論過程控制是滾裝船艉門精度制造之捷徑

1、論過程控制是滾裝船艉門精度制造之捷徑劉邦龍滬東中華（集團）有限公司第三事業(yè)部二二年四月論過程控制是滾裝船艉門精度制造之捷徑滬東中華造船（集團）有限公司第三事業(yè)部 劉邦龍摘要22000噸滾裝船是一艘具有國際先進水平的船舶，船長178m、船寬25m，以裝載車輛為主。該船設(shè)有上、下車輛坡道，通過艉門連通碼頭與上甲板、大倉，讓車輛自由進出，所以艉門又是一個大型的跳板。它是22000噸滾裝船上一個關(guān)鍵項目，是目前國內(nèi)同類型船中最大的艉門跳板之一，并且是我部首次建造。艉門主體是由單板和細型材、“T”型材所組成的鋼結(jié)構(gòu)。內(nèi)外由翼板連接主體和搭靠碼頭。寬25 m、高15 m的主體由2副主鉸鏈及9副副鉸鏈連接船

2、體，本體的自重為140噸。制造的難點為：（1） 平整度要求高，主體平面度為<±4mm；（2） 鉸鏈安裝正確性好：軸線與艉門的中心線角尺誤差<1mm；（3） 密封條平面度<0.5mm/m；因為在建造中存在許多困難，而又是首次設(shè)計制造，缺少經(jīng)驗，所以從開始就嚴格制定了各種建造方案，在有關(guān)技術(shù)人員和設(shè)計人員的指導(dǎo)和配合下，經(jīng)過精心制作，從部件開始控制，部件糾正及裝配方法改進，力求達到技術(shù)要求，成功制造了大型艉門（跳板）。制作的全過程分為“T”型材精度控制；胎架精度控制；裝配方案的確立；主、副鉸鏈的安裝及焊接規(guī)程的制定這幾個重點，使全過程在受控狀態(tài)下完成。前言在船舶的制造過

3、程中，雖有過去制造跳板的經(jīng)驗，但卻都只是小型的。按照傳統(tǒng)的做法，完工后變形很大，導(dǎo)致四角翹曲不平整，鉸鏈軸中心線與主體中心線不角尺，主尺度收縮，遠離設(shè)計要求，造成開關(guān)不靈活、密封性能差，影響整體效果。往往要經(jīng)過反復(fù)修正、調(diào)試才能勉強過關(guān)。 艉門建造是一個“面子”工程，它的好壞直接反映一個國家的船舶建造水平；反映一個工廠的技術(shù)工藝水平。這次艉門建造是探索和提高裝焊水平的過程，由我來主持艉門（跳板）的裝配電焊施工，通過在傳統(tǒng)做法基礎(chǔ)上的延續(xù)，并進一步加以創(chuàng)新，精心組織技術(shù)攻關(guān)，通過科學(xué)的管理方法和先進的工藝技術(shù)手段，對艉門（跳板）建造進行全過程的尺度精度分析與控制，以達到最大限度減少現(xiàn)場修正工作量

4、、提高工作效率、降低建造成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量。主體平整度：<±4mm密封條處平面度:<0.5mm/m艉門中心線與船體中心線重合誤差：<2mm艉門中心線與鉸鏈軸線尺度誤差：<1mm鎖緊器位置與中心線誤差：<±3mm總高度：<±8mm總寬度：<±6mm艉門主要技術(shù)指標我們所設(shè)定的各種制造方案都是緊緊圍繞著主要技術(shù)指標所展開的，在機械化程度較高的艉門，設(shè)立多個固定測量點，通過全程監(jiān)測，來保證它的精度（見圖一）主體艉門（跳板）制作是根據(jù)設(shè)計圖紙的資料，經(jīng)過放樣、號料、加工、 寬：25米 CL 鉸鏈 （主，副鉸鏈處）斜 坡

5、道 高 1.8° （鎖緊裝置處） 15 (密封條處） 米 （測量位置點） （翼板連接處）圖表裝配和焊接等一系列工序來完成的。由于工序多，因而易受各種客觀條件的影響，我著重分析在整個施工過程中，產(chǎn)生影響的主要因素有：（1） 結(jié)構(gòu)的組成是由板架結(jié)構(gòu)及平板和細材，加上“T”型鋼，使鋼板的曲面變小強度增加，而“T”型材制作的精度，直接影響主體平面度，因此，“T”型鋼材是產(chǎn)生不平度主要因素之一；（2） 由于主體面積很大25m×15m，結(jié)構(gòu)很密集，掌握切割、加熱、焊接等變形規(guī)律及其精度比較困難，是產(chǎn)生主體不平的主要因素之一；（3） 施工過程復(fù)雜，影響因素多，難于控制中間工序的尺寸精度，

6、積累誤差，使主尺度及主要技術(shù)指標改變。找到了這些主要因素就有了攻克難關(guān)的方向，針對制造中的主要問題，確定了建造方案。一、“T”型材的制作過程控制：下料后的部件平直度糾正部件裝配施焊精度測量水火糾正“T”型材的制作流程由于下料部件要經(jīng)幾道工序，每道工序、每臺設(shè)備，總要產(chǎn)生大小不定、正負不定的誤差，這是一種有一定范圍限制的偶然性的生產(chǎn)誤差，假如每道工序的誤差是±2mm，組合累積的結(jié)果不同，最后可能是±2mm、±4mm等，這種誤差是偶然性的隨機變化而產(chǎn)生的，從部件開始就加以控制糾正，并保證平直度，然后進行裝焊?！癟”型材是由腹板和面板組合而成，裝配的方法有兩種：（1）

7、“T”型材倒裝法（2） “T”型材側(cè)裝法圖2：“T”型材變形倒裝法對于面板平直“T”型材是比較適合的，能控制腹板與面板平整度、角尺度。但要使整體平整度得到控制，我們對于“T”型材精度控制的要求就比較高。同時在焊接前，必須在腹板上放置一根直線，以便焊后糾正時為依據(jù)。在適當?shù)奈恢妹姘迮c腹板之間必須設(shè)置斜撐加焊，保證其角尺度。各類“T”型材預(yù)先組合成型，在組合時需特別注意相應(yīng)切口位置的準確性，誤差<1.5mm，組裝時保證了間隙減少變型，焊后的“T”型材會產(chǎn)生變形（如圖2），進行矯正，達到不平度<1mm/m。矯正的方法一種是火工矯正，根據(jù)焊接變形情況，選擇正確加熱位置、火焰加熱形式；另一種

8、是機械矯正，作成一個支撐架，頂住面板，用壓力機，力作用點對準“T”型材的筋，下壓，使其面板平直。在這上我采用兩者相結(jié)合的辦法：施焊的“T”型板面板彎曲，用機械矯正，而腹板的彎曲用水火矯正，因為“T”型材本身單純的火工矯正或機械矯正，本身還存在著一定的內(nèi)應(yīng)力，只有當兩者結(jié)合使用讓應(yīng)力得以釋放，才能在組裝時保證平整度。二、胎架制作的控制在組裝中，胎架的作用既是托住主體支柱，又是整個平面度得到保證，因此胎架制作是非常重要的?？傃b胎架平面與基準平面誤差控制在<1mm。往常象這樣大型的平面式胎架，會采用反變形式，根據(jù)以往的經(jīng)驗，B=1016米時，反變形值為：A=2/1000B（B為半寬）。而這只是

9、經(jīng)驗的計算法，由于裝配間隙大小，電焊電流大小，產(chǎn)生變形不一樣，目前沒有一個精確數(shù)值。另外，我們艉門如用反變形法，就會造成鉸鏈安裝的正確性產(chǎn)生誤差，所以還是采用水平胎架。在做胎架之前，平地上首先要劃出基準水平線、鉸鏈軸線、主鉸鏈、副鉸鏈正確位置線、艉跳板中心線、主甲板線、上甲板線等以及其他必要的測量輔助線。這些線很重要，它是保證各項主尺度的依據(jù)。整個制作過程都圍繞著它展開，來測量和控制精度。因為鋼結(jié)構(gòu)的制作，由于種種原因，在每個階段切割、裝配、焊接過程中，每時每刻都在發(fā)生變化。這是鋼結(jié)構(gòu)的特征所決定的，而在千變?nèi)f化的過程中，我們的依據(jù)只有一個，那就是我們所預(yù)先埋在平地上的各種線，這些線條必須正確

10、無誤，特別是一些控制測量點尤為重要（見圖一）。在這樣大面積的胎架，還必須要有足夠的強度和鋼性，按照原胎架的草圖，我認為還不夠，不能完全控制艉跳板在制作時限制其變形。而有密封位置和鉸鏈處特別加強，用槽鋼預(yù)埋在胎架上，并與艉門底板連接牢，強制變形。因此采用預(yù)埋胎架中的各類主尺度線是為了保證整個主體的精度，胎架與基面水平度，達到足夠的剛性是保證平面度的重要措施。三、板架結(jié)構(gòu)裝焊的控制根據(jù)板架結(jié)構(gòu)的特點，它的裝配方案大致可分為兩種：方案一：先拼裝底板，后安裝構(gòu)架。就是先拼成兩大塊，然后再在胎架上進行裝焊。焊接可采用雙面焊式、單面焊兩面成型的方法。如雙面焊，另一面可待構(gòu)架安裝后再進行。鋼板裝焊后便可進行

11、結(jié)構(gòu)劃線，劃線還是以預(yù)埋在胎架里的線為基準，劃出所有結(jié)構(gòu)線和主尺度線，最后根據(jù)安裝線安裝構(gòu)件，進行構(gòu)架與外板、構(gòu)架與構(gòu)架之間裝配，構(gòu)件裝配結(jié)束后進行構(gòu)架電焊。方案二：先裝配焊接成框架形后與底板組合。先單獨在平臺上將構(gòu)件組裝成框架，然后將框架安順序吊放到已在胎架上拼裝好、劃線好的底板上，放對位置及垂直度后定位焊，再將幾個區(qū)域的框架在底板上裝配成一個整體結(jié)構(gòu)。盡管平整度得到控制但是施工比較困難，周期長。方案一和方案二各有優(yōu)缺點，通常采用方案一。但是根據(jù)艉門（跳板）的精度要求和它的實踐，我在方案一的基礎(chǔ)上吸取方案二的優(yōu)點，經(jīng)創(chuàng)新后得到方案三。方案三：先將主體的底板拼裝成三大塊中間一大塊，左右各一大塊

12、。輔設(shè)在胎架上并適當?shù)膲壕o固定在胎架上，其后繼續(xù)完成艉跳板的底板拼接工作，但焊接暫不進行。拼縫拉密，如結(jié)構(gòu)焊接后產(chǎn)生收縮，接縫放空，這時接縫就用CO2襯墊焊。依靠胎架的各類基準線在底板上劃出各構(gòu)件的安裝位置線。劃線時角尺線就是艉門（跳板）中心線和鉸鏈軸線為依據(jù)，首先劃出主鉸鏈位置線，然后再劃出副鉸鏈位置線及其他結(jié)構(gòu)安裝位置線。各結(jié)構(gòu)線位置平行度誤差控制在小于1mm，四角邊框余量線暫不切割。然后首先按裝縱骨，完畢后用CO2角焊機，先施焊，施焊電流控制在280安培左右。斜坡板另外胎架安裝焊接矯正后再與主體合攏?？v骨焊接后安裝已糾正好的縱橫“T”型材，而且采用放射法吊裝，以控制裝配間隙，裝配間隙是影

13、響焊接變形的重要因素，因此控制間隙從而減少焊接后的變形。放射法的裝配，就是以中間為定位，向前后左右放射式安裝，把每個部件與部件的交接處裝密，間隙得到保證。四周邊框“T”型材暫不吊裝，待主體焊后，讓焊后產(chǎn)生的應(yīng)力得以釋放，而不形成封閉，經(jīng)過修正調(diào)節(jié)，以保證主尺度后再安裝四周邊框，割去余量及焊接大拼縫。由于焊接收縮，拼板縫變大，采用CO2襯墊焊，主體裝配結(jié)束。焊接階段的控制，合理選用焊接工藝，嚴格遵守焊接規(guī)程，結(jié)構(gòu)的焊接變形和內(nèi)應(yīng)力的減少是與焊接程序密切相關(guān)的。因為合理的焊接程序能使焊接熱量分布均勻。因此在艉門（跳板）的施焊程序做了規(guī)定：（1） 焊接全部采用二氧化碳氣體保護焊進行角焊縫焊接工作。C

14、O2焊接比電弧焊變形小。（2） 從結(jié)構(gòu)的中央向左右和前后放射式的逐格對稱地進行焊接。使受熱量均勻。（3） 艉門具有對稱中心線的構(gòu)件，由雙數(shù)焊工對稱施焊，人數(shù)控制在10人左右。圖3：逐步退焊法底板123123橫向腹板中桁材（4） 焊接先焊對接，后立焊，先焊強結(jié)構(gòu)，后次結(jié)構(gòu)，最后平焊?？v橫構(gòu)件立角焊縫焊接程序為逐步退焊法。(見圖三)（5） 控制焊接電流，使熱量減少，因而焊接變形也較少。在主體裝焊第一階段結(jié)束后，測量數(shù)據(jù)符合要求，安裝支撐鉸鏈板及翼板鉸鏈座時，在此處平面不平度將直接影響支撐鉸鏈及翼板的安裝質(zhì)量，因此除必須校平外，同時與兩端封板必須垂直，艉跳板基準線平面誤差<1mm，端面封板平整

15、<1.5mm/m。在安裝至副鉸鏈縱梁時與安裝線誤差<0.5mm。特別是鉸鏈板對接處更嚴格控制。艉跳板主體結(jié)構(gòu)完工后，再根據(jù)胎架上的艉跳板中心線，鉸鏈軸心線，主甲板、上甲板線在艉跳板主體上劃出相應(yīng)的艉跳板中心線，鉸鏈軸心線，艉跳板立體平面基準線及其他后續(xù)工程所需的基準測量線，根據(jù)圖1中的測點，主體結(jié)構(gòu)脫胎架進行火工糾正。由于采用裝配方案三和焊接的控制，得到了很好的實效，經(jīng)測量得：主要數(shù)據(jù)測量表公差范圍焊前實測焊后實測總寬度±6+4-2總高度±10+80主體平整度<±4±2±3密封條平面度<0.5mm/m01mm/3m-1+

16、0.5m中心線與基準線偏差0000.5mm鎖緊器與中心位偏差0<±3mm±2mm四、主鉸鏈、支撐鉸鏈、翼板鉸鏈的安裝在完成主體裝焊及矯正之后，安裝各種鉸鏈是這艉門上的關(guān)鍵項目，它直接影響著艉門開關(guān)的好壞。每副鉸鏈均由兩塊鉸鏈板組成，主鉸鏈經(jīng)過粗加工之后確定出十字中心線，支撐鉸鏈加工一次正作。為了保證各主鉸鏈、支撐鉸鏈、翼板鉸鏈的安裝，采用幾套方案：（1） 采用假軸、假軸套來配合安裝，這樣就能保證安裝正確性。但是由于艉門寬度在25米，大大超過了一般的假軸長度，在制作上存在很大的困難，可行性不大；（2） 用傳統(tǒng)的拉鋼絲，定鉸鏈的中心線，用拉線架調(diào)節(jié)，拉出軸心線安裝。由于鋼絲在25米長的情況下，本身有一個自重力向下，偏差要在2mm左右，對安裝正確性，得不到保證；（3） 最佳方案就是采用先進的激光經(jīng)緯儀，按照胎架基準線，駁在主體上，在兩端定出軸心的高度及與主體中心線的角尺，對準各鉸鏈的中心點，進行主副鉸鏈的安裝。這是最經(jīng)濟、最精確的方案，取得了很好的效果。主副鉸鏈在施焊前，進行適當?shù)募訌姶胧┮苑篮附訒r產(chǎn)生移位和變形。翼板鉸鏈的安裝同樣采取了這種方案，主體裝焊結(jié)束，交精加工鏜孔。結(jié)論艉門（跳板）的制作過程是在傳統(tǒng)的制作方法上不斷改進和提高，隨社會科技的發(fā)展，更多更精的產(chǎn)品在船舶上出現(xiàn)，通過艉門（跳板）的制作，使我清楚認識到每個工序都必需盡心盡責、盡善盡