39 000 DWT散货船上层建筑精度控制研究

刘振宇

（江门市南洋船舶工程有限公司，江门 529145）

1 前言

精度控制已成为船舶企业在生产过程中的重中之重，加强精度控制技术研究是缩短船舶建造周期、降低建造成本和提高船舶企业竞争力的主要方法之一，因此对造船精度控制开展研究和应用具有十分重要的意义。

江门南洋船舶有限责任公司建造的39 000 DWT灵便型散货船，是具有国际先进水平的节能船舶，在沿海支线航运中占有一定的市场。南洋船舶公司从2011年开始成立精度管理室，负责对整个公司的船舶进行结构精度控制，其中对船舶上层建筑精度控制尤为重视，在建造过程中运用科学的精度管理手段对过程进行控制，不断提高上层建筑精度管控水平。

2 上层建筑特征及精度控制难点

39 000 DWT散货船的上层建筑（以下简称上建）位于主甲板尾楼处，总共5层、层高3.9 m、长度最大处17 m。上建采用纵骨架式结构，其壁板和平台使用厚度6～8 mm钢板，内部围壁板局部采用波形板。上建单个分段以甲板为基面进行反态在胎架上建造、涂装作业后翻身，正态组成前后岛两个总段，最后分别进行吊装搭载。上建建造工序复杂，其板薄焊接易产生变形，火调工作量大。

本文主要研究：上层建筑在建造过程中焊接变形影响因素；通过控制焊接顺序及焊接工艺减少焊接变形；对焊后产生的变形进行火调控制，对火调温度、矫正方法及火调顺序进行研究；辅助安装加强材，对上建壁板进行保型控制。

3 上层建筑焊接控制

焊接产生的热量是导致上建变形的主要因素，控制好焊接就能减少变形量。焊接控制主要从焊接参数、焊接顺序、焊接方法进行控制。

3.1 焊接方法

（1）手工电弧焊：主要用于装配定位焊及焊缝的修补；

（2）CO2全自动焊：一是用在平角焊缝处（如：甲板纵骨、壁板角钢角焊缝等），二是用在无结构阻碍的纵横结构间立角焊缝处；

（3）CO2半自动焊：用于胎架拼板对接缝及其他无法采用CO2自动焊的焊缝；

（4）埋弧自动焊：主要用在甲板、壁板拼板焊接。

各种焊接方法中，变形较大的是埋弧焊和CO2焊。埋弧焊参数见表1；CO2焊参数见表2。

表1 埋弧焊参数表

对于上建拼板件埋弧焊接时，一般用直径3.2 mm的焊丝，焊接过程中要控制好焊接电流、电压及焊接速度；CO2焊选用直径1.2 mm的焊丝，CO2打底焊的电流、电压要适当偏小、焊接速度要放缓，避免焊接缺陷产生。

表2 CO2焊参数表

3.2 焊接顺序

（1）上建甲板拼板件

在内场施工时利用埋弧焊进行焊接：先焊拘束度小的焊缝，再焊拘束度大的焊缝（如图1所示）；上建甲板拼板件装配完毕后，先焊靠舷侧拘束力小的板件（见图1中依次标识顺序①②③处），后焊接拘束力大的位置⑤⑥⑦⑧⑨⑩。按照该焊接顺序进行施工，可以减少板件变形，便于拼板件焊后的火工校正。

图1 甲板拼板件焊接顺序

（2）上建分段内部的纵、横壁板、外围壁板以及骨架

一般选用自动角焊机焊接结构与板材的平角焊缝；对于板厚小于8 mm的内部壁板，一般先焊壁板与结构的角焊缝，再焊壁板对接缝；角焊缝两侧按同一方向焊接，减少扭曲变形（见图2）；若板缝附近有平行结构时，也可以先焊结构与板材角焊缝后再焊接板缝，以增强结构刚性、减少的焊接变形。

图2 上建纵壁板焊接顺序示例

（3） 其余纵向结构及连接肘板

先焊连接肘板的角焊缝以增强结构刚性，后焊纵横向结构间的立角焊缝，最后焊接纵向结构与板材的平角焊缝；甲板上胎架定位后，用自动角焊机焊接横向球钢与甲板的平角焊缝；纵向T型材安装后，先焊纵横结构间立角焊，再焊纵向T型材与甲板的平角焊；安装分段内部纵、横壁板、四周外围壁后，先焊接纵、横壁板间的立角焊缝（包括外围壁的立角焊缝），后焊接纵、横壁板与甲板的平角焊缝及外围壁与甲板的上侧平角焊缝（指反态状态下的上侧平角焊缝）。

4 火调控制

火调控制贯穿上建整个建造阶段，从拼板件、小组装配到分段完工、总组、搭载每一阶段均伴随着火调；不同的火调温度、火调方法、火调顺序都对上建精度有影响，因此要进行重点控制。

4.1 火调各个阶段控制要求

上建板薄、拼板件焊接受热后会产生变形，要及时进行火调处理，对板缝处变形进行调正，单个拼板件平整度要求控制在3 mm内；上建的小组件均是壁板与角钢组成，壁板骨材焊接后要对骨材进行背烧处理，小组件整体平整度控制在5 mm内；在中合拢装配阶段，需利用火调进行调正，在焊接前要对所以壁板进行检查；分段完工松胎前要对甲板及骨材进行退火作业，分段脱胎后，要求对分段堆放水平进行精度监控，保证甲板水平控制在10 mm。

4.2 火调温度控制

温度的掌控是板件火调过程中的控制难点，一要熟悉常用钢材不同厚度所需加热温度，二要控制好水火距离（见表3）；在火调过程中要根据火调时钢板颜色判别加热温度，（具体参考表4）。

表3 钢材加热基本参数

表4 钢材加热温度与颜色估算

4.3 火调顺序控制

火调顺序决定板件矫正方向及分段整体精度，特别是在单个分段和总段火调时必须严格遵守：（1）单个分段要先调甲板、后调四围壁板；（2）在火调施工前要观察变形区域，对变形较小部位做好标记，划出硬档部位加热线，采用长条形跳格法矫正，加热线宽度要求均匀，火调方向保持直线，让钢材变形部位均匀收缩；（3）图3是上建围壁波浪火调方向及顺序，要交错进行火调。对于硬档位置，火调时要从变形较小处矫正为原则，对于软档位置，要利用短条形加热方法由骨架四周逐步向中间部位移动。

图3 上建围壁火调方向及顺序

5 上建加强材加设

加强材主要作用是增加结构强度、减少焊接变形，同时提高组立件强度，保证转运、堆放过程不易变形。分段在胎建造阶段，下口加强材进行连接，相互作用形成一个整体，以减少分段吊装翻身变形量，保证上层建筑总体精度。

（1）上建分段加强材一般在小组立阶段安装，其中小组立焊前安装为最佳时机，加强材与壁板贴合间隙要求0～3 mm，极限＜5 mm，确保壁板的平整度；

（2）加强材安装位置：壁板下口安装位置一般距下口500 mm，加强材的安装高度一致，便于分段阶段加强的连接，形成一个整体进行保型控制；

（3）上建加强材一般在总组定位装配后再进行拆除。加强材规格一般使用20#槽钢、φ≥114×5圆管或同等强度的球扁钢、工字钢及较宽的扁钢等，壁板宽度小于2 m的可用角钢或扁钢材料加强。

6 结束语

综上所述，焊接过程中可以通过焊接方法、焊接顺序以及控制焊接参数等减少变形；对于焊后存在的变形矫正，可以调节火调温度、矫正顺序控制壁板精度；在上建制作过程中，辅助增加壁板加强材保型以减少变形。在散货船上建制造过程中，运用焊接、火调及增加加强材等方法进行精细化控制，能有效减少壁板变形，保证船舶上层建筑整体精度。

本文总结的一些措施及精度控制点，在后续建造散货船的上建建造中得到运用，并取得了良好的效果，值得推广和供同行参考。