極地凝析油輪轉(zhuǎn)舵模塊基座精度控制

齊超 詹書華

(廣船國際技術(shù)中心)

0 前言

極地凝析油輪推進(jìn)系統(tǒng)采用柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動一對電動全回轉(zhuǎn)推進(jìn)裝置，通過與轉(zhuǎn)舵裝置連接實(shí)現(xiàn)無限制的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)舵裝置采用強(qiáng)力螺栓固定于法蘭基座上與船體連接。法蘭基座作為整個推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行的主要受力構(gòu)件，其制作精度與質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)直接決定著后續(xù)整個推進(jìn)系統(tǒng)的安裝成敗及后期的維護(hù)成本的高低，是本型船船體工程建造中核心重點(diǎn)、難點(diǎn)之一。

極地凝析油輪轉(zhuǎn)舵模塊法蘭基座制作工序較多，過程控制復(fù)雜。重要區(qū)域焊縫須100%UT 探傷合格，精加工后法蘭平面度須達(dá)到0.35mm，且法蘭基座最小厚度須≥120mm，要求極高。本文通過制定各階段施工工藝及控制措施，逐步推進(jìn)，最終使法蘭基座制作精度滿足設(shè)備安裝需求。

1 重點(diǎn)難點(diǎn)

本型船法蘭基座主要涉及拼板焊接、部件制作、分段制作、船塢搭載等4 道工序，搭載后法蘭基座整體平面度須＜10mm，為保障法蘭刮平面時留有充足的切削余量，并綜合考慮法蘭外形尺寸及鋼廠產(chǎn)能，法蘭板訂貨厚度選用135mm。

拼板：法蘭基座板材厚度為135mm，外尺寸約6.3m×6.2m，拼板焊接填充量大，法蘭拼板受焊接熱影響極易產(chǎn)生起折變形，焊接質(zhì)量難以控制。

部件：法蘭基座結(jié)構(gòu)面為筒體及密集型隔板結(jié)構(gòu)，隔板厚度為35mm，采用全焊透形式與法蘭角接，其焊接應(yīng)力易使法蘭產(chǎn)生波浪性變形。

分段：法蘭部件與平臺板及船體結(jié)構(gòu)的焊接會對法蘭造成持續(xù)的熱影響，且須以法蘭為基準(zhǔn)控制分段整體建造精度。

搭載：分段搭載階段僅能采用高位支撐作為支撐點(diǎn)，缺少剛性束縛，合攏口區(qū)域的焊接極易使分段產(chǎn)生上翹變形，從而導(dǎo)致法蘭水平度超差，無法滿足設(shè)備安裝要求。

為確保法蘭基座平面度最終滿足要求，將10mm精度公差分解到相應(yīng)階段，實(shí)施分步控制。根據(jù)焊接對法蘭熱影響的大小最終制定各階段法蘭平面度的公差要求：拼板階段＜4mm，部件階段＜6mm，分段階段＜7mm，搭載階段＜10mm。

2 135mm 法蘭拼板焊接

因板材厚度較大，拼板采用X 型坡口，常規(guī)反變形釋放難以滿足此類拼板需求。制定以焊接→監(jiān)控→翻身→焊接→探傷為主的循環(huán)操作流程，確保平面度及焊接質(zhì)量?？刂品桨溉缦拢?/p>

（1）制作專用拼板胎架

根據(jù)法蘭板外形及尺寸制作專用槽鋼胎架，胎架面整體平整，精度允許偏差±1mm，局部極限±2mm，見圖1。

（2）裝配及焊接

根據(jù)零件上對合線上胎拼板裝配，裝配間隙要求0～1mm，定位焊前用激光儀檢驗(yàn)法蘭上表面平面度，檢驗(yàn)安裝線的整體直線度，測量內(nèi)圓直徑。

焊接方式采用單絲埋弧焊，并制定焊接電流電壓及焊接速度。焊前預(yù)熱溫度要求最低100℃。

主要采用由中至邊的焊接順序，根據(jù)實(shí)際變形情況進(jìn)行焊接順序調(diào)整，減小變形。

（3）監(jiān)控及探傷

為控制焊接變形，須實(shí)時監(jiān)控水平度。先焊接正面坡口，待焊縫厚度約20mm 或法蘭變形超過5mm 時，需翻身進(jìn)行背面碳刨和焊接。

待翻身焊接至法蘭趨近水平后進(jìn)行焊縫探傷，焊道布置及探傷時機(jī)見圖2。

圖1 胎架圖

圖2 焊道布置及探傷時機(jī)

通過上述控制，法蘭拼板后整體平面度左舷≤3mm，右舷＜4mm，滿足本階段精度控制要求。

3 法蘭基座部件制作

法蘭部件包含法蘭基座、筒體及大量隔板，涉及大量的全焊透角焊，主要控制要點(diǎn)如下：

（1）筒體制作精度控制，上下口區(qū)域做好內(nèi)模保型加強(qiáng)，此加強(qiáng)需待筒體與法蘭及隔板與筒體完全焊接完畢后進(jìn)行拆除。筒體上需劃有水平檢驗(yàn)線，便于隔板安裝及檢驗(yàn)。筒體下端口設(shè)有余量，根據(jù)實(shí)際法蘭刮平面的損耗量在開設(shè)全焊透坡口時進(jìn)行割除。

（2）隔板安裝精度控制，根據(jù)法蘭結(jié)構(gòu)面的劃線進(jìn)行裝配，隔板需與筒體上水平線垂直，隔板裝配過程中采用模板進(jìn)行檢驗(yàn)，確保隔板安裝位置精確。

（3）部件焊接過程控制，按工藝要求選取合適的焊接電流電壓、焊接速度及焊接順序。保型加強(qiáng)及焊接順序見圖3。

（4）隔板與法蘭的角接處不得存在離空，防止焊接應(yīng)力將法蘭板拉變形。法蘭板應(yīng)與胎架燒焊固定，增加剛性約束。

（5）焊接過程中實(shí)時監(jiān)控，法蘭變形超差須停止焊接進(jìn)行調(diào)整。

通過上述控制，法蘭部件整體平面度＜5mm，滿足本階段精度控制要求。

4 分段階段精度控制

分段階段法蘭區(qū)域受焊接熱影響相對較小，主要為法蘭中心線及法蘭基座面整體高度的控制，具體控制措施如下：

（1）外板上胎拼板，拼板過程中控制底板水平；劃出轉(zhuǎn)舵模塊中心線并設(shè)立標(biāo)桿。法蘭部件下方胎架需做局部補(bǔ)強(qiáng)。劃線及標(biāo)桿要求見圖4。

（2）吊裝法蘭部件，部件定位過程中進(jìn)行精度測量。主要控制點(diǎn)：吊艙中心線（允許偏差值±5mm），拉鋼絲，打地樣；法蘭整體水平度（≤4mm），定位過程中采用激光測量；法蘭板與外板間距，法蘭板內(nèi)圈上表面與外板結(jié)構(gòu)面上表面理論距離2025mm，允許偏差-3mm。法蘭部件定位完畢后進(jìn)行精度測量。

圖3 保型加強(qiáng)及焊接順序

圖4 劃線及標(biāo)桿要求

（3）焊接過程中用激光儀實(shí)時監(jiān)控法蘭整體水平度，通過鋼絲檢驗(yàn)中心線變化情況，實(shí)時調(diào)整焊接順序。焊后測量合格后在平臺上打出吊艙中心點(diǎn)十字線。

通過上述控制，分段階段法蘭基座平面度＜5mm，中心線偏差＜3mm，滿足本階段精度控制要求。

5 搭載階段精度控制

分段制作階段法蘭整體平面度偏差控制在5mm范圍內(nèi)，法蘭經(jīng)過粗加工后厚度余量剩余約10mm，因此搭載階段須控制法蘭平面度在10mm 范圍內(nèi)，從而確保法蘭精加工所需的余量。

（1）法蘭分段采用散吊的方式在船塢搭載，機(jī)艙區(qū)（除機(jī)艙甲板總段外）定位作業(yè)結(jié)束。

（2）高位支撐擺放到位，在塢底劃出船體中心線及吊艙中心線Y=±7000；以機(jī)艙完整后的平均撓度為基準(zhǔn)確定船體實(shí)際基線高度，并從基線往上量取一定高度（如10625mm）標(biāo)記在推進(jìn)機(jī)艙前壁（FR26）上作為基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)線方便后續(xù)分段定位及測量，基準(zhǔn)劃線見圖5。

（4）先吊裝左舷分段，以法蘭上表面十字中心線、塢底吊艙中心線為基準(zhǔn)定位分段X/Y 坐標(biāo)；以法蘭上表面十字線（Y=±7000，F(xiàn)R18）內(nèi)圓處水平數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行定位分段Z 坐標(biāo)。

（5）左舷分段長度方向不釋放反變形，寬度方向舷側(cè)端頭向下釋放5mm 反變形。

（6）左舷分段定位完畢后對法蘭上表面平面度進(jìn)行測量，合格后定位右舷分段。

（7）在分段艏艉端近外板區(qū)域各布置1 個10T壓鐵用于分段焊接過程中保型。分段定位完畢后吊裝到位，待此分段焊縫焊接完畢且完全冷卻后吊離。

（8）焊接基本順序：焊接左右舷平臺、外板對接焊→焊接內(nèi)部肋板對接→焊接外板、平臺艏端對接縫→焊接縱向桁材對接焊→焊接外板、平臺型材對接焊。所有焊接方向均為從中間向兩邊對稱施焊，焊接順序見圖6。

（9）施焊過程中分為早、中、晚三個階段監(jiān)測法蘭平面度變化情況，若過程中變形量較大需及時停止并調(diào)整焊接順序。

圖5 基準(zhǔn)劃線

圖6 分段搭載階段焊接順序

通過上述控制，搭載階段法蘭基座平面度＜7mm，中心線偏差均＜5mm，滿足最終精度控制要求。

6 結(jié)束語

極地凝析油輪轉(zhuǎn)舵模塊法蘭基座涉及大量的超厚板焊接作業(yè)，制作工序復(fù)雜且精度要求極高，從工藝策劃直至對外報驗(yàn)合格歷時約一年半的時間。通過理論結(jié)合實(shí)踐，結(jié)合生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題不斷調(diào)整、優(yōu)化工藝方案，最終形成了從材料選用、板材下料、部件制作、分段制作直至船塢搭載的一套完整的工藝控制方案，為本型船水下工程的順利實(shí)施提供了有效的保障，亦為后續(xù)此類推進(jìn)方式的船舶建造提供了技術(shù)支持。