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1、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、 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
3、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
4、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(
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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）
10、 。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
11、，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
12、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，
13、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
14、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
15、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
