10000TEU集装箱船船体建造质量控制分析

中海工业（江苏）有限公司 张晓安

2013年12月27日，“MSC MONTEREY”号集装箱船在行驶至加拿大纽芬兰西南海域时，船员在接近主甲板处发现长约1.5 m的裂纹。随后，裂纹扩展至船舶外壳，在船体上形成了约30 cm的裂缝。调查人员经一系列超声波检测，发现4892 TEU的“MSC MONTEREY”号（建于2008年）开裂原因是焊缝缺陷所致。

同年6月，商船三井（MOL）旗下8110 TEU的“MOL COMFORT”号（建于2008年）因在印度洋海域发生破裂而见诸各大媒体报端。之后该船竟断成两截后沉没，令许多人诧异不已，因为它毕竟是艘现代化船舶，且失事时并未遭遇急风大浪，这令人联想到该船舶在建造过程中的船体质量控制。在现代化大型集装箱船的建造过程中，应保证船体焊接质量，特别要严格按照工艺文件执行，加强建造过程的检验，及时解决船舶建造过程中的焊接缺陷问题，才能避免上述海难事故的发生。

10000 TEU集装箱船是为XX集装箱运输股份有限公司设计建造的新一代超大型集装箱船。该船总长335.00 m，型宽48.60 m，型深27.20 m，结构吃水15.00 m，载重量（结构吃水）121800 t,可装载10036只20英尺标准集装箱，续航力达到20000 n mile。该集装箱船由于运量大、航速快而受到国内外航运业巨头的青睐，但因为建造难度大、技术要求高、工艺复杂，建造技术和市场一直被欧美、日韩等造船企业垄断。特别是分段大合拢工序，对于焊接技术要求特别高，稍有不慎就会造成钢材变形，影响船舶整体承载力。本文重点介绍该船在船体建造过程中船体质量控制的点滴体会。

一、10000TEU集装箱船船体结构特点

对于10000TEU集装箱船的船体结构设计特点，首先要认识大型集装箱船的高应力区域，这些区域在建造过程中，无论是装配、焊接还是检验均是需要重点关注的部位，同时这些区域也是船舶在营运过程中易产生疲劳和损坏的位置。

大型集装箱船通常为平甲板船，带艏楼及尾下降甲板（Sunken deck），设有前倾式艏柱、球鼻艏、方型尾，甲板大开口，尾部大外飘，货舱内设置水密横舱壁和结构舱壁（structure bulkhead）,单舵，单桨式船舶。大型集装箱船船体基本结构为纵骨架式，货舱区域设置有双层底和双壳舷侧结构，且在双壳舷侧的顶部设计为有效的抗扭箱结构。在保证船体结构强度的情况下，对于部分中小型集装箱船，也可用双层底和具有抗扭箱或其他等效结构的单层壳舷侧结构代替。大型集装箱船最典型的结构布置为双层底、双舷侧、两舷通道、桁架式舱壁。

二、10000TEU集装箱船结构布置特点

1.甲板骨架及舱口角隅

开口线以外的甲板均采用纵骨架式，甲板宽度小，为典型的大开口船舶，甲板使用等级较高的高强度钢EH36，板厚68 mm。舱口角隅为圆弧型或抛物线型等，机舱前部的甲板角隅采用匙型；对于开口线以内甲板，通常与舱口围和横舱壁结构一同构成箱型横梁。

甲板结构危险区域：位于货舱口角隅处甲板板；舱口围板与甲板室连接处,靠近甲板室处的货舱口角隅板。

建造检验要点：改良设计,提高角隅插入板的钢板级别，增加角隅插入板的板厚；根据现场实际，适当增大角隅半径，角隅处自由边打磨光滑或采用便于应力释放的特殊形状舱口角隅；加厚的角隅插入板与周围的薄板要有良好过渡；角隅插入板与上甲板的对接焊缝要位于角隅圆弧以外；角隅插入板如图1所示，避免有任何开孔（如通风筒、空气管和测深管的开孔)；特别注意舱口端横梁与舷侧舱内结构应对良好；特别注意导轨架与角隅之间不要焊接。

2.舷侧结构

集装箱船舷侧采用双舷侧结构，并在内舷侧采用阶梯型结构，便于装载集装箱，同时增强总纵强度及增大压载舱、燃油舱舱容。舷顶列板及内壳顶列板通常采用等级较高、板厚较厚的高强度钢，实际采用EH36，板厚68 mm。

舷侧结构的危险区域：舷侧外板纵骨与横框架上水平扶强材的连接处，尤其在水密肋板处。

建造检验要点：要注意正确的节点型式、良好的结构对中、良好的趾端包角焊接。修理－改良扶强材的趾端设计，采用软趾、软根或软趾加背面肘板的型式。

3.舱壁结构

水密横舱壁顶部设置箱型横向结构，同时在水密横舱壁上设置垂直、水平桁材，以支持舱壁的扶强材；如图2所示，在货舱长度中间设置由垂直、水平桁材构成的非水密横舱壁。在横舱壁上设置有集装箱导轨架。货舱中后部区域，水密横舱壁中下部设置燃油舱。

横舱壁结构危险区域：横舱壁水平桁、垂直桁与内壳纵壁、内底板连接处。

建造检验要点：注意连接端正确的节点型式，与内壳、内底内结构良好的结构对中、良好的趾端包角焊接。

4.抗扭箱结构

图1 货舱口角隅自由边打磨光滑便于应力释放

图2 横舱壁结构

图3 抗扭箱

抗扭箱是集装箱船参加弯扭载荷组合情况下总纵强度的主要部位，由强力甲板、外板、内壳板、二层甲板和横向箱型梁组成（对于单壳集装箱船则在货舱顶部设置单独的抗扭箱）,其内部结构采用纵骨架式，同时抗扭箱也可作为贯穿货舱长度的安全通道(passage way），一般在通道内设有通向各个货舱的水密门或风雨密门，在内壳板上设置的通向这些门的入孔为高应力区域。

5.舭部结构

10000 TEU集装箱船货舱内舭部为台阶式结构，以便内壳纵壁的结构过渡，小型集装箱船货舱内舭部通常为直角结构，舭部内结构为纵骨架式。

舭部结构危险区域：在舭部舱室与双层底连接区域，旁桁材、内底板、双层底横向肋板和及舭部横向框架之间连接处；纵舱壁与舭部舱室顶部连接处；舭部横向框架上扶强材与底部、舭部和舷侧纵骨连接处根部和趾端。

建造检验要点：注意正确的节点型式、使用补板或插入板封闭开孔、良好的结构对中、良好的趾端包角焊接。

内底板在舭部中端，未一直延伸至舷侧，造成极大的应力集中，内底板需有良好的结构过渡。使用与肋板相同的补板或插入板封闭开孔。

危险区域处内底板、肋板和旁桁材之间角焊缝及内壳纵舱壁与平台板之间角焊缝应加强焊接，取最大的焊接系数或采用全焊透或半焊透角焊缝，加强焊缝的长度不小于300 mm。

6.双层底结构

图4 双层底结构

10000 TEU集装箱船的双层底结构采用纵骨架式如图4所示，其结构一方面要支撑货物的重量；另一方面要参加船舶的总纵强度；双层底内除了设置纵骨外，还设置旁桁材和肋板，加强整个双层底的板架强度，内底板的箱角均座落在旁桁材和肋板上。双层底的内底板是容易受损的部位，内部结构根据其舱室的用途有着不同的特点，用于压载的处所其内部构件容易出现腐蚀；在油舱/水舱界面容易出现热腐蚀。

双层底结构危险区域：扶强材与内底、外板纵骨的连接处。

建造检验要点：特别注意正确的节点型式、良好的结构对中、良好的趾端包角焊接。

图5 舱口围结构

7.舱口围板结构

10000 TEU集装箱船的货舱舱口围板为纵向连续结构，如图5所示，是集装箱船参与总纵强度的主要部位，舱口围的腹板、面板及扶强材采用较厚的高等级高强度钢EH36，68mm板厚，舱口围的终端要有良好的过渡。

舱口围板危险区域：舱口围板终端结构。

建造检验要点:注意趾端正确的节点型式，良好的结构对中和趾端包角焊接，终端肘板与甲板之间角焊在靠近趾端处最好使用全焊透。

三、高强厚钢板焊接过程控制要求

1.加工

要求严格控制板材切割精度，在厚板切割之前，采用试板校验切割机精度，超出精度控制标准的，要及时对切割机进行校正或检修。加工车间做好板材切割精度的自检及记录工作。切割结束后，对自由边和开孔边缘打磨，自由边切割需要磨平，较深的割痕采用烘枪加温至120～150 ℃后使用81-K2焊丝进行补焊，补平后打磨光顺。

严格控制厚板切割坡口的留根，不允许出现正公差，采用样板检验破口切割精度，班组长自检和精度管理员现场核对，并做好《板材坡口加工抽检表》记录。厚板零件材质需要用记号笔清晰地书写在零件上，以便追踪。

2.拼板、部件

厚板拼板前进行电加热，加热温度控制在120～150℃之间，由车间相关人员确认后施焊，并提供《加热曲线表》。厚板定位焊的焊接质量要求等同焊缝，不允许出现夹渣、裂纹等焊接缺陷，长度在150～200 mm之间。厚板拼板除检查主尺寸外，还要严格检查焊缝边缘平整度避免错位。厚板拼板装配提交质检部验收，合格后方可施焊。

厚板拼板采用多层多道焊，预防角变形。拼板焊接结束后，切割引熄弧板后将端头坡口修正，并打磨光顺。焊丝具有特殊要求务必专船专用。火工校正采用压铁与加热后空冷相互配合的方法，把火焰烘枪加热以保证校正温度，严禁水冷校正。火工加热位置位于焊缝边缘30～50 mm处，严禁直接在焊缝上加热。厚板拼板全部由第三方检测公司CCSI进行UT100%检测。厚板焊接缺陷需要反刨后打磨清理干净，加温至120～150 ℃后，使用81-K2焊丝焊接。

3.分段装配、焊接

图6 厚板焊接使用电加热片加热

拼板划线结束后，将拼板缝与构架交叉点的焊缝做磨平处理，再安装构架。所有吊环切割时需留根3～5 mm割除，然后打磨，避免伤及母材。厚板装配提交检验，验收合格后方可施焊。所有和厚板有关的电焊都需要电加热，温度控制在120～150 ℃之间，由相关人员确认后施焊，并提供《加热曲线表》。严禁在厚板自由端进行电焊，包括支撑、加强、临时护栏等。厚板开孔全部由数控完成，如因修改需要现场开孔的，经技术部门确认后，采用专用磨具开孔。构架定位焊需要在主焊缝焊接之前打磨清除。涉及到厚板的补焊长度＜30 mm的采用烘枪加热缺陷部位至120～150 ℃，补焊长度大于30 mm的，必须使用电加热片先加热后焊接，如图6所示，严禁直接补焊。使用81-K2焊接的位置必须使用81-K2焊丝进行补焊，严禁使用其他焊条、焊丝补焊。

四、结语

在建造10000 TEU大型集装箱船过程中，只要按照船舶建造规范进行设计、计算，生产过程中严格执行焊接工艺要求，重点加强高强厚板的焊接控制，在产品验收时严格把关，就能建造出高质量的大型集装箱船，能够预防和控制焊缝开裂和船体断裂，减少船舶海上事故的发生。