張 翼，董 亮，王 朋

（1.上海東鼎鋼結(jié)構(gòu)有限公司，上海 201913；2.上海船舶工藝研究所，上海 200032；3.上海江南長(zhǎng)興造船有限責(zé)任公司，上海 201913）

0 引言

液貨艙是儲(chǔ)存液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）的核心載體[1-2]。為確保艙容穩(wěn)定、維護(hù)系統(tǒng)安全，LNG 船在建造過程中對(duì)液貨艙結(jié)構(gòu)面的平整度提出了更高的要求。對(duì)于一般結(jié)構(gòu)面，3 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)的允許最大變形為7 mm；而對(duì)于液貨艙結(jié)構(gòu)面，3 m 長(zhǎng)度范圍內(nèi)的允許最大變形僅為4 mm。與傳統(tǒng)船舶建造要求相比，液貨艙對(duì)結(jié)構(gòu)面的要求提升顯著[3-4]。

為確保液貨艙艙容穩(wěn)定、提高液貨艙結(jié)構(gòu)面的平整度，本文對(duì)分段平整度要求和分段建造流程進(jìn)行闡述，并在此基礎(chǔ)上明確各個(gè)建造環(huán)節(jié)的平整度控制方法。

1 分段平整度要求

在液貨艙分段制造過程中，必須保證3 個(gè)方面的平整度：液貨艙面扶強(qiáng)材處的鋼板平整度、扶強(qiáng)材之間的鋼板平整度、沿對(duì)接焊縫的鋼板平整度。

1.1 液貨艙扶強(qiáng)材處的鋼板平整度

液貨艙扶強(qiáng)材處的鋼板平整度一般是指由多個(gè)扶強(qiáng)材構(gòu)成的局部平面的平整度，可采用直尺（3 m 長(zhǎng)）進(jìn)行檢驗(yàn)。液貨艙扶強(qiáng)材處的鋼板平整度檢驗(yàn)示意圖見圖1。在檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將直尺垂直于扶強(qiáng)材布置。在局部平面范圍內(nèi)，板與直尺的間距Δd≤4.0 mm 即可滿足檢驗(yàn)要求。

圖1 液貨艙扶強(qiáng)材處的鋼板平整度檢驗(yàn)示意圖

1.2 扶強(qiáng)材之間的鋼板平整度

扶強(qiáng)材之間的鋼板平整度一般是指扶強(qiáng)材之間平面區(qū)域的平整度，可采用直尺（1 m 長(zhǎng)）進(jìn)行檢驗(yàn)。扶強(qiáng)材之間的鋼板平整度檢驗(yàn)示意圖見圖2。在檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將直尺垂直于扶強(qiáng)材布置，橫跨2 道骨材，間距Δdf≤4.0 mm 即可滿足檢驗(yàn)要求。

圖2 扶強(qiáng)材之間的鋼板平整度檢驗(yàn)示意圖

1.3 沿對(duì)接焊縫的鋼板平整度

沿對(duì)接焊縫的鋼板平整度一般是指沿拼板對(duì)接縫兩側(cè)400 mm 范圍內(nèi)鋼板的平整度，可采用0.8 m槽形尺進(jìn)行檢驗(yàn)。沿對(duì)接焊縫的鋼板平整度檢驗(yàn)示意圖見圖3。最大凸出變形Δd1≤4.0 mm 且最大凹陷變形Δd2≤6.0 mm 即可滿足檢驗(yàn)要求。

圖3 沿對(duì)接焊縫的鋼板平整度檢驗(yàn)示意圖

2 分段建造流程

通常情況下，LNG 船液貨艙區(qū)域采用分段建造方法，一般可分為雙層底分段、舷側(cè)舭部分段、隔艙分段、舷頂甲板分段和甲板分段。液貨艙分段建造流程見圖4，該流程普遍適用于雙層底分段、隔艙分段和甲板分段。舷側(cè)舭部分段和舷頂甲板分段的建造流程雖與圖4 存在一定不同，但整體上保持一致。

圖4 液貨艙分段建造流程圖

3 分段平整度工藝

以雙層底分段為例，對(duì)分段平整度控制工藝進(jìn)行介紹。雙層底分段主要包括以下建造流程：1）以內(nèi)底板為基面制造內(nèi)底板片段；2）完工后移動(dòng)至以外板為基面的胎架上進(jìn)行翻身合龍。

3.1 鋼板堆放

LNG 船的鋼板堆放應(yīng)滿足鋼板平整度的要求，且應(yīng)避免長(zhǎng)板在上、短板在下的情況，確保鋼板不會(huì)彎折。鋼板吊運(yùn)應(yīng)采用磁吸行車平穩(wěn)移動(dòng)，避免出現(xiàn)鋼板掉落的情況。若出現(xiàn)鋼板彎折，應(yīng)采用矯正裝備對(duì)鋼板進(jìn)行矯正，再進(jìn)行鋼板預(yù)處理作業(yè)。

3.2 鋼板預(yù)處理

為保證LNG 船鋼板的預(yù)處理質(zhì)量，建議采用鋼絲切丸作為鋼板沖砂的磨料。在沖砂過程中應(yīng)針對(duì)不同厚度、不同銹蝕等級(jí)的鋼板選用合適的拋丸力度。應(yīng)保證鋼板預(yù)處理滾道的平整性和運(yùn)行連續(xù)性，確保鋼板平穩(wěn)移動(dòng)。在預(yù)處理過程中，若發(fā)現(xiàn)麻點(diǎn)板，應(yīng)判斷麻點(diǎn)的深度和面積是否滿足規(guī)范要求。若不滿足相關(guān)要求，則需要對(duì)鋼板進(jìn)行報(bào)廢處理；若滿足相關(guān)要求，則先對(duì)麻點(diǎn)板進(jìn)行打磨，在打磨后鋼板的質(zhì)量及平整度滿足要求后再進(jìn)行第2次鋼板預(yù)處理。

3.3 鋼材切割與加工

在鋼板切割環(huán)節(jié)中，鋼板吊運(yùn)應(yīng)采用磁吸式行車，鋼板零件的加工應(yīng)采用數(shù)控等離子切割機(jī)，坡口加工盡量采用冷加工銑邊的方式。若不具備條件，可采用半自動(dòng)坡口切割裝備對(duì)坡口進(jìn)行加工。需要定期清理切割工裝平臺(tái)，保證其平整度滿足要求。T 型材零件需要使用門式切割機(jī)進(jìn)行切割，在切割過程中應(yīng)考慮增加過橋，以減少旁彎的發(fā)生。若出現(xiàn)旁彎，則需要先對(duì)零件進(jìn)行矯正，再入庫。應(yīng)確保鋼板零件的尺寸滿足圖紙要求以減少后道工序的2 次切割。型材應(yīng)采用型材切割機(jī)進(jìn)行切割加工，確保型鋼零件的直線度和尺寸滿足要求。完工的鋼板零件應(yīng)采用水平托架進(jìn)行駁運(yùn)，以減少駁運(yùn)變形。

3.4 小組立制作

小組立的吊裝過程需要減少夾具的使用頻率，并應(yīng)增加吊碼的使用頻率，以減少生產(chǎn)過程中的變形。此外，小組立生產(chǎn)全過程要盡量避免手工切割鋼板。小組立拼板裝配定位需要對(duì)裝配尺寸進(jìn)行確認(rèn)，盡量減少累積誤差。肋板應(yīng)按照截止線進(jìn)行裝配，埋弧焊縫應(yīng)先磨平，再進(jìn)行裝配作業(yè)，禁止使用割刀對(duì)焊縫余高進(jìn)行割除。對(duì)于長(zhǎng)度超過500 mm的焊縫，應(yīng)采用小組立焊接機(jī)器人或自動(dòng)角焊機(jī)進(jìn)行焊接，嚴(yán)格控制焊腳，盡量減少焊接變形。對(duì)于肋板、T 型材和水平桁等零件，在焊接結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力釋放，并采用火工背燒等方式進(jìn)行矯正以控制平整度。小組立完工運(yùn)輸應(yīng)采用合適的工裝，盡可能減少小組立的疊放，減少完工小組立的變形。

3.5 內(nèi)縱壁、外板片段制作

內(nèi)縱壁的拼板和縱骨安裝工作一般在平直流水線上進(jìn)行，按照兩面成型自動(dòng)焊（Flux Copper Backing，F(xiàn)CB）的工藝要求進(jìn)行焊接。為減少終端裂紋和返修變形，在拼板兩端使用彈性引弧板。若FCB 工藝不滿足LNG 船的建造要求，也可采用埋弧焊的方式進(jìn)行施工。在進(jìn)行埋弧焊施工時(shí)，應(yīng)采用平臺(tái)工裝，確保拼板不落地。在拼板結(jié)束后，需要檢查焊縫的變形量。若變形過大，則要進(jìn)行火工矯正。拼板的焊縫增強(qiáng)量不得超過3 mm，超出部分需要進(jìn)行打磨。

應(yīng)使用專用工裝對(duì)內(nèi)縱壁的縱骨進(jìn)行吊裝，確?？v骨安裝的垂直度滿足要求?？v骨與縱壁板的裝配間隙不得超過2 mm。若間隙較大，可采用花籃和油泵等工具進(jìn)行調(diào)整?？v骨根部切勿使用割刀進(jìn)行切割。縱骨燒焊應(yīng)根據(jù)焊接工藝規(guī)程（Welding Procedure Specification，WPS）的相關(guān)要求采用正確的焊接參數(shù)，嚴(yán)格控制焊腳?？v骨焊接應(yīng)采用自動(dòng)焊接裝備或半自動(dòng)焊接裝備進(jìn)行焊接，減少人工焊接的影響。

分段胎架推薦使用剛性胎架，為保證胎架的剛度滿足要求，可采用20 號(hào)槽鋼或厚8 mm、長(zhǎng)150 mm的角鋼作為胎架支柱。胎架立柱間距一般為1 m，可使用水平儀對(duì)立柱的高度進(jìn)行確認(rèn)?？刹捎媒卿搶?duì)胎架進(jìn)行水平加強(qiáng)。

內(nèi)縱壁底板上胎之前，應(yīng)對(duì)胎架進(jìn)行自檢確認(rèn)，向精度部門報(bào)驗(yàn)并提前劃好地線。內(nèi)縱壁底板上胎以后應(yīng)使用專用的壓鐵工裝進(jìn)行封胎作業(yè)，通過壓鐵將內(nèi)縱壁底板與胎架平面緊密貼合，將內(nèi)縱壁底板四周和肋板強(qiáng)檔位置進(jìn)行固定。

在進(jìn)行吊裝工作時(shí)，先將補(bǔ)板預(yù)先套入縱骨，再進(jìn)行肋板和平臺(tái)板的吊裝。一般情況下，吊裝順序?yàn)閺聂翰肯螋疾俊Ｔ诶甙?、平臺(tái)板吊裝前，需要將構(gòu)件處大拼板的焊縫增量磨平，以保證構(gòu)件安裝的平整度。

通過可調(diào)式專用斜撐工裝配合定位，使用三角尺工裝和鉛錘等工具來確保肋板、平臺(tái)板裝配的垂直度。在構(gòu)件裝配結(jié)束后，需要對(duì)所有裝配定位焊縫進(jìn)行打磨處理，使用油漆筆將各構(gòu)件的焊腳尺寸標(biāo)注在分段的醒目位置。

在焊前交驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)工藝要求開展分段構(gòu)架的焊接工作。立角焊應(yīng)優(yōu)先采用半自動(dòng)垂直角焊機(jī)進(jìn)行焊接，合理安排電焊人數(shù)及焊接順序。在焊接全部完成后，先拆除所有剛性固定點(diǎn)，再開展分段脫胎吊裝工作。在修補(bǔ)打磨完工后，可提交船東進(jìn)行分段驗(yàn)收。

3.6 片段合龍

在外板胎架制造的過程中，需要使用水平儀測(cè)量胎架的水平度，立柱高度偏差應(yīng)小于1.5 mm。將外板片段移動(dòng)至胎架定位，使用馬板將外板四周與胎架剛性固定，防止焊接變形。

外板與胎架之間要保持緊密貼合，板材與胎架撐頭的間隙不得大于2.5 mm。若局部存在不平之處，可使用壓鐵壓平。將內(nèi)殼片段翻身，將其與外板片段合龍。測(cè)量?jī)?nèi)縱壁水平度，并保證分段中心線與肋檢線對(duì)齊。構(gòu)件與外板裝配間隙不得大于2 mm，裝配過程不可拆除外板與胎架之間的定位馬板，外板與胎架要始終處于緊密貼合狀態(tài)。

3.7 平整度檢驗(yàn)及矯正

在分段電焊全部完工后，需要對(duì)分段進(jìn)行精度確認(rèn)，拆除外板與胎架之間的固定馬板，使分段處于自由狀態(tài)。值得注意的是，分段脫胎作業(yè)需要使用專用門架。

在完成分段脫胎后，由施工人員和精度管理員對(duì)液貨艙面的平整度進(jìn)行測(cè)量，并按如下程序進(jìn)行矯正：

1）結(jié)構(gòu)交驗(yàn)后，施工人員使用直尺對(duì)液貨艙面進(jìn)行平整度自檢。自檢合格后，填寫平整度自檢單，并提交精度員或技術(shù)員確認(rèn)。

2）施工人員對(duì)焊縫增強(qiáng)量進(jìn)行打磨，在打磨結(jié)束且自檢合格后，請(qǐng)精度管理員對(duì)平整度及焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

3）若需要調(diào)平，在調(diào)平結(jié)束及自檢合格后提交精度管理員及質(zhì)量檢驗(yàn)員進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后提交船東驗(yàn)收。

4 結(jié)論

液貨艙是儲(chǔ)存LNG 的核心載體，提高液貨艙結(jié)構(gòu)面的平整度對(duì)確保艙容穩(wěn)定、維護(hù)系統(tǒng)安全具有重要意義。

本文對(duì)分段平整度要求和分段建造流程進(jìn)行闡述，在此基礎(chǔ)上明確各個(gè)建造環(huán)節(jié)的平整度控制方法。研究表明：該工藝可有效保障LNG 船液貨艙區(qū)域分段的平整度，確保了液貨艙維護(hù)系統(tǒng)安裝工程的有序施工，為縮短LNG 船建造周期提供了技術(shù)路徑和有效支撐。本文的研究成果可為船舶分段的平整度控制提供一定參考。