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(1.江蘇新?lián)P子造船有限公司，江蘇 靖江 214521；2.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

超大型集裝箱船艉部精度控制分析

唐 松1，李家?guī)?

(1.江蘇新?lián)P子造船有限公司，江蘇 靖江 214521；2.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

分析了超大型集裝箱船艉部合攏過(guò)程中變形產(chǎn)生的原因，對(duì)精度控制的工藝流程以及精度控制的關(guān)鍵措施進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并結(jié)合船舶建造過(guò)程實(shí)際情況進(jìn)行了具體分析，為同類船舶的建造提供了參考。

集裝箱船；艉部；船體變形；精度分析；質(zhì)量控制

0 引言

在船舶建造精度控制方面，國(guó)外先進(jìn)造船企業(yè)已形成完整的精度管理體系，將精度控制管理貫穿于船舶建造的每個(gè)環(huán)節(jié)。相比較，雖然國(guó)內(nèi)船舶企業(yè)造船精度控制意識(shí)、管理技術(shù)在不斷提高，但仍存在一定差距，尤其大型船舶的精度控制技術(shù)更需要有待提高。本文以10 000 TEU集裝箱系列船為研究對(duì)象，在分析船舶艉部變形及精度控制難點(diǎn)基礎(chǔ)上，通過(guò)開展分段精度控制、大合攏分段定位精度控制、船體艉總段定位變形量的控制、軸系校中照光的精度控制等方面工作，從而達(dá)到減少船舶變形，保證船舶建造質(zhì)量的目的。

1 艉部精度控制難點(diǎn)

2012年下半年，江蘇新?lián)P子造船有限公司承接了10 000 TEU 系列船。由于國(guó)內(nèi)船廠對(duì)于超大型集裝箱船精度控制技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足，加上之前該廠建造的最大集裝箱船為4 800 TEU，和10 000 TEU完全不在一個(gè)檔次上，因此在10 000 TEU船建造過(guò)程遇到了許多新的挑戰(zhàn)，其中建造難點(diǎn)之一就是船舶艉部在建造過(guò)程中產(chǎn)生的變形及精度控制，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)該船從主機(jī)凹槽前壁至Fr0(舵桿中心)長(zhǎng)度將近80 m，從主機(jī)飛輪端到螺旋槳末端長(zhǎng)度達(dá)52 m，設(shè)置3個(gè)中間軸承，中間軸直徑805 mm，艉軸直徑990 mm，是典型的大直徑長(zhǎng)軸系布置。

(2)該船艉部屬于典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)，艉總段伸出達(dá)17 m，況且該總段還帶1只無(wú)加工余量、高度近10 m的舵套，對(duì)其安裝精度要求很高。如果合攏過(guò)程控制不好，很容易引起艉部的變形，從而導(dǎo)致舵桿中心的偏移。

(3)該船艉部的重量大，全部設(shè)備安裝完畢后估算重量達(dá)2萬(wàn)t。如果合攏過(guò)程控制不好，容易因船體自重產(chǎn)生變形，從而造成艉部下沉或傾斜，而且不易糾正。

2 艉部精度控制內(nèi)容

為了確保該船艉部合攏后船體變形控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，精度部門編制了詳細(xì)的精度控制方案和精度作業(yè)指導(dǎo)書，具體工作主要體現(xiàn)在分段精度控制、大合攏分段定位精度控制、船體艉總段定位變形量的控制、軸系校中照光的精度控制等。

3 分段精度控制

(1)完善并嚴(yán)格執(zhí)行分段的精度控制流程，具體為：胎架報(bào)檢、劃線報(bào)檢、焊前報(bào)檢、焊接過(guò)程監(jiān)控、完工報(bào)檢。

分段上的每一合攏口(包括外板、型材上)均要求劃上100 mm檢驗(yàn)線；每一分段完工后，精度專業(yè)人員都會(huì)用全站儀在分段上打出一組肋位線、水線和中心線，并敲上洋沖印，用膠帶貼好，備合攏用。

以上每道工序均需要精度管理部門參加控制并認(rèn)可，否則不允許進(jìn)行下道工序的施工。

(2)該船帶舵套的111C分段是整個(gè)分段建造過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。該船的舵葉支撐不是依靠常規(guī)的掛舵臂鑄鋼件，而是依靠舵葉制造廠提供的1只舵套。該舵套高度10 m，為精加工后成品，無(wú)余量，和主船體111C分段焊接連接，要求裝船后中心偏差控制在正負(fù)8 mm內(nèi)。

舵葉制造商推薦2種安裝方案：

方案1：艉部111C分段在塢內(nèi)總裝合攏后，在船塢里安裝舵套。此方案比較保險(xiǎn)，因?yàn)槎嫣自趬]內(nèi)安裝，則從分段制作到合攏這一階段產(chǎn)生的變形可以被消除掉，但是帶來(lái)的問(wèn)題是船舶塢內(nèi)合攏周期至少延長(zhǎng)1個(gè)星期。

方案2：在111C分段上進(jìn)行舵套安裝焊接，然后進(jìn)塢合攏。采用方案2，可以大幅縮短船舶塢內(nèi)合攏周期，但是如果舵套在分段安裝過(guò)程中焊接變形控制不好，可能會(huì)導(dǎo)致舵套中心偏移或傾斜，從而影響舵葉的安裝。

經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，最終決定采用方案2。舵套在分段的安裝過(guò)程中，采用舵套中心拉鋼絲定位，把舵套和船體結(jié)構(gòu)的裝配間隙嚴(yán)格控制在6～8 mm內(nèi)。實(shí)際操作時(shí)，4名焊工對(duì)稱焊接，邊焊接邊測(cè)量中心偏差值，嚴(yán)格控制焊接參數(shù)和焊接質(zhì)量，保證焊縫無(wú)損檢測(cè)一次通過(guò)，減少因焊縫返修帶來(lái)的變形，并且將焊接時(shí)間安排在早晨或晚上，避免因氣溫升高帶來(lái)的影響。通過(guò)以上方法，最終把分段階段舵套安裝中心偏差控制在±3 mm內(nèi)。

(3)分段制作過(guò)程中，為了減少變形量，加工車間應(yīng)盡量避免手工切割部件，以減少大間隙帶來(lái)的焊接變形，并且要求嚴(yán)格按照正確的焊接順序焊接。對(duì)于機(jī)艙大開口分段，可采用拉橫撐和斜撐的辦法防止變形。分段脫胎后要保證足夠的支撐加強(qiáng)。分段完工檢查要以三維的檢查線為基準(zhǔn)，對(duì)水平度、垂直度、外觀尺寸都要求控制在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)(水平±5 mm，尺寸±4 mm，垂直度±5mm)。

(4)分段制作完工后，精度部門需要對(duì)全船分段數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在紙面上進(jìn)行一次模擬合攏，把可能出現(xiàn)偏差的合攏縫預(yù)先確定彌補(bǔ)方案。

4 大合攏分段定位精度控制

(1)用全站儀在船塢中心位置堪劃船塢中心線并打上洋沖印，中心線偏差在±1 mm之內(nèi)。

(2)在機(jī)艙定位分段203進(jìn)塢合攏后，首先在船塢中心線上豎立高度標(biāo)桿，并在船底基線基礎(chǔ)上用全站儀在高度標(biāo)桿上打出4 800 mm軸線高度，然后把軸線高度用全站儀過(guò)渡到左右塢墻上，打上洋沖印，用油漆標(biāo)識(shí)。此軸線標(biāo)識(shí)要求高度誤差控制在±1 mm之內(nèi)，并且要向船東、船檢報(bào)檢，避免將來(lái)進(jìn)行軸系照光時(shí)，船東、船檢要求對(duì)機(jī)艙內(nèi)的原始軸線高度進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)無(wú)法實(shí)施。

(3)組立分段吊至塢內(nèi)后根據(jù)船塢中心線、肋位線、水平基準(zhǔn)線進(jìn)行合攏。首先，根據(jù)做好的基準(zhǔn)線對(duì)組立分段進(jìn)行檢測(cè)，必須保證合攏精度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，并檢查其與已合攏的分段肋位檢查線的間距，相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)保證在公差范圍內(nèi)，同時(shí)做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)量記錄。其次，經(jīng)過(guò)精控檢查人員認(rèn)可后進(jìn)行定位焊及加強(qiáng)，組立分段定位結(jié)束。

(4)組立分段定位結(jié)束后，在確認(rèn)定位焊及加強(qiáng)支撐都固定好后行車松鉤，再次測(cè)量組立分段定位數(shù)據(jù)有無(wú)變化，經(jīng)過(guò)精控人員驗(yàn)收合格后進(jìn)行裝配焊接作業(yè)。

5 船體艉總段定位變形量的控制

(1)根據(jù)船體結(jié)構(gòu)形式和分段特點(diǎn)繪制船塢布墩?qǐng)D。船塢布墩時(shí)要考慮實(shí)際情況適當(dāng)增加塢墩墊木的密度，防止艉部分段下沉。

(2)艉部線形分段增加強(qiáng)力支撐管。為防止分段下沉，支撐管的放置必須根據(jù)分段特點(diǎn)安裝。同時(shí)，支撐管的強(qiáng)度必須滿足要求，避免分段重量超出支撐管的強(qiáng)度，從而引起支撐管變形。大開口分段也要安裝拉梁，以防止分段變形。

(3)分段合攏定位時(shí)要加放一定的反變形量。艉部總段111C合攏可能會(huì)出現(xiàn)2種變形，一是合攏縫焊接引起的上翹變形，二是總段自重引起的下沉變形(在拆除外部固定支撐后)。經(jīng)過(guò)和技術(shù)、生產(chǎn)部門的多次討論，決定對(duì)該分段放+25 mm的反變形量。船體完工后實(shí)測(cè)下沉28 mm，基本滿足了艉部精度要求。

反變形數(shù)據(jù)的設(shè)定，應(yīng)根據(jù)不同的船廠、不同的船型、不同的工藝而要有相應(yīng)的變化。最準(zhǔn)確的方法是根據(jù)以往船廠建造船型統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析，同一類型船收集的數(shù)據(jù)越多，得出的反變形數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確。

(4)機(jī)艙分段經(jīng)過(guò)總組后總段重量會(huì)很大，比如242GP/S總段重量將近700 t。如果先吊裝左舷總段，相隔幾天后再吊裝右舷總段，將可能導(dǎo)致機(jī)艙左舷下沉。因此，可采取總段吊裝快速定位法，在同一天內(nèi)將左右舷總段分別吊裝上船，從而保證左右舷重量的平衡。

在常規(guī)閱讀教學(xué)中，教師通常會(huì)設(shè)計(jì)一系列的問(wèn)題來(lái)處理文本，“問(wèn)題”是學(xué)生在閱讀過(guò)程中的思維工具，教師一定要關(guān)注學(xué)生思維活動(dòng)的內(nèi)容和層次，由淺入深，循序漸進(jìn)。高中英語(yǔ)閱讀教學(xué)中教師提出的問(wèn)題可分為展示型問(wèn)題、參閱型問(wèn)題和評(píng)估型問(wèn)題。下面就對(duì)本課例中的問(wèn)題設(shè)計(jì)進(jìn)行一一分析，看其在訓(xùn)練學(xué)生的閱讀策略和批判性思維方面的成效。

6 軸系校中照光的精度控制

6.1軸系分段的定位控制

(1)主機(jī)基座分段的合攏定位要以主機(jī)凹槽中心線為依據(jù)進(jìn)行合攏定位。主機(jī)基座面板水平必須控制在±4 mm以內(nèi)。定位后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

(2)艉管分段的合攏定位應(yīng)以艉管中心為基準(zhǔn)，并保證艉管中心和主機(jī)軸線的同軸度。為了抵消分段的焊接變形，艉管分段定位時(shí)應(yīng)在后端面加放10 mm的反變形量，并且要測(cè)量艉管分段后端面到0號(hào)肋位的距離，確保實(shí)測(cè)距離比理論距離誤差在±10 mm范圍內(nèi)。分段焊接時(shí)要每隔一段時(shí)間測(cè)量此數(shù)值，確保變形量控制在范圍內(nèi)。

(3)舵套分段合攏定位應(yīng)以舵套中心為基準(zhǔn)，并必須保證舵套上下端面中心和舵桿中心的同軸度，同時(shí)要確保舵套下端面至主機(jī)軸線的距離。為了抵消舵套分段因自重產(chǎn)生的下墜變形，該分段定位時(shí)應(yīng)加放適當(dāng)?shù)姆醋冃瘟?根據(jù)我廠經(jīng)驗(yàn)加放+25 mm反變形量)。分段定位后應(yīng)對(duì)所有重要數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并使用線錘確認(rèn)舵套中心與船體中心線的偏差值。分段焊接時(shí)必須在早晨或者晚上焊接，避免因氣溫變化產(chǎn)生的變形，并采取對(duì)稱焊接，每隔1 h要確認(rèn)線錘中心的變化；要根據(jù)偏差情況調(diào)整焊接位置，以保證舵套中心和船體中心的偏差控制在±8 mm范圍內(nèi)。

6.2軸系校中照光

當(dāng)主甲板向下，機(jī)艙前壁向后的船體裝配、電焊及火工作業(yè)基本完成，并得到船東、船檢認(rèn)可后，開始進(jìn)行艉部軸線的檢查。檢查時(shí)間選定在晚上8點(diǎn)以后進(jìn)行。本船軸線校中照光共分2次。

第1次是在安裝艉管和主機(jī)前的預(yù)校中照光，目的是：

(2)確定軸線在主機(jī)座上的分中偏差。

(3)確定艉管前支撐環(huán)鑄鋼件的安裝位置。

(4)確定主機(jī)座上螺栓孔的位置。

(5)初定舵桿中心線和舵套中心線的同心度。

(6)初步確認(rèn)軸線和舵桿中心線相交偏差量。

第2次校中照光是在艉管安裝到位后、環(huán)氧澆注前，目的是：

(1)確定軸線高度的最終狀態(tài)，檢查軸線和艉管中心線的同心度。

(2)確定舵桿中心線的最終狀態(tài)。

(3)確定軸線和舵桿中心線相交的最終狀態(tài)。

(4)確定艉管前支撐環(huán)氧鑄鋼件的位置。

第1次照光不必拆除船體外殼上的硬支撐，但是第2次照光前必須拆除外板上的所有支撐管，僅保留船底塢墩,并停止一切會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)的作業(yè)。

根據(jù)拉線工藝方案要求分別在主機(jī)凹槽前壁和舵套中心后設(shè)置了2個(gè)固定光靶，并在其間設(shè)置了6個(gè)輔助光靶。照光前一定要請(qǐng)計(jì)量單位對(duì)激光經(jīng)緯儀進(jìn)行仔細(xì)的校準(zhǔn)，并取得校準(zhǔn)證書。照光時(shí)，激光經(jīng)緯儀架設(shè)在艏光靶前，光線從艏光靶向艉穿透艉部固定光靶后，再調(diào)節(jié)其他輔助光靶。把各光靶都調(diào)整在一條直線上后，發(fā)射激光，測(cè)量各位置的精度尺寸。舵桿中心線使用0.7 mm的琴鋼絲帶線錘進(jìn)行檢測(cè)。

由于方案及準(zhǔn)備工作做得比較完善，報(bào)檢過(guò)程很順利，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示：軸線中心左右偏差±1 mm(標(biāo)準(zhǔn)±7 mm)，上下偏差±5 mm(標(biāo)準(zhǔn)±10 mm)，舵桿中心和軸線偏差±7 mm(標(biāo)準(zhǔn)±8 mm)，完全在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

7 結(jié)論

大型集裝箱船的艉部合攏精度控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，具有一定難度和風(fēng)險(xiǎn)，但是由于前期對(duì)該船精度方案進(jìn)行了科學(xué)、詳細(xì)的策劃，對(duì)上述的重點(diǎn)難點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行緊密跟蹤，使得該船分段精度合格率達(dá)到95%，比以前其他船舶提高10個(gè)百分點(diǎn)；同時(shí)通過(guò)模擬搭載，對(duì)5%可能會(huì)因分段精度尺寸局部超差，從而引起返修的合攏縫進(jìn)行了預(yù)先補(bǔ)償調(diào)節(jié)，大大減少了返修造成的浪費(fèi)；對(duì)軸、舵中心線的精確控制最終使各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)取得了令人滿意的結(jié)果。

船舶完工后船體外殼線型平順完美，船東對(duì)此給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為完全可以媲美韓國(guó)一流船廠的產(chǎn)品。其實(shí)在簽訂合同時(shí)，船東對(duì)于中國(guó)船廠能否造好這種高檔次船舶是心存疑慮的，最終的結(jié)果打消了他們的疑慮。在1號(hào)船交船后船東宣布在原先14條船合同的基礎(chǔ)上追加7條，使得該系列船總數(shù)達(dá)到21條。事實(shí)證明,只要在各個(gè)環(huán)節(jié)采取科學(xué)有效的精度控制手段，各部門之間通力協(xié)作，中國(guó)船廠的船體質(zhì)量建造可以達(dá)到世界一流水準(zhǔn)。

2014-04-26

唐松(1970-)，男，工程師，從事船舶質(zhì)量檢驗(yàn)工作；李家?guī)?1984- )，男，助理工程師，主要從事輪機(jī)動(dòng)力工程設(shè)計(jì)工作。

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