船舶上層建筑薄板平整度控制工藝研究

牛新苗 張楊飛 孫斌

摘 要：通過創(chuàng)新薄板制作工藝有效控制上建外板變形，大幅提升上建的外觀平整度，不斷拓寬上建商品化、市場化的建造之路，取得了優(yōu)異的經(jīng)濟效益和市場口碑。

關(guān)鍵詞：平整度;焊接變形;精度控制;工藝改進(jìn)

中圖分類號：TU753.8? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0091-03

船舶上層建筑（文內(nèi)簡稱為上建）外板的平整度直接影響上層建筑的美觀度，是客戶最為關(guān)注的“面子工程”，不僅僅要滿足建造規(guī)范變形允許公差值范圍，同時不能有明顯的“瘦馬”、褶皺等現(xiàn)象發(fā)生。傳統(tǒng)的上層建筑薄板制作工藝要求以及生產(chǎn)現(xiàn)場管理模式已經(jīng)不能滿足船東的需求期望。本文通過創(chuàng)新薄板制作工藝，有效地改善了外板的平整度與美觀度。為打造上建商品化建造流水線，加強對外承接上建能力，持續(xù)做響上建品牌的市場影響力，努力創(chuàng)建質(zhì)量領(lǐng)先型企業(yè)，全面企業(yè)核心競爭力提供了有效的質(zhì)量保障。

1積極開展數(shù)字化管控措施研究

1.1實施數(shù)字化建模精度控制技術(shù)

數(shù)字化造船是以造船過程的知識融合為基礎(chǔ)，以數(shù)字化建模仿真與優(yōu)化為特征，將信息技術(shù)全面應(yīng)用于船舶的設(shè)計、制造等全過程，最終達(dá)到快速建造的目的。而上建分段和總段兩大階段的精度直接關(guān)系到上層建筑外板整體的變形控制，因此，在融合數(shù)字化造船技術(shù)的基礎(chǔ)上，將設(shè)計模型的理論坐標(biāo)與分段、分段虛擬坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一，在空間上形成三維搭載坐標(biāo)系。運用TRIBON建模技術(shù)、ECO-BLOCKS＼OTS精度分析技術(shù)和全站儀對上建建造進(jìn)行精度策劃、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析，建立完善的精度數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)分段的精確控制，分段總組由傳統(tǒng)的二維手工測量提升至三維立體精確測量，達(dá)到分段總組快速定位、吊裝時間減少、建造精度明顯提高的目的[1]。

1.2推進(jìn)上建總組數(shù)字化模擬搭載

在上建的建造過程，從切割開始到小組、中組、大組每一個階段都會不可避免地產(chǎn)生誤差。以往，這些誤差只能在總組吊裝階段進(jìn)行修割。通過在三維測量的基礎(chǔ)上，采用ECO-OTS精度分析軟件，實施數(shù)字化模擬搭載。預(yù)先了解分段的精度偏差值及基準(zhǔn)分段的精度偏差值，在電腦上模擬分析得出有效的修正方案，提前進(jìn)行切割修正，從而實現(xiàn)搭載的一次定位[2]。

2 大力推廣自動化設(shè)備與工具的應(yīng)用

2.1積極推進(jìn)裝配自動化工具的應(yīng)用

在小組立部件階段使用真空壓型材工具。相對于傳統(tǒng)的手工壓型材，具有焊接點少，工作效率高，型材裝配間隙可控，減少焊接點的優(yōu)勢，焊腳小，熱輸入量小，能較好地控制鋼板變形。在T排定位時使用磁性工具。上建T排（550MM及以上）因其重量大（大于100KG），長度長（大于25M），在分段裝配時不易固定，不易調(diào)直。T排安裝磁性工具，固定型鋼簡單、方便，裝配間隙容易調(diào)整，可有效保證WPS焊腳及甲板面的變形。

2.2大幅提升自動化焊接的使用范圍

使用間斷焊自動角焊機具有工作效率高，行駛速度穩(wěn)定，焊后板架變形小的特點。按照WPS規(guī)定的各項參數(shù)，通過在施工過程中嚴(yán)格監(jiān)控，較好地保證了片體制作的效率和質(zhì)量。使用全位置自動角焊機通過配合內(nèi)置高性能永磁體及導(dǎo)向輪，可自動跟蹤焊道。小車具有重量輕巧，運行穩(wěn)定，可靠磁吸附具有手柄提拉自動離合功能，非常方便操作者現(xiàn)場作業(yè)適用于寬、厚焊縫的焊接，能獲得良好的焊接效果，控制薄板變形效果明顯。

2.3使用薄板火工校正自動化設(shè)備

全面推進(jìn)火工自動化背燒小車的使用。該設(shè)備具有火工槍頭溫度穩(wěn)定，槍嘴距離板面高度統(tǒng)一，火工背燒效率高等特點。上建薄板筋板位置容易確定，甲板以及圍板均可使用，覆蓋面很廣，同時因溫度恒定，不會發(fā)生因火工人員技能問題造成的鋼板過度加熱、僵化等現(xiàn)象。

3 推進(jìn)小熱量焊接方式的探索與改進(jìn)

焊接勢必產(chǎn)生熱量，上建薄板板厚在7-10mm之間，平整度需控制在4-6mm范圍內(nèi)。中間過程中的部件結(jié)構(gòu)焊接、分段結(jié)構(gòu)焊接、分段舾裝件焊接、總段結(jié)構(gòu)焊接均會產(chǎn)生熱變形。因此，對焊接熱變形的控制是薄板平整度中的重中之重，毫不夸張的說是差之毫厘、失之千里[3]。減少熱輸入是控制鋼板變形最有效的方法。通過長期的摸索與數(shù)據(jù)的積累和分析，逐步形成了一套行之有效的薄板焊接工藝實施流程，具體做法如下：

（1）安裝型鋼前先壓平鋼板，同時將型鋼與埋弧焊縫接觸的地方打磨平順，定位焊不宜過長，在施焊前需將焊腳打磨平順。窗戶區(qū)域的角鋼，需先行完成后，再安裝2根加強筋，避免窗戶區(qū)域集中燒焊引起的變形。

（2）裝配時將圍板右側(cè)墊高200mm，保證焊接速度，減少焊接熱量輸入。尤其注意角鋼和圍板，球扁鋼和圍板焊接因棱邊是圓弧，焊接時近似全熔焊，焊腳必須控制在3.5-4.0mm。

（3）嚴(yán)格控制焊接順序，焊縫長度大于2000mm時，采用分中對稱焊或分段逐步退焊。先焊立角焊，再焊平角焊。由里向外，由中間向四周焊接。先焊大板，再焊大板內(nèi)部構(gòu)件。大板焊接先焊縱縫，再焊橫（環(huán)）縫。內(nèi)部構(gòu)件先焊立角接縫，再焊平（仰）角接縫。

（4）焊接從中間向四周焊接，變形產(chǎn)生的應(yīng)力由中間構(gòu)架向自由端擴散。垂直構(gòu)件焊接，焊槍與構(gòu)件要呈現(xiàn)雙向45度，可避免因重力以及氣流造成的焊腳過大。采用左焊法保證熔池在焊槍右側(cè)，焊槍左邊是未加熱鋼板，焊縫成形扁平，可有效減少熱輸入。多人施焊時，采取分中（左右、前后）對稱施焊法或分段逐步退焊法，避免集中一處施焊。

（5）焊接電壓控制在21-22V，電流控制在210-220A，焊接時可適當(dāng)增加8%-10%的焊接速度，將熱輸入擴散開，減少熱變形，以此控制鋼板的平整度。

4 推行實用新型工裝的設(shè)計與應(yīng)用

（1）設(shè)計制作部件鋼平臺工裝。設(shè)計應(yīng)用了新型鋼平臺工裝胎架和T排焊接固定裝置，以保證部件鋼板的橫向、縱向均有受力。同時，在部件鋼板四角均進(jìn)行彈性固定，減少了因場地因素導(dǎo)致的變形，實測數(shù)據(jù)效果顯著。

（2）推進(jìn)工裝化槽鋼加強應(yīng)用。設(shè)計并采用新型工字型馬板加強，該加強方式槽鋼不直接與圍板焊接，避免了外圍板上的熱工修補作業(yè)，圍板變形得到有效控制。同時，分段翻身后拆除槽鋼的打磨工作量大幅減少，槽鋼也可實現(xiàn)回收利用，降低了生產(chǎn)成本。

（3）全面推廣無焊化斜撐工裝。焊接輸入熱量是造成薄板變形的主要因素，推廣采用夾頭式無焊化斜撐工裝，在斜撐兩邊采用夾頭進(jìn)行螺栓固定，在整個作業(yè)過程中不產(chǎn)生熱輸入，不破壞圍板的彈性結(jié)構(gòu)，大幅減少了后期的拆除修補等工作，避免了相應(yīng)作業(yè)造成的鋼板變形。

（4）改進(jìn)優(yōu)化總段可調(diào)式支撐工裝。傳統(tǒng)的總段支撐采用槽鋼加強，存在艇甲板支撐腿高低不等，地面平整度不一等缺點。同時槽鋼支撐無彈性變形，導(dǎo)致艇甲板總組精度差，裝配時需開刀修正，影響外板平整度。因此，使用新型總段可調(diào)式支撐工裝，具備彈性變形，易于安裝，可適用于全區(qū)域、全高度，幫助艇甲板總組精度得到有效控制。

5 實施效果

通過創(chuàng)新薄板制作工藝，對上建實際建造中各類測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析后不難發(fā)現(xiàn)，在上建的精度質(zhì)量、生產(chǎn)效率，特別是客戶最關(guān)心的外板平整度方面取得了很大的提高，高質(zhì)量的上建產(chǎn)品獲得了客戶高度認(rèn)可與贊譽，贏得市場聲譽。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張起葆，劉建峰，孫建志，精度造船中數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用研究[J].造船技術(shù)，2014（6）：51-55.

[2] 劉桂香，現(xiàn)代數(shù)字化造船精度控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[A].船舶工程，2011（6）：65-67