材加工的逆直線數(shù)據(jù)是施工人員加工的依據(jù)。根據(jù)曲面板所在船的三向坐標(biāo)位置和外形變化判斷其加工需要的樣板形式，如縱向樣板、橫向樣板、垂向樣板，進(jìn)而決定采用三角樣板或活絡(luò)樣板。利用TRIBON 系統(tǒng)曲面建模模塊分離出每塊曲面板和型材的圖形文件，再用BEND TEMPLATE生成LIST 文件，將每塊板的圖形文件和LIST 文件疊加到每塊外板的加工圖中形成完整的加工圖，筆者針對(duì)本單位在建船舶82000噸散貨船機(jī)艙分段的一個(gè)典型外板片為例加以論證。圖1為曲面模塊生成的外板加工圖，圖2為曲面骨材加工的逆直線數(shù)據(jù)即型材加工圖。

加工數(shù)據(jù)間距缺省值為200mm，對(duì)于邊緣不足200mm的測量點(diǎn)可以通過TRIBON系統(tǒng)里面對(duì)應(yīng)的缺省文件BENDTEMPL.IP自定義間距。在該文件中重要的是如下3個(gè)設(shè)定語句：

（1）FLEXIBLE_TEMPLATES， TYPE2， DISTANCE， 200， LENGTHS

上述語句的含義為采用肋骨面活絡(luò)樣板，DISTANCE=樣板曲線測量點(diǎn)的距離為200mm，可以將該語句中的200mm修改為需要的邊緣控制值;

（2）EDGE _TEMPLATE， 50

該語句的含義為設(shè)定邊緣端縫的樣板距鄰近肋骨線的最小距離為50mm，小于此值時(shí)鄰近的邊緣線不設(shè)樣板;

（3）MINHE IGHTOFTEMPLATE， 600

樣板中點(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離，缺省600mm。

通過這樣的設(shè)置，調(diào)整每塊外板和每根型材的最佳加工信息，保證曲面鋼材加工數(shù)據(jù)的精確度。

3.2曲面外板和型材的加工方法對(duì)精度的影響

曲面外板的加工包括鋼材的預(yù)處理、邊緣加工和成型加工。一般板材的加工方法，主要有機(jī)械冷彎法和水火彎板法：單向曲度板可以直接采用機(jī)械冷彎法;形狀比較復(fù)雜的帶有雙向曲度的板材，采用油壓機(jī)壓制或用三星彎板機(jī)根據(jù)滾壓線滾彎成型。待單向成型以后再用火工、冷卻水跟蹤加工出其他方向曲度。加工過程中必須根據(jù)外板加工圖和型材加工圖提供的加工數(shù)據(jù)制作樣板跟蹤檢驗(yàn)，對(duì)于雙向曲度變化較大的情況，單向樣板無法檢測其形狀有沒有加工到位，局部可以根據(jù)型值制作樣箱輔助跟蹤檢測，確保每塊外板和型材都能加工到位，為提高外板的安裝精度做好準(zhǔn)備。

3.3胎架基準(zhǔn)面的選取對(duì)精度的影響

曲面片的胎架基準(zhǔn)面選取類型很多，必須考慮方便布置、節(jié)約輔助材料、提高精度為原則來選擇?；罱j(luò)胎架還要考慮控制樁頭可調(diào)高度、邊緣輔助材料高度以及施工難度。為獲得胎架的最佳高度型值，筆者通過TRIBON系統(tǒng)三維建模功能，根據(jù)實(shí)際活絡(luò)支柱之間的間距、最低點(diǎn)距水平地面方便施工的高度（最低為800mm），利用曲面建模模塊JIG TEMPLATE調(diào)整初始化數(shù)據(jù)，對(duì)船舶不同部位、不同曲度的板片調(diào)取三維模型，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在活絡(luò)胎架可調(diào)最低高度差的范圍內(nèi)選取基準(zhǔn)面的類型為斜斜切，得出最佳的胎架數(shù)據(jù)，如圖3所示。施工人員嚴(yán)格根據(jù)胎架圖提供的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)每個(gè)支柱的高度，可以有效提高胎架的精度。

3.4胎架類型的選取對(duì)精度的影響

胎架是船舶建造的重要工藝裝備，它對(duì)船體曲面外板建造的周期、成本、精度質(zhì)量都有著直接的影響。

因?yàn)榍嫫慕ㄔ熘芷诒容^短，制作胎架的周期也控制在一定時(shí)間范圍內(nèi)，如果制作固定胎架采用經(jīng)緯儀配合開角尺線和水平的方法會(huì)浪費(fèi)很多輔材、人力和工時(shí)，而且對(duì)于具有雙向曲度的外板片而言，每塊板、每個(gè)片線型都不一樣，所以選擇可以調(diào)節(jié)的活絡(luò)胎架。活絡(luò)胎架可作為曲面片和曲面片上各類構(gòu)件的裝配定位、劃線和測量的基準(zhǔn)，還可依靠活絡(luò)胎架的剛度強(qiáng)行限制曲面片焊接的收縮變形，很小的高度差可以通過微調(diào)螺母調(diào)節(jié)，以保證曲面片的外形精度。

3.5拼板劃線對(duì)精度的影響

根據(jù)胎架數(shù)據(jù)圖調(diào)節(jié)活絡(luò)胎架的高度，其高度值定位首先必須設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)面，利用水平軟管或激光水平儀預(yù)先確定一個(gè)水平面，將水平面的位置在活絡(luò)支柱上標(biāo)出記號(hào)，量取胎架高度就以此水平面為基準(zhǔn)面，根據(jù)胎架數(shù)據(jù)圖在各支柱上以這基準(zhǔn)面向上量取型值，調(diào)節(jié)活絡(luò)支柱的高度。活絡(luò)胎架調(diào)整到位以后，需要將加工好的板在胎架上進(jìn)行定位，定位是否準(zhǔn)確對(duì)外板片裝焊的精度影響很大。筆者通過TRIBON系統(tǒng)的曲面建模模塊，對(duì)拼板縫位置和構(gòu)件安裝位置進(jìn)行精準(zhǔn)測量，以曲面板片相鄰兩邊為基準(zhǔn)邊，將所有縱/橫向定位劃線間距以1：1的數(shù)值累加標(biāo)注于圖上形成拼板劃線圖，如圖4所示。由于胎架升高尺寸較多，施工人員易看錯(cuò)、量錯(cuò)，施工人員操作時(shí)必須嚴(yán)格按照拼板劃線圖對(duì)各基準(zhǔn)線、余量線、對(duì)合線實(shí)施檢查進(jìn)行監(jiān)控確認(rèn)，再進(jìn)行劃線，有效控制精度。

拼板劃線基本流程如下：板材對(duì)接，以基準(zhǔn)邊對(duì)齊施工;距基準(zhǔn)邊100mm做點(diǎn)，按標(biāo)準(zhǔn)長度做另一點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置;寬度方向基準(zhǔn)邊以直角三角形的三邊長度之間的關(guān)系計(jì)算;確定主板尺寸是否正規(guī)，若偏差過大（超過3mm）進(jìn)行平移;作輔助100mm檢驗(yàn)線，確認(rèn)主板的狀態(tài)，在允許范圍內(nèi)長切割、短長肉;在長度方向上劃橫向骨材點(diǎn)（以標(biāo)準(zhǔn)100mm線為基準(zhǔn)），曲面板片的外形尺寸仍然是理論尺寸;連接各橫向骨材的點(diǎn)，繪制構(gòu)件線;寬度方向內(nèi)部點(diǎn)勘劃，劃縱向構(gòu)件線;構(gòu)件的件號(hào)、理論線、和焊腳高度做記號(hào);劃出焊接保留基準(zhǔn)位置線。

3.6焊接工藝對(duì)精度的影響

為保證焊接質(zhì)量、控制焊接變形、提高精度，須制定焊接工藝流程，主要原則如下;

所有焊接應(yīng)遵循認(rèn)可的焊接工藝文件，同時(shí)應(yīng)滿足《焊接規(guī)格表》和圖紙的要求， 以控制曲板片焊后變形的現(xiàn)象;焊縫焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)焊接作業(yè)文件要求的先后順序進(jìn)行，先焊的焊縫不應(yīng)對(duì)其它焊縫形成剛性約束，CO2手工焊應(yīng)從中間向兩端的退焊法，分中的構(gòu)件應(yīng)對(duì)稱同時(shí)焊接;板材的縱向構(gòu)件角接縫端部預(yù)留300mm不焊，便于船臺(tái)合攏時(shí)對(duì)接;一些容易變形的部位要進(jìn)行加強(qiáng)，控制變形，焊接結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行矯正以保證線型的光順;對(duì)應(yīng)力較大的曲板對(duì)接縫，如環(huán)形大接縫，焊接過程中不應(yīng)中斷，要求連續(xù)完成;應(yīng)采用低氫焊條焊接或CO2氣體保護(hù)焊接，焊條的使用指標(biāo)應(yīng)符合相關(guān)的使用及保管要求。

3.7曲板拼裝和構(gòu)件安裝對(duì)精度的影響

工人在拼裝曲板、安裝構(gòu)件的過程中，操作順序和方法不當(dāng)很容易出現(xiàn)精度偏差：

（1）拼板前要檢查胎架值，在綜合評(píng)價(jià)易引起焊接變形位置根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)預(yù)放反變形約1/1000拼板寬度值;施工人員必須嚴(yán)格按照安裝焊接工藝流程操作;做好焊前準(zhǔn)備，在潮濕、帶銹的情況下焊接很容易出現(xiàn)密集型氣孔和夾渣，必須先用焊炬對(duì)焊縫進(jìn)行烘干和清銹工作;對(duì)于厚薄板拼板對(duì)接時(shí)應(yīng)注意哪一側(cè)表面平齊，厚度差達(dá)4mm的板需要削斜過渡;拼板焊接坡口應(yīng)根據(jù)認(rèn)可的焊接工藝開設(shè)，大于一定厚度的板如果不根據(jù)規(guī)范要求開設(shè)坡口進(jìn)行焊接，會(huì)出現(xiàn)不能熔透的現(xiàn)象;在曲板鋪好以后，劃線工人按照?qǐng)D紙精度要求對(duì)曲板片的基準(zhǔn)線、結(jié)構(gòu)線進(jìn)行勘劃，用“碼”點(diǎn)焊固定，防止移位，保證各列曲板均與胎架貼服;對(duì)于用自動(dòng)焊機(jī)施焊的焊縫，在焊接前應(yīng)在焊縫的始末端安裝與焊接母材相同厚度的引弧板和熄弧板，并在引弧板和熄弧板上開坡口，坡口大小與母材相一致，保證過渡區(qū)域焊透、成型美觀;根據(jù)鋼板牌號(hào)和厚度，選擇合理的焊接參數(shù)、焊絲和焊劑;確保一切準(zhǔn)備工作到位后，再進(jìn)行拼板焊接;焊接完成后，將焊渣敲除，通過探傷、拍片并檢查焊縫質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)夾渣、裂紋、氣孔、咬邊等缺陷應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ);

（2）曲板拼焊完畢，再檢驗(yàn)一下曲板片的成型尺寸，確保尺寸精確后根據(jù)拼板劃線圖上的結(jié)構(gòu)線劃線。劃線應(yīng)對(duì)切割偏差的直角度、板材拼接時(shí)發(fā)生焊接收縮及組裝精度不合格等問題予以補(bǔ)償和修正，以確保內(nèi)部板材尺寸的安裝精度;

（3）根據(jù)圖紙或草圖裝焊縱橫向構(gòu)件時(shí)，因?yàn)榍逄ゼ苊嬉话愣际请p斜切，必須核對(duì)胎架上縱橫骨架與曲度板之間的角度，骨材先點(diǎn)焊定位，用臨時(shí)支撐筋固定牢;

（4）最后焊接連接肘板，裝焊完畢后報(bào)驗(yàn)，確保曲板的裝配精度，如圖5所示：

4 結(jié)論

筆者以所在單位在建的82000噸散貨船某分段的一個(gè)典型外板片為例，從曲面片建造過程中易產(chǎn)生精度問題的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，采取有效措施，使精度得到了有效的控制，加工裝配余量從原來的30～50mm減少到10-30mm，鋼材的利用率提高0.15%。

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