一種非焊接形式船舶分段裝配方法

陳宏宇

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 興城 125105）

0 引言

船舶與海洋工程裝備制造行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。分段是船舶建造過程中最為重要的中間產(chǎn)品，船體構(gòu)件裝配是分段建造的主要工作。在船舶建造相關(guān)專業(yè)的教學(xué)中，船舶分段裝配是學(xué)習(xí)和實(shí)踐的重要內(nèi)容。在目前的造船生產(chǎn)中，船舶分段裝配法存在著一定的弊端。在分段裝配時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)零件定位及零件位型調(diào)整，需要在零件裝配時(shí)安裝背板、定位馬板、壓馬、平川套等工裝，用來輔助作業(yè)[1-2]。使用上述工裝時(shí)，需要將工裝焊接固定，這樣就增加了焊接工作量；在裝焊工作結(jié)束后，需要將裝配工裝去除，這樣增加了氣割、打磨等工作量；在焊接、氣割和打磨過程中，對(duì)結(jié)構(gòu)底漆涂裝造成了破壞，增加涂裝工作量的同時(shí)也會(huì)違反PSPC（所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)）中的相關(guān)規(guī)定。船舶上層建筑所用的鋼板與結(jié)構(gòu)尺寸較小，在對(duì)上層建筑分段進(jìn)行裝配時(shí)，傳統(tǒng)裝配工裝的使用會(huì)產(chǎn)生多余的焊接和氣割，進(jìn)而會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)精度造成影響，結(jié)構(gòu)變形后需要大量的修正作業(yè)[3]，如果能減少裝配時(shí)的多余焊接與切割，就能夠節(jié)約大量工時(shí)，提高分段精度，避免多余的施工，對(duì)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的意義。

在當(dāng)前船舶制造相關(guān)專業(yè)教學(xué)中，對(duì)船舶裝配實(shí)踐教學(xué)的方法主要有兩種：一種是利用紙板代替鋼材進(jìn)行模型制作式的裝配練習(xí)；一種是利用鋼材采用定位焊接的形式進(jìn)行的裝配練習(xí)[4]。紙板代替鋼材進(jìn)行模型制作式的裝配練習(xí)存在著一定的弊端。由于紙板的強(qiáng)度問題模型制作的尺度不能太大，裝配過程中大尺度構(gòu)件的精度控制方法就不能夠進(jìn)行練習(xí)；在分段裝配的真實(shí)過程中，需要用到許多專用的裝配工具，如平川套、線錘、壓馬等，用紙板進(jìn)行模型制作式的裝配練習(xí)是不能采用這些工具的，缺少工具應(yīng)用；紙板的剛度和鋼材的剛度也是差距甚大，紙板模型裝配時(shí)的精度是不可控制的，這也達(dá)不到分段裝配實(shí)踐練習(xí)的要求。利用鋼板采用焊接定位的形式進(jìn)行的裝配練習(xí)存在著耗材過大、成本高的問題。在裝配練習(xí)過程中，鋼材通過定位焊接的方式裝配在一起，練習(xí)結(jié)束后需將各個(gè)構(gòu)件拆除，供后續(xù)練習(xí)使用，拆除構(gòu)件經(jīng)常采用火焰切割和機(jī)械切割的方法進(jìn)行，增加了實(shí)踐教學(xué)資源和人力的投入，并且存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)性；鋼材在經(jīng)過焊接、切割及打磨等操作之后會(huì)出現(xiàn)變形和損耗，經(jīng)過幾次使用后就不能再滿足使用要求，需要換新，這樣的成本對(duì)于教學(xué)來說是巨大的。綜上所述，一種非焊接形式的船舶分段裝配方法在船舶建造類企業(yè)、院校的生產(chǎn)和教學(xué)中就顯得尤為重要。

為了能夠在船舶分段裝配時(shí)進(jìn)行非焊接形式裝配，采用非焊接手段定位裝配且分段零件，充分模擬船舶分段裝配過程，教學(xué)零件反復(fù)使用，本文介紹了一種非焊接形式船舶分段裝配方法。該方法通過利用開關(guān)式強(qiáng)磁鐵與鋼材之間的磁力實(shí)現(xiàn)鋼材的非焊接裝配，產(chǎn)生船舶分段零件裝配所需要的緊固力，開關(guān)控制磁性，磁性消失后，能夠拆除構(gòu)件。非焊接手段定位裝配，避免了裝配過程中裝配工裝的焊接、氣割拆除、打磨及補(bǔ)涂油漆的工作；在船體裝配學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)過程中，船舶分段零件無損耗且反復(fù)使用，可解決模擬船舶分段裝配的技術(shù)問題[5]。采用上述方法進(jìn)行船舶分段構(gòu)件裝配的實(shí)施關(guān)鍵在于兩點(diǎn)：一個(gè)是磁性裝配工具的設(shè)計(jì)，另一個(gè)是磁性裝配工具在工程中的使用方法。下面就這兩點(diǎn)分別進(jìn)行介紹。

1 磁性裝配工具

所述磁性裝配工具包括磁性定位馬、磁性壓馬、磁性平川套、磁性板材角接固定裝置、磁性定位卡板。

1）磁性定位馬。磁性定位馬為在定位馬兩端加裝開關(guān)式磁鐵，形成的磁性定位馬由連接板、開關(guān)式強(qiáng)磁鐵及固定螺栓組成；通過開關(guān)式強(qiáng)磁鐵的磁力，與鋼材連接，提供對(duì)接口的緊固力；拆除時(shí)調(diào)整開關(guān)，即可消除磁性。具體形式如圖1所示。

圖1 磁性定位馬示意圖

2）磁性壓馬。磁性壓馬在帶有螺紋孔的頂推座下方，通過固定螺栓安裝開關(guān)式強(qiáng)磁鐵，頂推螺栓穿過頂推座上螺紋孔；通過磁鐵與鋼材之間的磁力，將磁性壓馬緊固在頂推位置，提供緊固力，旋轉(zhuǎn)頂推螺栓向頂推方向伸出，實(shí)現(xiàn)頂推；拆除壓馬時(shí)，通過調(diào)整開關(guān)消除磁性，卸掉壓馬。具體形式如圖2所示。

圖2 磁性壓馬示意圖

圖6 板材與板材對(duì)接裝配方案示意

圖7 板材與板材角接裝配方案示意

3）磁性平川套。磁性平川套是兩端裝由開關(guān)式強(qiáng)磁鐵的螺紋套和螺桿組成。將雙耳形安裝架通過固定螺栓安裝在開關(guān)式強(qiáng)磁鐵上，安裝架上裝旋轉(zhuǎn)軸，螺桿套在旋轉(zhuǎn)軸上，以便調(diào)整角度，通過旋動(dòng)螺紋套來調(diào)整平川套長(zhǎng)度；需要頂撐時(shí)，強(qiáng)磁鐵依靠磁力被裝于頂推位置，旋轉(zhuǎn)螺紋套兩側(cè)螺桿向外延伸形成頂撐；需要拉緊時(shí)，強(qiáng)磁鐵依靠磁力被裝于拉緊位置，旋轉(zhuǎn)螺紋套兩側(cè)螺桿向內(nèi)收縮形成拉緊；拆除時(shí)關(guān)閉磁性開關(guān)，磁性消失，可將裝置拆除。

4）磁性角接固定裝置。板材角接固定裝置由互相垂直的兩個(gè)開關(guān)式強(qiáng)磁鐵和安裝架組成，安裝架上開有調(diào)節(jié)槽，便于根據(jù)角接結(jié)構(gòu)的尺寸調(diào)整位置，開關(guān)式強(qiáng)磁鐵通過緊固螺栓固定在安裝槽上；將裝置布置在角接結(jié)構(gòu)上，可以提供緊固力；拆除時(shí)，關(guān)閉磁性開關(guān)即可。

5）磁性定位卡板。磁性定位卡板由異形開關(guān)式強(qiáng)磁鐵制作而成，一般用于骨材與板材的角接裝配，將開關(guān)式強(qiáng)磁鐵布置在骨材與板材的角接結(jié)構(gòu)上，利用磁力提供裝配時(shí)所需的緊固力，裝配完成后關(guān)閉磁性開關(guān)，磁性消失后可拆除裝置。

2 具體實(shí)施方式

在進(jìn)行船舶分段裝配的時(shí)候，要想使用磁性裝配工具完成非焊接形式船舶分段裝配，需要依據(jù)常見的船舶分段結(jié)構(gòu)形式，確定磁性裝配定位方案。最常見的分段結(jié)構(gòu)一般包括板材與板材對(duì)接、板材與板材角接和骨材與板材角接。

1）板材與板材對(duì)接。將若干個(gè)磁性定位馬跨板材對(duì)接縫沿對(duì)接縫長(zhǎng)度方向布置，可以為板材對(duì)接提供緊固力；如果單面緊固力不夠，將板材置于支柱型裝配平臺(tái)上，使板材對(duì)接縫與地面間形成一定的間隙，可以在背面加裝磁性馬板提供緊固力；拆除時(shí)調(diào)節(jié)磁鐵開關(guān)，即可消除磁性。

2）板材與板材角接。板材與板材角接時(shí)利用板材角接固定裝置來進(jìn)行固定，將若干個(gè)裝置沿板材角接縫長(zhǎng)度方向布置，松開緊固螺栓，移動(dòng)開關(guān)磁鐵到合適位置，距離角接縫越遠(yuǎn)，支撐越穩(wěn)固，一面磁鐵吸附在平板上，一面磁鐵吸附在立板上，調(diào)緊緊固螺栓，裝置可為角接板材結(jié)構(gòu)提供緊固力；拆除時(shí)調(diào)節(jié)磁鐵開關(guān)以消除磁性；板材與板材角接時(shí)還可以使用磁性平川套來進(jìn)行固定。

3）骨材與板材角接。骨材安裝焊接于板材之上是船舶常見的結(jié)構(gòu)，由于骨材腹板較短不能用板材角接固定裝置進(jìn)行固定，采用直角型開關(guān)式強(qiáng)磁鐵進(jìn)行固定；沿骨材長(zhǎng)度方向布置若干個(gè)直角型開關(guān)式強(qiáng)磁鐵，一面吸附在板材上，一面吸附在骨材上；拆除時(shí)調(diào)節(jié)磁鐵開關(guān)以消除磁性；骨材與板材角接還可以使用磁性壓馬進(jìn)行調(diào)整。

圖8 骨材與板材角接裝配方案示意

本文提及的裝配方法的核心思想就是利用開關(guān)式強(qiáng)磁鐵與鋼材之間的磁力實(shí)現(xiàn)鋼材的非焊接裝配，開關(guān)控制磁性，磁性消失后即可拆除構(gòu)件。目前的開關(guān)式強(qiáng)磁鐵的磁力可以達(dá)到十幾噸甚至幾十噸，完全可以滿足教學(xué)中船舶分段零件裝配所需要的緊固力，同時(shí)能夠滿足造船企業(yè)的生產(chǎn)。

3 結(jié)語

本文介紹了一種利用開關(guān)式強(qiáng)磁鐵與鋼材之間的磁力實(shí)現(xiàn)鋼材非焊接形式的裝配方法，主要用于船舶分段裝配生產(chǎn)及技能訓(xùn)練學(xué)習(xí)。設(shè)計(jì)磁性裝配工裝，滿足拉、壓、頂推、固定等裝配手段的實(shí)施要求；設(shè)計(jì)磁性裝配定位方案，滿足板材與板材的對(duì)接、板材與板材角接、骨材與板材角接等幾種常見船舶構(gòu)件裝配形式的使用要求。在造船生產(chǎn)中可以省去裝配工裝裝焊與拆除時(shí)的焊接、切割、打磨及補(bǔ)涂油漆等作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)成本；在船舶建造相關(guān)院校的實(shí)踐教學(xué)中可以完全復(fù)制船舶分段裝配工況，船舶零件無損耗，可以反復(fù)使用，訓(xùn)練效果好，成本低，安全性高。