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论过程控制是滚装船艉门精度制造之捷径刘邦龙沪东中华(集团)有限公司第三事业部 二二年四月- 1 -论过程控制是滚装船艉门精度制造之捷径沪东中华造船(集团)有限公司第三事业部 刘邦龙摘要22000 吨滚装船是一艘具有国际先进水平的船舶,船长 178m、船宽25m,以装载车辆为主。该船设有上、下车辆坡道,通过艉门连通码头与上甲板、大仓,让车辆自由进出,所以艉门又是一个大型的跳板。它是 22000 吨滚装船上一个关键项目,是目前国内同类型船中最大的艉门跳板之一,并且是我部首次建造。艉门主体是由单板和细型材、 “T”型材所组成的钢结构。内外由翼板连接主体和搭靠码头。宽 25 m、高 15 m 的主体由 2 副主铰链及 9 副副铰链连接船体,本体的自重为 140 吨。制造的难点为:(1)平整度要求高,主体平面度为4mm;(2)铰链安装正确性好:轴线与艉门的中心线角尺误差1mm;(3)密封条平面度0.5mm/m;因为在建造中存在许多困难,而又是首次设计制造,缺少经验,所以从开始就严格制定了各种建造方案,在有关技术人员和设计人员的指导和配合下,经过精心制作,从部件开始控制,部件纠正及装配方法改进,力求达到技术要求,成功制造了大型艉门(跳板) 。制作的全过程分为“T”型材精度控制;胎架精度控制;装配方案- 2 -的确立;主、副铰链的安装及焊接规程的制定这几个重点,使全过程在受控状态下完成。前言在船舶的制造过程中,虽有过去制造跳板的经验,但却都只是小型的。按照传统的做法,完工后变形很大,导致四角翘曲不平整,铰链轴中心线与主体中心线不角尺,主尺度收缩,远离设计要求,造成开关不灵活、密封性能差,影响整体效果。往往要经过反复修正、调试才能勉强过关。 艉门建造是一个“面子”工程,它的好坏直接反映一个国家的船舶建造水平;反映一个工厂的技术工艺水平。这次艉门建造是探索和提高装焊水平的过程,由我来主持艉门(跳板)的装配电焊施工,通过在传统做法基础上的延续,并进一步加以创新,精心组织技术攻关,通过科学的管理方法和先进的工艺技术手段,对艉门(跳板)建造进行全过程的尺度精度分析与控制,以达到最大限度减少现场修正工作量、提高工作效率、降低建造成本、保证产品质量。我们所设定的各种制造方案都是紧紧围绕着主要技术指标所展开的,在机械化程度较高的艉门,设立多个主体平整度:4mm 密封条处平面度:0.5mm/m 艉门中心线与船体中心线重合误差:2mm艉门中心线与铰链轴线尺度误差:1mm 锁紧器位置与中心线误差:3mm 总高度:8mm 总宽度:6mm艉门主要技术指标- 3 -固定测量点,通过全程监测,来保证它的精度(见图一)主体艉门(跳板)制作是根据设计图纸的资料,经过放样、号料、加工、宽:25 米 CL 铰链铰链(主,副铰链处)(主,副铰链处)斜斜 坡坡道道 高高1.8 (锁紧装置处)(锁紧装置处) 15(密封条处)密封条处) 米米( 测量位置点)测量位置点) (翼板连接处)(翼板连接处)图表装配和焊接等一系列工序来完成的。由于工序多,因而易受各种客观条件的影响,我着重分析在整个施工过程中,产生影响的主要因素有:(1)结构的组成是由板架结构及平板和细材,加上“T”型钢,使钢板的曲面变小强度增加,而“T”型材制作的精度,直接影响主体平面度,因此, “T”型钢材是产生不平度主要因素之一;(2)由于主体面积很大 25m15m,结构很密集,掌握切割、加热、- 4 -焊接等变形规律及其精度比较困难,是产生主体不平的主要因素之一;(3)施工过程复杂,影响因素多,难于控制中间工序的尺寸精度,积累误差,使主尺度及主要技术指标改变。找到了这些主要因素就有了攻克难关的方向,针对制造中的主要问题,确定了建造方案。一、 “T”型材的制作过程控制:由于下料部件要经几道工序,每道工序、每台设备,总要产生大小不定、正负不定的误差,这是一种有一定范围限制的偶然性的生产误差,假如每道工序的误差是2mm,组合累积的结果不同,最后可能是2mm、4mm 等,这种误差是偶然性的随机变化而产生的,从部件开始就加以控制纠正,并保证平直度,然后进行装焊。“T”型材是由腹板和面板组合而成,装配的方法有两种:(1)“T”型材倒装法(2)“T”型材侧装法倒装法对于面板平直“T”型材是比较适合的,能控制腹板与面板平整度、角尺度。但要使整体平整度得到控制,我们对于“T”型材精度控制的要求就比较高。下料后的部件平直度纠正部件装配 施焊精度测量水火纠正“T”型材的制作流程图 2:“T”型材变形- 5 -同时在焊接前,必须在腹板上放置一根直线,以便焊后纠正时为依据。在适当的位置面板与腹板之间必须设置斜撑加焊,保证其角尺度。各类“T”型材预先组合成型,在组合时需特别注意相应切口位置的准确性,误差1.5mm,组装时保证了间隙减少变型,焊后的“T”型材会产生变形(如图 2) ,进行矫正,达到不平度1mm/m。矫正的方法一种是火工矫正,根据焊接变形情况,选择正确加热位置、火焰加热形式;另一种是机械矫正,作成一个支撑架,顶住面板,用压力机,力作用点对准“T”型材的筋,下压,使其面板平直。在这上我采用两者相结合的办法:施焊的“T”型板面板弯曲,用机械矫正,而腹板的弯曲用水火矫正,因为“T”型材本身单纯的火工矫正或机械矫正,本身还存在着一定的内应力,只有当两者结合使用让应力得以释放,才能在组装时保证平整度。二、胎架制作的控制在组装中,胎架的作用既是托住主体支柱,又是整个平面度得到保证,因此胎架制作是非常重要的。总装胎架平面与基准平面误差控制在1mm。往常象这样大型的平面式胎架,会采用反变形式,根据以往的经验,B=1016 米时,反变形值为:A=2/1000B(B 为半宽) 。而这只是经验的计算法,由于装配间隙大小,电焊电流大小,产生变形不一样,目前没有一个精确数值。另外,我们艉门如用反变形法,就会造成铰链安装的正确性产生误差,所以还是采用水平胎架。在做胎架之前,平地上首先要划出基准水平线、铰链轴线、主铰链、副铰链正确位置线、艉跳板中心线、主甲板线、上甲板线等以及其他必要的测量辅助线。这些- 6 -线很重要,它是保证各项主尺度的依据。整个制作过程都围绕着它展开,来测量和控制精度。因为钢结构的制作,由于种种原因,在每个阶段切割、装配、焊接过程中,每时每刻都在发生变化。这是钢结构的特征所决定的,而在千变万化的过程中,我们的依据只有一个,那就是我们所预先埋在平地上的各种线,这些线条必须正确无误,特别是一些控制测量点尤为重要(见图一) 。在这样大面积的胎架,还必须要有足够的强度和钢性,按照原胎架的草图,我认为还不够,不能完全控制艉跳板在制作时限制其变形。而有密封位置和铰链处特别加强,用槽钢预埋在胎架上,并与艉门底板连接牢,强制变形。因此采用预埋胎架中的各类主尺度线是为了保证整个主体的精度,胎架与基面水平度,达到足够的刚性是保证平面度的重要措施。三、板架结构装焊的控制根据板架结构的特点,它的装配方案大致可分为两种:方案一:先拼装底板,后安装构架。就是先拼成两大块,然后再在胎架上进行装焊。焊接可采用双面焊式、单面焊两面成型的方法。如双面焊,另一面可待构架安装后再进行。钢板装焊后便可进行结构划线,划线还是以预埋在胎架里的线为基准,划出所有结构线和主尺度线,最后根据安装线安装构件,进行构架与外板、构架与构架之间装配,构件装配结束后进行构架电焊。方案二:先装配焊接成框架形后与底板组合。先单独在平台上将构件组装成框架,然后将框架安顺序吊放到已在胎架上拼装好、划线好的底板上,放对位置及垂直度后定位焊,再将几个区域的框架在底板上装- 7 -配成一个整体结构。尽管平整度得到控制但是施工比较困难,周期长。方案一和方案二各有优缺点,通常采用方案一。但是根据艉门(跳板)的精度要求和它的实践,我在方案一的基础上吸取方案二的优点,经创新后得到方案三。方案三:先将主体的底板拼装成三大块中间一大块,左右各一大块。辅设在胎架上并适当的压紧固定在胎架上,其后继续完成艉跳板的底板拼接工作,但焊接暂不进行。拼缝拉密,如结构焊接后产生收缩,接缝放空,这时接缝就用 CO2衬垫焊。依靠胎架的各类基准线在底板上划出各构件的安装位置线。划线时角尺线就是艉门(跳板)中心线和铰链轴线为依据,首先划出主铰链位置线,然后再划出副铰链位置线及其他结构安装位置线。各结构线位置平行度误差控制在小于 1mm,四角边框余量线暂不切割。然后首先按装纵骨,完毕后用 CO2角焊机,先施焊,施焊电流控制在 280 安培左右。斜坡板另外胎架安装焊接矫正后再与主体合拢。纵骨焊接后安装已纠正好的纵横“T”型材,而且采用放射法吊装,以控制装配间隙,装配间隙是影响焊接变形的重要因素,因此控制间隙从而减少焊接后的变形。放射法的装配,就是以中间为定位,向前后左右放射式安装,把每个部件与部件的交接处装密,间隙得到保证。四周边框“T”型材暂不吊装,待主体焊后,让焊后产生的应力得以释放,而不形成封闭,经过修正调节,以保证主尺度后再安装四周边框,割去余量及焊接大拼缝。由于焊接收缩,拼板缝变大,采用 CO2衬垫焊,主体装配结束。焊接阶段的控制,合理选用焊接工艺,严格遵守焊接规程,结构的- 8 -焊接变形和内应力的减少是与焊接程序密切相关的。因为合理的焊接程序能使焊接热量分布均匀。因此在艉门(跳板)的施焊程序做了规定:(1)焊接全部采用二氧化碳气体保护焊进行角焊缝焊接工作。CO2焊接比电弧焊变形小。(2)从结构的中央向左右和前后放射式的逐格对称地进行焊接。使受热量均匀。(3)艉门具有对称中心线的构件,由双数焊工对称施焊,人数控制在 10 人左右。(4)焊接先焊对接,后立焊,先焊强结构,后次结构,最后平焊。纵横构件立角焊缝焊接程序为逐步退焊法。(见图三)(5)控制焊接电流,使热量减少,因而焊接变形也较少。在主体装焊第一阶段结束后,测量数据符合要求,安装支撑铰链板及翼板铰链座时,在此处平面不平度将直接影响支撑铰链及翼板的安装质量,因此除必须校平外,同时与两端封板必须垂直,艉跳板基准线平面误差1mm,端面封板平整1.5mm/m。在安装至副铰链纵梁时与安装线误差0.5mm。特别是铰链板对接处更严格控制。艉跳板主体结构完工后,再根据胎架上的艉跳板中心线,铰链轴心线,主甲板、上甲板线在艉跳板主体上划出相应的艉跳板中心线,铰链轴心线,艉跳板立体平面图 3:逐步退焊法123 1 2 3底板中桁材横向腹板- 9 -基准线及其他后续工程所需的基准测量线,根据图 1 中的测点,主体结构脱胎架进行火工纠正。由于采用装配方案三和焊接的控制,得到了很好的实效,经测量得:四、主铰链、支撑铰链、翼板铰链的安装在完成主体装焊及矫正之后,安装各种铰链是这艉门上的关键项目,它直接影响着艉门开关的好坏。每副铰链均由两块铰链板组成,主铰链经过粗加工之后确定出十字中心线,支撑铰链加工一次正作。为了保证各主铰链、支撑铰链、翼板铰链的安装,采用几套方案:(1)采用假轴、假轴套来配合安装,这样就能保证安装正确性。但是由于艉门宽度在 25 米,大大超过了一般的假轴长度,在制作上存在很大的困难,可行性不大;(2)用传统的拉钢丝,定铰链的中心线,用拉线架调节,拉出轴心线安装。由于钢丝在 25 米长的情况下,本身有一个自重力向下,偏差要在 2mm 左右,对安装正确性,得不到保证;(3)最佳方案就
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