海洋综合船建造精度控制研究

摘要：本研究以海洋综合船建造精度控制为核心，聚焦分段建造的各个阶段，深入剖析焊接变形的规律，探寻有效的控制方法。研究提出了四大关键技术，分别是反变形设计、优化焊接工艺、实施约束控制以及运用火工矫正。同时，通过对板缝和余量进行合理布置，有效减少了变形问题。此外，借助全站仪等先进设备以及三维精度软件，构建起了完整的精度管理体系。 

关键词：海洋综合船；建造精度；分段建造； 焊接工艺； 智能化技术

引言：

海洋综合船在芜湖造船厂建造至今已有数年，具有优良的稳定性、操纵性、续航及自持能力。其增装有减摇鳍等设备，起到了防摇防震防噪声干扰，具有准确可靠的导航定位系统。全船建造的精度控制贯穿于制造的整个过程。 

该型系列船从首制船建造开始对基础数据进行积累与估算，后期则通过三维数据分析、理论计算方式进行精确测算。 船体分段建造的精度技术大致经历了三个发展阶段：由所有零件加放余量，到内部构件无余量，再到分段无余量建造。其中包括设备更新，设计工艺创新等方面，在一定程度上促进精度技术的发展。

一、分段建造精度分析与补偿量和反变形控制

该型船建造的基本流程：全船按照零件、小组立、中组立、大组立、总组、搭载的顺序逐步开展。在展开施工精度策划时，重点针对关键分段制定相应施工方案。通过参考首制船分段焊接变形及公差造船尺寸链的相关内容，利用数据收集进行分析进而优化图纸工艺，并在我厂多艘船的建造中得到了证实。

在分段建造过程中，由于船体结构在焊接后必然会产生局部和总体变形。如不及时采取有效措施,产生变形后造成尺寸偏差,将给以后的船台合拢、主辅机系统的安装带来极大的困难,甚至达不到质量检验要求。所以,研究船体变形的成因及进行相应的控制,对保证船舶建造质量，确保建造周期十分重要。由于变形的复杂性及当前理论研究尚欠完善,试图完全消除变形是不太可能的。但在施工中依据长期积累的经验来设计一些必要的措施,尽量减少和抵消变形倒是可行的。目前在实际生产中,我厂常用的方法有4种。

1、反变形措施

对于船体总尺寸的收缩变形,通常用加放焊接收缩量来弥补,纵、横向每档分别加放1 mm/0.5mm的焊接收缩量,较好地抵消总尺寸的缩短；对于船体的中拱或中垂变形,须在胎架上施放反变形量。每档肋距为1mm左右,反变形的设计能较好地抵消船体的变形。以上两种措施,实质是船舶建造中的变形补偿控制的设计,包括了船体的弯曲反变形和尺寸变形两个方面的补偿设计,也是船舶建造中常用且效果明显的补偿控制方法。

2、合理的焊接工艺

合理的焊接工艺是减少焊接变形,减少应力集中与确保结构精度的核心要素,正确的工艺程序为:对策分段需同步焊接，对船体左右舷、甲板与底板等对称结构，采用同步对称焊接，先焊好板缝,再焊构架抵消热应力导致的收缩变形。

3、约束控制

约束控制是船舶建造过程中最常用的控制变形手段，分阶段控制及按顺序优先级。

例如,若分段胎架基础做得坚固,可使分段中拱或中垂的整体变形控制在<15mm以内。反之,若分段胎架(如框架式分段)约束较差,变形严重时可达约>40mm。因此,为避免这种情况的发生,现场需在壳板外侧加焊足够强度的固定码板进行有效控制。

4、火工矫正

尽管在施工过程中采取了以上种种措施,但要想完全消除焊接中的变形还是不可能的。所以最后一道工序就是对变形尚需控制在某一公差范围内的部位,安排经验丰富的技工来进行火工矫正。否则,将达不到预期效果。但火工矫正也不宜多用,会使船体钢材的组织发生变化,使其理化性能受到损害,即使涂装以后,该处也易剥蚀。

现以外板曲型双层底分段为例，根据测量收集的数据分析得出散装外板二氧坡口焊接变形规律及曲型分段的施工工艺，对分段的焊接变形进行计算。根据分段基本结构，分段长度、肋距、半宽，对应焊接工艺，推行CO2焊接。施焊顺序从中间向两边（或向前后）、自下而上。立角焊电流不超过230A、平角焊电流不超过260A.施焊人员采用对称施焊。确定整个分段焊接变形的相对缩短值与变形规律，根据理论计算得出分段焊接总变形的理论值，并进行焊前、焊后数据汇总及详细的计算记录。

二、优化板缝、余量布置，精确控制余量

1、板缝布置

因该产品对板缝布置要求高，尤其外板板缝，在施工设计图纸上，板缝布置是根据船体结构设计进行确定，开工前必须仔细分析板缝布局情况，将实际的数据进行优化排列，以减少焊接引起的弯曲变形，保证外板焊缝一致，达到整体外型美观效果。

2、余量布置

为了保证结构装配的尺寸，采用在分段合拢口单边留有余量，其它的均为无余量下料，使大部分部件下料一次性成功，在施工中可减少加热次数和加热量，有效控制了装配过程的变形。

3、实行焊后滚平

   该型船的分段因板薄，构架多，焊缝密集，舱室狭小等特点，在分段制造中焊接的变形难以控制，以薄板居多焊接采取多种预防措施都只能减少变形，焊接后变形是难免的，按传统工序拼板焊后安装构件，这样的变形很难处理，靠火工校正，很难达到理想效果，火工量多了会出现橘皮现象。采用构件安装前，提前先消除拼板焊接变形的措施，把板材在固定平台拼焊，焊后用九芯滚平机滚压矫正消除焊接变形，减少了火工工作量。

4、火工技术及绑材固定

火工技术是薄板变形控制的最后一道措施，但火工校正是一理论性强、技术复杂的工作，操作不当反而给板材带来新的变形和新的问题。需要针对不同的变形要选择不同加热方法（条形法、圆圈法、链状法和十字法）来解决不同结构、不同的部位采用不同方式处理。同时其操作方法和选择工作参数也不同。采用火工矫正方法原则如下：

1）、构件组装所产生的变形校正合格后再转下道工序；

2）、分段建造完后对甲板背烧释放应力及合拢口角变形；

3）、在校正施工中要严格控制加热温度；

4）、绝对禁止用铁锤敲击，必须用木锤；

5）、对板材局部凹凸变形采用小火圈加热形式，火圈直径20mm,从外到内，火圈密度视情况而定；

6）、构架变形采用借外力和火工结合的办法，采用外力校正变形；

7）、大型的拼板和片体等转运下道工序应增加绑材固定，防止发生变形。大型舱壁片体堆放、运输不能超过3层要求。

5、分段装配精度控制

分段装配阶段包括中组立和大组立两个步骤，保证分段制造尺寸正确，进行完工测量和检验，部分分段通过部分预修整使其全部达到无余量上船台状态。组立阶段全过程执行精度过程控制，施工人员依据分段《2D检查单》进行自主管理与过程控制，在检查单及分段上进行数据记录。分段焊前壁板需支撑加强，支撑件要尽量固定在相邻的构件上，防止焊接变形。结构临时性加强应能有效地防止焊接变形，防止分段、部件在吊运、翻身、搁置等情况下的变形及损坏，且能够作为总段或船台装配时保证线型的有效措施。

对于分段脱胎后的搁置与转运，特规定制造部门为脱胎、搁置、转运第一责任单位，部门应在脱胎、搁置阶段做好预防与自主控制工作，应在分段脱胎前确保分段摆放与加强满足强度要求，方可脱胎。

6、总组、搭载精度控制

船舶在建造过程中，从加工到搭载每个阶段不可避免的产生各类问题与误差，且只有在船台搭载时显现最为明显。船台在定位工作结束后，需对照组立检查单、模拟搭载方案及实际工况，总结发现实际问题，分析原因、给出方案，做好反馈与积累工作，持续提供优化建议，以实现精度管理工作的PDCA循环，尽快实现无余量搭载与快速松钩。

精度造船，是芜湖船厂多年来的夙愿，想要完成突破与创新必须具备先进的仪器与控制系统来完成，以往的经验造船用的方法和工具都已经不足以来完成。随着精度控制的发展，公司陆续引进了全站仪，配备精度控制分析软件，三维精度软件、模拟制作分析快速、准确地对船体分段、合拢搭载进行精度检查及控制，为实现精度造船、数字造船提供了技术支持。

三、总结 

目前，芜湖造船厂有限公司已逐步引进了智能化激光切割、焊接等先进设备并广泛使用。智能化技术在船体精度管理中的应用前景非常广阔，未来的研究方向将集中在数字孪生、人工智能、大数据、物联网、智能测量等技术的深度融合与应用，同时推动智能化精度管理的标准化和规范化发展。随着技术的不断进步，智能化船体精度管理将成为造船业的重要发展方向。

 作者简介: 庄平,大专,工程师, 研究方向：船舶精度控制管理