MARKⅢ 圍護(hù)系統(tǒng)側(cè)工藝門關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)

江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 黃佳偉 楊長順 凌 偉

液化氣體運(yùn)輸船舶最常見的貨物圍護(hù)系統(tǒng)為薄膜型和獨(dú)立型兩種，目前世界LNG船舶中近80%應(yīng)用薄膜型液艙，薄膜型液艙主要有NO.96型和MARK III型兩種，主要區(qū)別在于兩層屏蔽和絕熱層材料。這兩種薄膜圍護(hù)系統(tǒng)都是法國GTT公司開發(fā)的專利技術(shù)。薄膜型圍護(hù)主要包括主屏蔽、次屏壁和絕緣層。NO.96型液艙的首層屏壁與次層屏壁均為殷瓦鋼，而絕熱層則是裝有珍珠巖顆粒的層合板木箱組成。MARK III型液艙的主屏蔽為不銹鋼波紋板，次層屏蔽為三層復(fù)合材料薄膜，絕熱層則是聚氨酯泡沫。

典型薄膜型液艙船體結(jié)構(gòu)為八邊形橫剖面的柱狀體，為便于人員及物資材料進(jìn)出液艙，需在舷側(cè)立面開設(shè)工藝口。整艙圍護(hù)系統(tǒng)完工后，在舷側(cè)工藝門處預(yù)留或搭設(shè)新腳手架平臺，用于該區(qū)域主船體結(jié)構(gòu)焊接、涂裝及圍護(hù)系統(tǒng)施工。本文將通過某型船MARK Ⅲ LNG燃料艙為例，研究、總結(jié)薄膜型液艙側(cè)工藝門施工中關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分的關(guān)鍵技術(shù)。

總體施工要求

側(cè)工藝門區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)施工時，由于艙內(nèi)其他區(qū)域的圍護(hù)系統(tǒng)均已完工，因此在施工過程中對防火及防塵措施是重中之重。通常在側(cè)工藝門鋼結(jié)構(gòu)施工前，四周安裝臨時封邊結(jié)構(gòu)，與整艙圍護(hù)系統(tǒng)形成封閉空間，以滿足前期整艙主/次層空間密性試驗(yàn)。后期鋼結(jié)構(gòu)施工完成后，需拆除臨時封邊。在鋼結(jié)構(gòu)焊接方面，一般采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊接過程產(chǎn)生大量熱量和煙塵。剖口方向設(shè)置確定施工面，考慮勞動強(qiáng)度的同時降低明火、污染的隱患。精準(zhǔn)控制焊接熱輸入，避免高溫破壞周邊的圍護(hù)系統(tǒng)及鋼板底漆性能。合理設(shè)置加強(qiáng)筋（在圍護(hù)系統(tǒng)開始施工前要安裝燒焊結(jié)束），控制焊接變形控制，確保整體和局部平整度。在涂裝方面，低溫油漆與鋼板的粘合力以及低溫油漆與環(huán)氧膠水粘合力，直接影響整個圍護(hù)系統(tǒng)施工質(zhì)量，涂裝作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的研究至關(guān)重要。

總體上，涉及到施工工序及順序如下，本文將對每個工序涉及施工技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行研究和分析總結(jié)。

臨時封邊安裝

在圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計中，通過在側(cè)工藝門四周安裝臨時封邊，封閉整艙圍護(hù)系統(tǒng)的主/次層空間，以滿足前期整艙密性試驗(yàn)要求?？傮w上，臨時封邊安裝流程和常規(guī)圍護(hù)系統(tǒng)類似，包括絕緣板、次屏蔽粘貼、上橋板及波紋板焊接等?？紤]其臨時性，重點(diǎn)關(guān)注以下幾個方面：

1、折邊板與主船體結(jié)構(gòu)焊接前，焊縫兩側(cè)10mm范圍內(nèi)的油漆需打磨干凈，以確保焊接質(zhì)量，注意打磨范圍。

2、臨時次屏蔽粘貼時，在保證密性的情況下，可酌情減少膠水粘貼寬度，減少后續(xù)打磨膠水工作量。

3、臨時次屏蔽的粘貼順序和布置要考慮后續(xù)正式粘貼的施工空間以及修補(bǔ)可行性，尤其十字縫位置。

4、封板與四周波紋板搭接尺寸，避免影響后續(xù)拆除臨時封邊工作。

船體結(jié)構(gòu)部分

1、船體結(jié)構(gòu)

側(cè)工藝門船體結(jié)構(gòu)類型隨船型和選取位置的差異而有所不同，在本項(xiàng)目中側(cè)工藝門處的船體結(jié)構(gòu)是一個三層船殼帶水平桁及實(shí)肋板的結(jié)構(gòu)。在部分LNG運(yùn)輸船項(xiàng)目中，一般為雙層船殼帶水平桁的結(jié)構(gòu)。無論哪種結(jié)構(gòu)，整體吊裝或零散片體逐一吊裝，都存在吊裝定位難度極大、耗時長等問題。因此在本項(xiàng)目中，整個結(jié)構(gòu)拆分成船體外板結(jié)構(gòu)和內(nèi)殼板結(jié)構(gòu)兩部分（見圖1）。拆分原則一般可考慮以下幾個方面：

圖1 船體外板/內(nèi)殼板結(jié)構(gòu)圖

（1）內(nèi)殼板帶部分結(jié)構(gòu)，避免焊接時破壞反面艙內(nèi)低溫油漆；

（2）拆分2個或以上結(jié)構(gòu)，內(nèi)殼結(jié)構(gòu)優(yōu)先完工，確保液貨艙內(nèi)圍護(hù)系統(tǒng)施工盡快開始，與外部結(jié)構(gòu)并聯(lián)施工。

2、坡口方向設(shè)置

在本項(xiàng)目中，船體結(jié)構(gòu)的焊接采用單面焊雙面成型技術(shù)。僅從焊接工藝角度，焊縫坡口的不同朝向均滿足規(guī)范要求。結(jié)合現(xiàn)場施工操作性、安全性等方面綜合考慮，選擇坡口朝向空艙或壓載艙一側(cè)。

上述兩種坡口方向各有優(yōu)缺點(diǎn)（見表1），具體需根據(jù)實(shí)際情況而選擇最合適方案。

表1 兩種坡口方向方案的優(yōu)缺點(diǎn)對比

上述兩種不同的坡口方案，在船體裝配和燒焊的過程中，艙內(nèi)的看火人員都是必要的。

3、焊接變形控制

焊接變形是焊接過程不可避免的一個問題，為滿足后續(xù)圍護(hù)系統(tǒng)的安裝，焊后整體的平整度需格外關(guān)注。除控制焊接熱輸入、合理設(shè)置焊接順序等，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需在側(cè)工藝開口四周做加強(qiáng)處理(GTT設(shè)計時對船體一半要求)。一般可在距開口位置200mm增加加強(qiáng)筋，如開口周邊有縱向或橫向結(jié)構(gòu)且距離合適的可視為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，無需單獨(dú)設(shè)置加強(qiáng)筋（見圖2）。

圖2 某船側(cè)工藝門開孔區(qū)域典型結(jié)構(gòu)

4、焊接熱輸入控制

在側(cè)工藝門周邊的圍護(hù)系統(tǒng)和臨時封邊安裝結(jié)束后，其中上下口距離結(jié)構(gòu)焊縫僅200mm左右（見圖3）。如采用常規(guī)焊接工藝，焊接過程中產(chǎn)生的大量熱輸入可能會破壞周邊圍護(hù)系統(tǒng)及鋼板油漆，同時存在較大的燃火隱患。因此需研究相應(yīng)的施工技術(shù)，并通過模擬試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖3 側(cè)工藝門區(qū)域示意圖

在本項(xiàng)目中，選用KCC的Kovinyl VP186低溫底漆和UNITECH的ULBM100/200環(huán)氧膠水。在整個焊接過程中，需確保在一定區(qū)域內(nèi)低溫底漆和環(huán)氧膠水不受高溫影響導(dǎo)致性能失效。為合理控制焊接熱輸入，采用與實(shí)船內(nèi)殼板同樣板厚材質(zhì)的材料進(jìn)行模擬試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)的總體要求如下：

（1）采用分段退焊法。

（2）在橫對接焊縫兩側(cè)距焊縫60mm、90mm、150mm、200mm標(biāo)記測溫線，在立對接焊縫兩側(cè)距焊 縫100mm、150mm、200mm標(biāo)記線測溫線。

（3）整個焊接過程中，測量并記錄所有測溫線的溫度。

（4）基于焊接工藝說明書，明確剖口角度、裝配間隙、打底、填充、蓋面各階段焊接具體參數(shù)。

經(jīng)模擬試驗(yàn)，對樣板分別進(jìn)行橫、豎對接縫焊接，調(diào)整焊接參數(shù)及測量記錄不同測溫線位置鋼板溫度（見圖4）。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)如下：

圖4 模擬試驗(yàn)樣板

（1）采取分段退燒，每段距離300mm～500mm。

（2）焊縫150mm測溫線處溫度高于82℃時，停止燒焊，自然冷卻。直至焊縫溫度冷卻至90℃以下，可繼續(xù)燒焊。

（3）針對不同焊道的焊接，需相應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)（見表2）。

表2 各種艇型適用認(rèn)證模式一覽表

（4）距離焊縫兩側(cè)150mm以內(nèi)的低溫底漆，受高溫影響性能失效，需重新打磨、油漆。其他區(qū)域漆面原則上可以保留。

上述涉及的參數(shù)及指標(biāo)來源于本項(xiàng)目中所應(yīng)用的焊接工藝說明書，在不同項(xiàng)目中，需根據(jù)板厚、板規(guī)、焊接工藝及焊接設(shè)備等進(jìn)行類似模擬實(shí)驗(yàn)，確保在整個焊接過程合理管控?zé)彷斎氲挠绊憽?/p>

5、低溫底漆拉力試驗(yàn)

MARK Ⅲ型圍護(hù)系統(tǒng)中，絕緣層與主船體鋼板之間通過環(huán)氧膠水粘貼固定，兩者之間有一層低溫底漆。低溫底漆與鋼板表面以及低溫底漆與環(huán)氧膠水之間粘連性能直接影響整個圍護(hù)系統(tǒng)施工質(zhì)量，因此在圍護(hù)系統(tǒng)施工前，低溫底漆的性能需通過拉力試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)（見圖5）。

圖5 低溫底漆層示意圖

根據(jù)焊接熱輸入試驗(yàn)，距離焊縫150mm以內(nèi)的區(qū)域需重新打磨、油漆。涂裝作業(yè)7天后油漆完全固化，拉力試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作、膠水固化（至少48小時）、正式試驗(yàn)（見圖6），共需要9天時間確認(rèn)油漆性能。在滿足要求的情況下，可以開始圍護(hù)系統(tǒng)的施工。為了縮短這個周期，可以通過試驗(yàn)下述試驗(yàn)的方式來驗(yàn)證實(shí)船上油漆打磨重新施工的工藝，通過此方法可以提前做油漆拉力試驗(yàn)，進(jìn)而避免等工的現(xiàn)象。

圖6 拉力試驗(yàn)過程示意圖

圖7 試驗(yàn)區(qū)域重新打磨/涂裝并測量相應(yīng)數(shù)值

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在規(guī)定的溫濕度及露點(diǎn)下，主要有兩個因素直接影響低溫底漆的性能，即打磨后的粗糙度及干膜厚度。根據(jù)涂裝作業(yè)常規(guī)要求，粗糙度大于要滿足St3要求，干膜厚度在30～100μm均屬于合格，但上述兩個工藝參數(shù)范圍較為寬泛，將通過試驗(yàn)來驗(yàn)證船上油漆打磨后重新施工的最佳的工藝參數(shù)，以達(dá)到最佳的施工質(zhì)量。具體試驗(yàn)流程如下：

（1）內(nèi)殼板整體沖砂、涂裝。沖砂后記錄不同位置的粗糙度，油漆固化后測量對應(yīng)的漆膜厚度。

（2）在側(cè)工藝門兩側(cè)，在距離焊縫150mm外劃出200*300的試驗(yàn)區(qū)域，手工打磨、油漆，并記錄粗糙度及干膜厚度（見圖7）。

（3）在重新涂裝區(qū)域進(jìn)行拉力試驗(yàn)，以驗(yàn)證船上重新打磨涂裝的工藝性能。

經(jīng)過拉力試驗(yàn)結(jié)果，在同等條件下，粗糙度在50～60μm，干膜厚度在50～70μm，拉力數(shù)值越高，油漆性能越好。后續(xù)在涂裝作業(yè)時，嚴(yán)格管控工藝參數(shù)，確保良好的油漆性能，實(shí)現(xiàn)用工藝試驗(yàn)的方法進(jìn)行替代常規(guī)拉力試驗(yàn)，避免了等工時間。因此，總體上施工周期得到有效控制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、上下道有序銜接的管理理念。真正做到了在保證質(zhì)量的前提下，縮短施工周期，實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。

臨時封邊拆除

在船體結(jié)構(gòu)部分結(jié)束后，可以開始拆除臨時封邊?？傮w上拆除順序是先金屬部分，后非金屬。在拆除金屬部分時，需格外小心，避免拆除過程損傷船體結(jié)構(gòu)和周邊圍護(hù)系統(tǒng)。一般情況下，折邊板可以考慮部分提前拆除。在拆除非金屬部分時，嚴(yán)格管控防塵保護(hù)，避免出現(xiàn)次屏蔽等受污染的情況。