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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程中變形產(chǎn)生的原因，對精度控制的工藝流程以及精度控制的關(guān)鍵措施進行了詳細的闡述，并結(jié)合船舶建造過程實際情況進行了具體分析，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，國外先進造船企業(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環(huán)節(jié)。相比較，雖然國內(nèi)船舶企業(yè)造船精度控制意識、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象，在分析船舶艉部變形及精度控制難點基礎(chǔ)上，通過開展分段精度控制、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

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。由于國內(nèi)船廠對于超大型集裝箱船精度控制技術(shù)經(jīng)驗不足，加上之前該廠建造的最大集裝箱船為4 800 TEU，和10 000 TEU完全不在一個檔次上，因此在10 000 TEU船建造過程遇到了許多新的挑戰(zhàn)，其中建造難點之一就是船舶艉部在建造過程中產(chǎn)生的變形及精度控制，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)該船從主機凹槽前壁至Fr0(舵桿中心)長度將近80 m，從主機飛輪端到螺旋槳末端長度達52 m，設(shè)置3個中間軸承，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17 m，況且該總段還帶1只無加工余量、高度近10 m的舵套，對其安裝精度要求很高。如果合攏過程控制不好，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2萬t。如果合攏過程控制不好，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)完善并嚴格執(zhí)行分段的精度控制流程，具體為：胎架報檢、劃線報檢、焊前報檢、焊接過程監(jiān)控、完工報檢。

分段上的每一合攏口(包括外板、型材上)均要求劃上100 mm檢驗線；每一分段完工后，精度專業(yè)人員都會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可，否則不允許進行下道工序的施工。

(2)該船帶舵套的111C分段是整個分段建造過程中的重點和難點。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，因為舵套在塢內(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，但是帶來的問題是船舶塢內(nèi)合攏周期至少延長1個星期。

方案2：在111C分段上進行舵套安裝焊接，然后進塢合攏。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程中焊接變形控制不好，可能會導(dǎo)致舵套中心偏移或傾斜，從而影響舵葉的安裝。

經(jīng)過反復(fù)討論，最終決定采用方案2。舵套在分段的安裝過程中，采用舵套中心拉鋼絲定位，把舵套和船體結(jié)構(gòu)的裝配間隙嚴格控制在6～8 mm內(nèi)。實際操作時，4名焊工對稱焊接，邊焊接邊測量中心偏差值，嚴格控制焊接參數(shù)和焊接質(zhì)量，保證焊縫無損檢測一次通過，減少因焊縫返修帶來的變形，并且將焊接時間安排在早晨或晚上，避免因氣溫升高帶來的影響。通過以上方法，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，以減少大間隙帶來的焊接變形，并且要求嚴格按照正確的焊接順序焊接。對于機艙大開口分段，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。分段完工檢查要以三維的檢查線為基準(zhǔn)，對水平度、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，精度部門需要對全船分段數(shù)據(jù)進行分析，在紙面上進行一次模擬合攏，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)在機艙定位分段203進塢合攏后，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渡到左右塢墻上，打上洋沖印，用油漆標(biāo)識。此軸線標(biāo)識要求高度誤差控制在±1 mm之內(nèi)，并且要向船東、船檢報檢，避免將來進行軸系照光時，船東、船檢要求對機艙內(nèi)的原始軸線高度進行驗證時無法實施。

(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)線進行合攏。首先，根據(jù)做好的基準(zhǔn)線對組立分段進行檢測，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)的測量數(shù)據(jù)應(yīng)保證在公差范圍內(nèi)，同時做好各項數(shù)據(jù)的測量記錄。其次，經(jīng)過精控檢查人員認可后進行定位焊及加強，組立分段定位結(jié)束。

(4)組立分段定位結(jié)束后，在確認定位焊及加強支撐都固定好后行車松鉤，再次測量組立分段定位數(shù)據(jù)有無變化，經(jīng)過精控人員驗收合格后進行裝配焊接作業(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)形式和分段特點繪制船塢布墩圖。船塢布墩時要考慮實際情況適當(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)分段特點安裝。同時，支撐管的強度必須滿足要求，避免分段重量超出支撐管的強度，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)分段合攏定位時要加放一定的反變形量。艉部總段111C合攏可能會出現(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)過和技術(shù)、生產(chǎn)部門的多次討論，決定對該分段放+25 mm的反變形量。船體完工后實測下沉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)計的數(shù)據(jù)進行計算、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)機艙分段經(jīng)過總組后總段重量會很大，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，教師通常會設(shè)計一系列的問題來處理文本，“問題”是學(xué)生在閱讀過程中的思維工具，教師一定要關(guān)注學(xué)生思維活動的內(nèi)容和層次，由淺入深，循序漸進。高中英語閱讀教學(xué)中教師提出的問題可分為展示型問題、參閱型問題和評估型問題。下面就對本課例中的問題設(shè)計進行一一分析，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)主機基座分段的合攏定位要以主機凹槽中心線為依據(jù)進行合攏定位。主機基座面板水平必須控制在±4 mm以內(nèi)。定位后對測量數(shù)據(jù)進行記錄。

(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軸線的同軸度。為了抵消分段的焊接變形，艉管分段定位時應(yīng)在后端面加放10 mm的反變形量，并且要測量艉管分段后端面到0號肋位的距離，確保實測距離比理論距離誤差在±10 mm范圍內(nèi)。分段焊接時要每隔一段時間測量此數(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，同時要確保舵套下端面至主機軸線的距離。為了抵消舵套分段因自重產(chǎn)生的下墜變形，該分段定位時應(yīng)加放適當(dāng)?shù)姆醋冃瘟?根據(jù)我廠經(jīng)驗加放+25 mm反變形量)。分段定位后應(yīng)對所有重要數(shù)據(jù)進行記錄，并使用線錘確認舵套中心與船體中心線的偏差值。分段焊接時必須在早晨或者晚上焊接，避免因氣溫變化產(chǎn)生的變形，并采取對稱焊接，每隔1 h要確認線錘中心的變化；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、船檢認可后，開始進行艉部軸線的檢查。檢查時間選定在晚上8點以后進行。本船軸線校中照光共分2次。

第1次是在安裝艉管和主機前的預(yù)校中照光，目的是：

(2)確定軸線在主機座上的分中偏差。

(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,并停止一切會產(chǎn)生振動的作業(yè)。

根據(jù)拉線工藝方案要求分別在主機凹槽前壁和舵套中心后設(shè)置了2個固定光靶，并在其間設(shè)置了6個輔助光靶。照光前一定要請計量單位對激光經(jīng)緯儀進行仔細的校準(zhǔn)，并取得校準(zhǔn)證書。照光時，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的琴鋼絲帶線錘進行檢測。

由于方案及準(zhǔn)備工作做得比較完善，報檢過程很順利，檢測數(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系統(tǒng)工程，具有一定難度和風(fēng)險，但是由于前期對該船精度方案進行了科學(xué)、詳細的策劃，對上述的重點難點環(huán)節(jié)進行緊密跟蹤，使得該船分段精度合格率達到95%，比以前其他船舶提高10個百分點；同時通過模擬搭載，對5%可能會因分段精度尺寸局部超差，從而引起返修的合攏縫進行了預(yù)先補償調(diào)節(jié)，大大減少了返修造成的浪費；對軸、舵中心線的精確控制最終使各項關(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，船東對此給予了高度評價，認為完全可以媲美韓國一流船廠的產(chǎn)品。其實在簽訂合同時，船東對于中國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)達到21條。事實證明,只要在各個環(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，中國船廠的船體質(zhì)量建造可以達到世界一流水準(zhǔn)。

2014-04-26

唐松(1970-)，男，工程師，從事船舶質(zhì)量檢驗工作；李家?guī)?1984- )，男，助理工程師，主要從事輪機動力工程設(shè)計工作。

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