船體修理改裝中的變形控制工藝研究

任永軍

摘 要：船體改裝屬于造船工業(yè)的重要分支，對保證船體安全航行及發(fā)揮更大經(jīng)濟(jì)價值具有重要作用。而船體改裝過程的變形常對船體造成不利影響，甚至造成安全隱患。文章結(jié)合實(shí)際情況，對船體改裝過程的變形控制與預(yù)防措施進(jìn)行了討論與分析，指出了必要性及難點(diǎn)，以便為當(dāng)前船舶改裝行業(yè)的發(fā)展提供參考與借鑒。

關(guān)鍵字：船體改裝；變形控制；工藝研究

中圖分類號：U672.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0077-02

Abstract： Hull modification is an important branch of shipbuilding industry， which plays an important role in ensuring the safe navigation of hull and exerting greater economic value. The deformation of the hull modification process often causes adverse effects on the hull， and even causes the hidden danger of safety. In view of the actual situation， this paper discusses and analyzes the deformation control and prevention measures in the process of ship refit， and points out the necessity and difficulties， in order to provide reference and reference for the development of the ship refit industry at present.

Keywords： hull modification； deformation control； process research

伴隨我國經(jīng)濟(jì)的增長與運(yùn)輸業(yè)的大力發(fā)展，海運(yùn)量逐漸擴(kuò)大，使得船舶需求量擴(kuò)大，增加了二手船舶的需求，從而帶動了修船業(yè)的大力發(fā)展?；诋?dāng)前實(shí)際情況，我國船齡大于15年的商船占據(jù)總船只數(shù)量的30%，由于船齡高，造成設(shè)備陳舊而故障多，故對船舶實(shí)施修理改造是必然趨勢，也是保證船運(yùn)安全之需要。我國修船業(yè)近些年取得了較大發(fā)展，船舶修理及改裝愈加頻繁且工作越來越廣泛。為保證船舶航行安全及發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)價值，做好船舶改裝工藝控制至關(guān)重要，而變形控制屬于船舶改裝的重點(diǎn)，實(shí)際作業(yè)中應(yīng)引起足夠重視，以保證作業(yè)質(zhì)量及減少改裝隱患。

1 當(dāng)前船體結(jié)構(gòu)變形控制現(xiàn)狀及必要性分析

1.1 當(dāng)前船體結(jié)構(gòu)變形控制現(xiàn)狀分析

結(jié)合實(shí)際情況，各船廠在改裝過程中均靠經(jīng)驗(yàn)解決實(shí)際維修過程中所存在的問題，對于結(jié)構(gòu)變形控制中，大多企業(yè)根據(jù)實(shí)際情況制定修理計(jì)劃，使得修理存在較多問題。如船廠接受大型改裝項(xiàng)目后，雖然會進(jìn)行一些簡單的技術(shù)性分析與電腦模擬，但大多船廠經(jīng)停留在經(jīng)驗(yàn)式及專家式座談中，未能將相關(guān)技術(shù)固化并形成規(guī)程，使得船體改裝中的變形控制存在一定問題。因此，基于船舶維修的特點(diǎn)及重要性，變形控制將越發(fā)受到重視。

1.2 船體結(jié)構(gòu)變形原因及控制的重要性分析

綜合船舶維修基本特點(diǎn)，在船體改裝過程中，原受力平衡被打破而新的力學(xué)平衡建立，在這種新的力學(xué)平衡建立過程中則可能導(dǎo)致變形產(chǎn)生。對于變形，其原因主要有兩種，即在力的作用下使得結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化或作用于結(jié)構(gòu)的上的力發(fā)生了變化。對于船舶維修與改造中，結(jié)構(gòu)變形無處不在，但對于大多變形對船體整體運(yùn)行不會造成影響，但對于部分變形可能導(dǎo)致船體部分功能失效，影響船體航行，卻對船體檢驗(yàn)造成影響，使得船體失去承運(yùn)功能。

2 船體結(jié)構(gòu)變形分類及說明

2.1 大開口工藝孔作業(yè)而引起變形

一般情況下，大開口的位置主要集中在夾板、旁板及船底，如開設(shè)于甲板的孔過大而容易造成艙口圍變形，而船體如在凈水浮態(tài)下則存在左右內(nèi)所變形。從船舶設(shè)計(jì)角度來講，在船舶實(shí)施改裝中存在20%的中縱強(qiáng)度富裕[1]。

2.2 持續(xù)受力構(gòu)件改造中的整體強(qiáng)度受損而引起變形

如船體縱向構(gòu)件被破壞后，使得其總體強(qiáng)度弱化而致使整體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。從船體維修來講，受力構(gòu)件切割包括局部切割與完全切割，如在增加艙壁時，橫斷面局部切割則引起變形發(fā)生。對于該種問題，如通過切斷船體而加長的改裝，實(shí)際維修中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注斷面附近區(qū)域的局部變形問題[2]。

2.3 連續(xù)工藝孔而引起的變形

連續(xù)開孔是船體改裝與維修中常見工藝，尤其對于船舶雙底、雙克及甲板等位置，這種系列化的開孔方式會對船體造成連續(xù)性的變化，容易造成對船體受力結(jié)構(gòu)的大面積破壞，造成大面積變形存在；而這種變形控制在實(shí)際維修與改裝中很難控制與避免，如變形過大，而可能造成船體結(jié)構(gòu)尺寸及安全帶來問題，對船體質(zhì)量及后期檢測驗(yàn)收帶來極大隱患。

3 常見船體改裝結(jié)構(gòu)變形控制方案及其討論

3.1 局部變形控制方案說明與分析

船體局部變形主要指船體局部結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形，對該類變形，控制方案主要以結(jié)構(gòu)的合理臨時破壞及永久扶持為主，具體如下：

（1）做好工藝孔開設(shè)位置的選擇，實(shí)際維修中應(yīng)合理設(shè)計(jì)工藝孔并選擇正確的開孔位置，如盡量不開或少開，減少對應(yīng)力平衡的破壞。而開孔區(qū)域應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱的位置，如一些強(qiáng)力構(gòu)件等位置[3]。同時，開孔作業(yè)應(yīng)提高精度，保證構(gòu)件與新開工藝孔的配合度；另，對連續(xù)開孔的工藝，開孔應(yīng)優(yōu)先采取間斷開孔方式，且避免在橫艙壁開設(shè)工藝孔，且開孔尺寸不得超過三分之一橫艙長度，以減少應(yīng)力平衡損失。

（2）加強(qiáng)臨時扶強(qiáng)材料的使用，在變形控制中，臨時扶強(qiáng)材料的使用主要用于工藝孔周圍的扶強(qiáng)、切斷構(gòu)件的扶強(qiáng)以及原有結(jié)構(gòu)扶強(qiáng)。扶強(qiáng)材料的設(shè)置原則應(yīng)遵循保證原有結(jié)構(gòu)力得以延續(xù)，以保證其它部位發(fā)生結(jié)構(gòu)變形。一般情況下，對工藝孔周圍區(qū)域的扶強(qiáng)可采用扁鋼及型鋼扶強(qiáng)材料，對控制工藝孔變形起到一定作用。而對在被切斷構(gòu)件的扶強(qiáng)，可采用焊裝與原構(gòu)建一致的材料進(jìn)行[4]。

（3）連續(xù)受力構(gòu)件改裝過程的臨時代替控制；如一些船體改裝中，船壁、艙口常需要被臨時性隔開，在該工藝操作中，由于部位應(yīng)力較為集中，容易產(chǎn)生應(yīng)力。故，開口前應(yīng)做好替代結(jié)構(gòu)的選擇。對臨時提高構(gòu)件設(shè)置位置的選擇，應(yīng)以不遠(yuǎn)離原結(jié)構(gòu)及影響新構(gòu)件安裝作業(yè)為前提，如打開艙壁，則應(yīng)在艙壁同向設(shè)置臨時性扶強(qiáng)構(gòu)件，且注意空間尺度限制，不得擴(kuò)大作業(yè)空間及影響扶持效果。

3.2 整體變形控制方案分析與說明

（1）船舶改裝前應(yīng)做好測量工作，以對船體外形尺寸有清晰了解，以便為后期船體變形情況的評估與核定提供依據(jù)。故，測量過程中應(yīng)設(shè)置專門、高精度的儀器，盡量采用自動化設(shè)備，減少傳統(tǒng)手工工具的測繪，測量位置應(yīng)高于主甲板，以保證測量精度。艙體切割前，應(yīng)測量船體縱向、橫向及垂直方向狀態(tài)，并做好記錄；施工過程中用指定頻率定期測試，以及時發(fā)現(xiàn)問題及及時處理，以避免變形累計(jì)過大而引起大量返工及危害。

（2）浮態(tài)與做塢狀態(tài)下的變形控制；基于船體構(gòu)造，當(dāng)船舶靜水狀態(tài)下，主甲板存在一定拉力，大多船舶改裝常處于該種情況，容易引起中拱變形而使得部分材料塑性減少而尺度發(fā)生改變。如橫艙壁與內(nèi)地板的交接屬于改裝控制的關(guān)節(jié)點(diǎn)，屬于力集中與分散的樞紐，可保證力的有效傳遞。該處結(jié)構(gòu)一旦失效，必然導(dǎo)致傳力中斷，致使上部構(gòu)架產(chǎn)生塌陷風(fēng)險，最終結(jié)構(gòu)將致使艙室尺度變化、艙口圍變形及艙蓋無法匹配等。

（3）做好連續(xù)工藝孔的開設(shè)管理；船艙改裝中，連續(xù)工藝孔開設(shè)對艙體力學(xué)平衡的影響極大，變形控制較為不易。故，該類工藝孔開設(shè)應(yīng)遵循以下原則：其一，交替開孔原則，即開孔應(yīng)間斷進(jìn)行，完成一批別封閉焊接后再實(shí)施下一批工藝孔開設(shè)，且同一艙室區(qū)同時開孔面積不得大于艙室總面積的1/2；其二，強(qiáng)度保證原則，即開孔過程應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如存在隱患，應(yīng)采取先扶強(qiáng)后開孔的方式。

4 船體修理改裝變形控制的作業(yè)保證與討論

做好船體改裝過程作業(yè)管理對減少變形具有重要作用。基于目前情況，當(dāng)前船體改裝過程的管理已逐漸向高授權(quán)度、項(xiàng)目專業(yè)化及管理一體化過度；即當(dāng)前船體改裝以采取項(xiàng)目形式的管理模式，可實(shí)現(xiàn)在一定授權(quán)范圍內(nèi)的應(yīng)急處理，利于提高工作效率；而關(guān)于船體修理改裝作業(yè)控制，其一，船體進(jìn)廠前應(yīng)做好工程的交接，及時對船體進(jìn)行勘驗(yàn)，了解船體改造難點(diǎn)及變形控制重點(diǎn)，明確作業(yè)范圍；其二，根據(jù)勘察及其他情況，做好方案的選擇及材料選擇，優(yōu)化施工作業(yè)方案并落實(shí)各項(xiàng)技術(shù)交底，同時對材料做好驗(yàn)收與管理，保證質(zhì)量。其三，作業(yè)過程應(yīng)及時溝通，嚴(yán)格控制各項(xiàng)作業(yè)，并及時對船體進(jìn)行測量，評估變形程度，以便及時采取措施處理。

5 結(jié)束語

綜上所述，船體修理改裝是保證船體安全使用的前提。目前，航運(yùn)業(yè)務(wù)的發(fā)展使得船舶的使用越發(fā)頻繁及噸位需求越高。對于此，船體修理與改裝行業(yè)得以快速發(fā)展，而船體改裝過程的變形控制對保證船體驗(yàn)收及航行安全具有重要意義，實(shí)際改裝過程應(yīng)做好控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐東，楊潤黨，王文榮，等.船體結(jié)構(gòu)焊接變形預(yù)測與控制技術(shù)研究進(jìn)展[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2010（01）.

[2]周洋.國內(nèi)修船單船管理模式發(fā)展概述[J].中國修船，2008（06）.

[3]陳建平.船舶修理（改裝）的典型工況[J].中國修船，2008（06）.

[4]周洋.OBO改裝方案與勞動力投入淺議[J].中國修船，2008（02）.

[5]潘康.大型船舶修理工藝的主要特點(diǎn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（04）：72.

[6]李麗舒.鋁合金船體焊接變形及其控制措施探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（32）：88-89.

[7]劉林，張弛.論船舶焊接工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及焊接變形的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（25）：68.