21000TEU舵鰭分段建造精度研究與應(yīng)用

蔡傳文 王鈺 倉(cāng)楊

江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司，上海 201913

舵鰭分段是船舶結(jié)構(gòu)的重要組成部分，連接著船舶操作裝置舵葉，它具有兩大功能：保持船舶預(yù)定航向的能力和改變方向的能力，其對(duì)分段建造精度至關(guān)重要。本文重點(diǎn)分析目前國(guó)內(nèi)最大的集裝箱船21000TEU船的舵鰭分段的相關(guān)工藝及精度控制[1]。

1 研究背景

2016年4月初，21000TEU集裝箱船舵鰭分段主體結(jié)構(gòu)開(kāi)始建造，該船分段以舵機(jī)平臺(tái)為基面反造，采用全懸掛扭曲舵，舵筒由國(guó)外生產(chǎn)廠家建造成型，加工無(wú)余量，參考先前建造18000TEU類(lèi)似分段控制經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，同時(shí)舵筒裝配方案也采用分段階段點(diǎn)焊固定搭載階段焊接的方式，該方案雖然能有效預(yù)防搭載階段產(chǎn)生的累積誤差，但是高空狹小空間焊接作業(yè)導(dǎo)致船塢周期延長(zhǎng)，極大影響船舶建造速度。為了進(jìn)一步縮短船塢周期，降低造船成本，改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)環(huán)境，采取對(duì)后續(xù)分段實(shí)施全部焊接。這對(duì)我們精度管理人員有了更高的要求，不僅要細(xì)化精度控制方案，過(guò)程管理也要更加嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致。

2 舵鰭分段建造基準(zhǔn)的研究與應(yīng)用

由于受分段建造工藝流程和現(xiàn)場(chǎng)吊運(yùn)能力制約，分段在主體建造后需進(jìn)行移位，重新調(diào)整水平后裝配舵筒和假舵，如果沒(méi)有統(tǒng)一的參考基準(zhǔn)，舵筒和假舵是無(wú)法準(zhǔn)確定位的。

2.1 舵鰭分段建造基準(zhǔn)與搭載定位基準(zhǔn)的研究

根據(jù)軸舵系搭載定位時(shí)以0號(hào)肋骨進(jìn)行拉線照光的特點(diǎn)，為保證軸舵系搭載后的最終精度符合要求，舵鰭分段以FR0號(hào)肋線和圓孔中心線為基準(zhǔn)進(jìn)行建造。具體實(shí)施方法是在平臺(tái)板拼板施工階段，需要采用圓孔中心線和FR0肋位線作為參考基準(zhǔn)，并將該兩條線向艏艉和左右延伸，便于艏艉封板定位及反駁外板開(kāi)孔線。

2.2 舵筒定位基準(zhǔn)的研究

舵筒的準(zhǔn)確定位是舵鰭分段精度控制的重點(diǎn)，需要舵筒定位點(diǎn)的準(zhǔn)確劃制，但在建造過(guò)程中許多舵筒外協(xié)廠家生產(chǎn)的舵筒洋沖點(diǎn)存在錯(cuò)位問(wèn)題，甚至有的整個(gè)端口都沒(méi)有洋沖中心點(diǎn)。為了保證舵筒準(zhǔn)確定位，需要利用全站儀參考面模式進(jìn)行二維測(cè)量，結(jié)合三維數(shù)據(jù)收集分析，準(zhǔn)確地找出舵筒定位中心。同時(shí)根據(jù)舵筒三維數(shù)據(jù)和分段主體數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬裝配，對(duì)分段主體甲板和外板開(kāi)孔精準(zhǔn)修割，排除裝配干涉，以順利保障舵筒一次吊裝成功。

2.3 假舵（艉鰭）定位基準(zhǔn)的研究

由于假舵分為前后兩個(gè)部分進(jìn)行裝配，裝配過(guò)程中容易出現(xiàn)精度偏差的情況，必須在胎架建造階段制定出上下口位置的中心線作為基準(zhǔn)，艉鰭三維測(cè)量結(jié)束后通過(guò)模擬裝配，保證下端口水平度前提下預(yù)先將上端口余量進(jìn)行修割，避免二次吊裝作業(yè)。

3 反變形控制與剛性加強(qiáng)固定的研究

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分段和總段階段控制舵筒上口和下口的精度誤差≤2mm，結(jié)合舵鰭分段肋板結(jié)構(gòu)較多、立角焊工作量大、精度要求高的特點(diǎn)，需進(jìn)行反變形加放的研究和必要的加強(qiáng)固定。

3.1 反變形加放的研究

舵鰭分段主體部分以舵機(jī)平臺(tái)為基面反造，縱橫結(jié)構(gòu)較多，立角焊接工作量較大，同時(shí)外板為散貼裝配焊接，為了防止焊接收縮量過(guò)大造成主體分段變形，需要對(duì)分段主體建造水平實(shí)施反變形控制，在胎架施工過(guò)程中，以FR0號(hào)位置為節(jié)點(diǎn)，向艉做低10mm，進(jìn)行反變形量加放。

3.2 剛性加強(qiáng)固定的研究

舵鰭分段移位后直接擱置在塢墩上進(jìn)行舵筒和假舵的定位，且塢墩與分段之間還有墊木，無(wú)法保證分段主體的水平度，同時(shí)舵筒（重量64t）合攏后必然會(huì)出現(xiàn)沉降問(wèn)題，必須增加四角和圓孔周?chē)鷦傂灾?，保證分段主體水平后才能控制舵筒軸心垂直度。

另外，舵筒與分段主體存在多處對(duì)接縫，焊接過(guò)程產(chǎn)生的收縮勢(shì)必會(huì)對(duì)舵筒垂直度造成影響。由于舵筒內(nèi)徑為無(wú)余量形式，且設(shè)計(jì)要求舵筒軸心垂直度誤差要求控制在2mm以?xún)?nèi)，所以焊接收縮產(chǎn)生的偏移量必須為0mm，在取消6mm對(duì)接坡口間隙并結(jié)合對(duì)稱(chēng)施焊的工藝方法的同時(shí)，必須對(duì)舵筒下口位置前后左右進(jìn)行斜撐固定，上口位置增加定位馬板數(shù)量，防止舵筒下口位置中心偏移[2]。

圖1 剛性支撐優(yōu)化

4 施工過(guò)程中的精度監(jiān)控

舵鰭分段作為重點(diǎn)管理分段，從胎架鋪板到舵筒定位焊接必須緊密跟蹤，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，準(zhǔn)確調(diào)整，如果將問(wèn)題累積到最后才去處理，那么精度無(wú)法滿(mǎn)足要求，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證[3]。舵筒焊接方法采用CO2襯墊單面焊，焊接時(shí)需由兩名焊工進(jìn)行對(duì)稱(chēng)焊接，減少單邊收縮變形，舵筒焊接順序見(jiàn)圖2。在焊接過(guò)程中要有專(zhuān)人進(jìn)行精度監(jiān)控，當(dāng)舵筒的中心線與軸線中心線前后左右偏離值超出±6mm時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)立即通知焊工采取措施，調(diào)整焊接順序。尤其在焊接1/3板厚的焊縫時(shí)，要邊焊接邊測(cè)量，嚴(yán)格控制舵筒中心線的變形。

圖2 焊接順序示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

舵鰭分段建造通過(guò)統(tǒng)一的參考基準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)裝配，保證了外板開(kāi)孔、舵筒定位、假舵定位的順利施工，可以減少工作誤差，提高生產(chǎn)效率。施工過(guò)程中反變形的成功加放與剛性加強(qiáng)固定的有效控制，減少了因焊接變形導(dǎo)致的精度偏差。

最終21000TEU舵鰭分段裝配焊接周期大幅縮短，軸舵系搭載后滿(mǎn)足船東要求?？梢钥闯銎浣ㄔ斐杀竞椭芷陲@著降低，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率明顯提升。其主要原因在于我們采取科學(xué)的建造技術(shù)精度控制方案，這對(duì)超大型集裝箱品牌的建設(shè)具有非常重要的意義。