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淮北市地方海事(港航)管理服務(wù)中心 安徽 淮北 235000

在現(xiàn)代造船工藝中,船體裝配與焊接多采用分段建造法,但因受工藝、技術(shù)水平、起重條件等因素所限,一些規(guī)模不大的船舶修造單位在內(nèi)河船舶建造過程中多采用整體建造法,其方法是將船體主要零部構(gòu)件直接運至船臺,按照自下而上、由里至外的順序裝焊成船舶整體,待裝配作業(yè)全部完成后,再進行全船焊接工作。由于船舶建造的質(zhì)量受材料質(zhì)量、焊接質(zhì)量以及裝配質(zhì)量材質(zhì)和工藝的直接影響,尤其是船舶船體的整體質(zhì)量受焊接的質(zhì)量直接影響很大。如何提高內(nèi)河船舶整體建造法焊接工藝,對船舶建造質(zhì)量起著重要的影響作用。

1 采用整體建造法對船舶建造質(zhì)量的影響分析

1.1 船體可能會出現(xiàn)扭曲或局部出現(xiàn)應(yīng)力集中 焊接是通過高溫、高熱將兩塊構(gòu)件的結(jié)合部快速融化,進而融合成一起的工藝過程。由于該過程速熱速冷,焊接過程和成型后會因熱脹冷縮產(chǎn)生焊接變形。在采用整體建造法焊接時,如果焊接操作程序不正確,尤其是在焊接內(nèi)河小船的薄板操作時,則船體極易出現(xiàn)扭曲變形。此外,局部結(jié)構(gòu)焊后的殘余應(yīng)力如果過大,也易誘發(fā)張開性裂紋。

1.2 船體易產(chǎn)生中垂彎曲變形或首尾上翹 因為采取整體建造法,船體主要構(gòu)件皆是在船臺或船塢上裝配,在安裝過程中,大量的板、構(gòu)架的焊接工作都集中于船臺上進行,容易產(chǎn)生船體中垂彎曲變形,甚至首尾兩端上翹。即使是雙體船,如果安裝操作不當(dāng),也極易出現(xiàn)橫向中垂彎曲變形,而這種變形將不可避免地影響螺旋槳的安裝,以及后續(xù)主機功率的發(fā)揮。

1.3 船體首、尾部易偏離縱中剖面 在采用整體建造法安裝時,船體構(gòu)件多采取對稱于縱中剖面布置的方法,而倘若不采用對稱施焊法,那么這些結(jié)構(gòu)由于焊接變形,將不可避免地會偏離縱中剖面,尤其是艏柱。而這種變形將影響船舶的航向穩(wěn)定性。

2 提高整體建造法建造船舶質(zhì)量的措施選擇

2.1 控制船體首尾上翹的應(yīng)對措施 由于船舶沿縱向可以看作為一根空心變截面梁,而甲板骨架居于中性軸上方,由于有上層建筑,通常甲板上焊接量偏大,這樣導(dǎo)致焊后收縮就易出現(xiàn)船體縱向的中垂彎曲變形。因此,控制船體首尾上翹,甲板骨架上的對接縫或角接縫必須嚴(yán)格遵循“焊接規(guī)格表”的設(shè)計要求,不可隨意加大焊接量。如果經(jīng)過船臺拉線,檢測出首尾上翹變形,應(yīng)采取適當(dāng)增加船底骨架焊接量,或著采取對船底進行正面跟蹤水冷法的水火矯正工藝。而對雙體船橫向中垂彎曲變形的問題,可以采取加大連接橋中性軸下端橫向構(gòu)件的焊接量,例如可加大橫梁面板處的角接縫的焊腳尺寸。

2.2 控制焊接變形的應(yīng)對措施 采用整體建造法,雖然不容易制作曲面結(jié)構(gòu)胎架等專用工藝裝備,但是為了最大程度控制焊后變形,各造船單位應(yīng)結(jié)合自身實際生產(chǎn)條件,在裝配定位時,可以采取加設(shè)臨時加強材、“梳狀馬”工藝板等方法進行剛性固定。尤其在焊接作業(yè)前,預(yù)先測算估計結(jié)構(gòu)的變形大小與方向,用反變形法將構(gòu)件預(yù)裝成一個反方向的變形,以此來抵消焊接過程所引起的變形。

2.3 明確船舶焊接的程序及工藝 各造船單位在施工圖上標(biāo)注了焊接規(guī)格的同時,應(yīng)制定船舶建造的工藝計劃管理性文件,其主要應(yīng)包括以下焊接程序規(guī)定:①如果構(gòu)件中同時存在對接縫和角接縫時,應(yīng)先焊對接縫,后焊角接縫;②如果構(gòu)件中同時存在單層縫和多層縫時,應(yīng)先焊收縮變形較大的多層縫,后焊單層縫,焊道接頭應(yīng)互相錯開;③采用手弧焊焊接長度>0.5m的對接縫時,必須采取分段退焊法或從中間向兩端的分段退焊法進行施焊;④在整體建造焊接時,應(yīng)以每個艙為單元,將船舶主體分為若干單元,焊接應(yīng)從船中的單元開始,向首尾兩端的單元進行。而在每個單元的焊接工藝中,必須按照下面的操作次序進行焊接:

板的對接縫焊接工藝:應(yīng)先焊船底板及甲板的對接縫,后焊舷側(cè)外板的對接縫。由于對接縫中的端縫不能排在同一橫斷面上,所以必須先焊端縫,后焊縱縫。與此同時,應(yīng)先焊船內(nèi)一側(cè)的對接縫,接著在外面用碳弧氣刨吹槽、清根,待其顯露出金屬光澤后,然后再進行封底焊。

橫艙壁與殼板的角接焊縫工藝:應(yīng)先焊艙壁、船底板以及甲板的角接焊縫,再焊艙壁與兩舷外板的立角焊縫。

縱橫構(gòu)架之間的十字角焊縫工藝:應(yīng)先焊底部及甲板的縱橫構(gòu)架之間的十字角焊縫,再焊舷側(cè)的縱橫構(gòu)架之間的十字角焊縫。

縱橫構(gòu)架與殼板的角接焊縫工藝:應(yīng)先焊底部及甲板與縱橫構(gòu)架間的角焊縫,再焊舷側(cè)外板與縱橫構(gòu)架間的角焊縫。這些角接焊縫的焊接應(yīng)按照逐格法進行,自船中向兩舷,自單元中間格向首尾,先焊橫向構(gòu)架與殼板的角接焊縫,后焊縱向構(gòu)架與殼板的角接焊縫,逐個方格地施焊,直到焊完單元內(nèi)所有方格為止。

甲板邊板與舷側(cè)頂列板間的角焊縫工藝:應(yīng)從船中向首尾對稱地施焊,先焊船艙內(nèi)的角焊縫,后焊外部的角焊縫。

殼板與舷柱的接縫焊接工藝:為了避免艏柱上翹及偏離縱中剖面的變形,在焊接作業(yè)時,必須由兩名焊工同時對稱地施焊作業(yè)。

護舷材的焊接工藝:由于護舷材是分段制作的,且安裝到船體上也是逐段裝上去的,因此在焊接時,必須先焊各段之間的對接縫,再焊其與舷側(cè)頂列板間的上下角焊縫。

2.4 預(yù)先考慮收縮余量,注重減少余量補償。根據(jù)理論計算和實踐經(jīng)驗,采用整體建造法,在焊件備料及加工時預(yù)先考慮收縮余量,以便焊后工件達到所要求的形狀、尺寸。當(dāng)對接裝配時應(yīng)切割去余量,到一定長度再次用定位焊固定,這樣逐段進行。焊接時先在船內(nèi)一側(cè)施焊,然后拆除“固定馬”,用碳弧氣刨吹槽、清根,進行封底焊。有條件的造船單位在自身工藝條件下,應(yīng)對施工誤差和施工變形的規(guī)律進行定量的分析,盡量減少余量補償,以便減少手工修正作業(yè)量,從而降低生產(chǎn)成本。

2.5 非水網(wǎng)地區(qū)船舶建造尺度普遍偏小、整體建造多用板厚≤3mm的薄板,焊后變形難以控制。建議有條件的造船單位,可以利用二氧化碳半自動焊機,采用細(xì)絲二氧化碳?xì)怏w保護焊(左向焊接法),這種工藝方法對控制焊后變形是行之有效的。

3 結(jié)語

采取整體建造法工藝建造船舶,焊接變形是不可避免的,但是采取各種合理有效的措施,提高焊接質(zhì)量,對焊接變形進行有效的控制和減少,就滿足船舶安全航行、正常營運使用性能的要求。