上层建筑变形控制与矫正工艺探讨

方学华

摘 要：本文介绍了灵便型散货船上层建筑制作过程中的变形控制方案与施工工艺探索，探讨了上层建筑薄板变形控制的要领和矫正工艺，并通过实践提高了上层建筑的制作质量。

关键词：上层建筑；变形控制；矫正工艺

Discussion on superstructure deformation control and correction

Fang Xuehua

（ Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co.， Ltd. Jiangmen 529145 ）

Abstract： This paper introduces the deformation control scheme and construction technology of handysize bulk carrier superstructure， discusses the deformation control point and correction of superstructure thin plate， and through practice to improve the production requirements of superstructure.

Key words： Superstructure， deformation control， correction process

1 前言

船舶建造过程中，由于上层建筑板材薄、薄板面积大、变形大及矫正难度大等因素，上层建筑的变形控制与矫正是重点难题。薄板变形矫正一般采用现场水火矫正，施工人员的技术水平和经验很大程度影响变形控制与矫正质量。如何从施工工艺方面改进上建制作质量，是各大船厂共同面对的课题。

2 变形控制措施

2.1 材料管理

薄板材料在施工过程中容易产生变形，在下料、吊运、堆放以及拼板施工过程中，都需要严格执行工艺要求控制变形。如：吊运采用磁铁吊或吊梁吊运，减少自由边吊运板夹导致的边缘变形；片体完工后，规范化做好壁板加强排及转运、堆放管理等，减少材料的转运过程变形及吊运变形。良好的材料管理是上建变形控制的基础。

2.2 自动焊缝变形控制

由于薄板的自动焊缝施工时容易产生较大的波浪变形，故拼板应选用平整的工作场地，焊前采用压铁块压住控制自动焊缝带来的焊接变形，并在变形处理后安装壁板构件 ，压住后焊接结构，做好加强排后整齐规范放在托架上，有效减小了上建小组合阶段的变形。较大的甲板拼板自动焊缝施工时，翻身作业由专业起重工负责指挥，以减小变形。

2.3 加强排的管理

为提高上建壁板平整度，一般都需要在壁板上安装加强排，规范加强排的材料使用要求及安装时机和拆除时机，明确加强排的安装高度及点焊要求等，使加强排施工规范化、标准化，充分发挥加强排控制变形的作用。

2.4 做好测量工作

分段在胎架制作阶段，提高划线准确性和装配质量，控制下口的方正度和对合性，做好精度测量控制，精度合格后开始按焊接工艺要求从中心向外对称焊接；并做好焊后与火调后的测量分析，脱胎后的上建分段应水平垫放，预防火调过程中产生扭曲及中垂等总体变形。

2.5 上建分段起运管理

上建分段的小组合立片体转运及分段的起运需要起运课大力配合，吊具方面尽量采用磁铁吊或吊梁；其次，由于薄板的强度弱，尽量减少材料包括上建分段的转运次数，吊运、转运次数越多导致的起运变形越多；第三，上建分段脱胎必须检查加强排的完整连贯性、焊接牢固性；脱胎后龙门架及搁凳应垫放在强结构部位，并保持分段水平以免垫放不当引起总体变形。

2.6 舾装工作

上建分段的预舾装包括管子、电缆孔等，安装时机应在火调完工合格后进行，考虑到排水，可分段焊接后预先按图纸要求开好管子孔，便于雨季及火调排水。

3 装配焊接要求

3.1 装配基本要求

从小组合开始每个装配施工环节时刻注意变形控制预防，并提高划线测量的准确性，做好精度测量修正工作。按要求规范化做好相应加强排，并将接头连接牢固；材料的吊运、翻身等工作离不开装配工的细致工作。结构装配，要求控制好肋距、角度、直线度和间隙等，避免重复开刀工作；壁板装配定位后从中间开始向两头装配分散应力，并控制好垂直度及时将加强排接头连接牢固，对接缝需做好加强排控制变形。总组定位方面，要提高装配的切割精度，避免间隙过大引起焊角过大；严格控制好分段水平，预防分段积水问题等。

3.2 焊接基本要求

采用CO2焊，其焊接电流小，输入分段的热量也较小，焊接变形也相对小，而焊件输入热量不仅取决于焊接规范，也取决于焊件的焊缝规格包括间隙大小等，间隙过大增加焊接热量，扩大了热影响区而增大焊接变形。平角焊缝一般以采用CO2角焊机为主，并按焊接规范，较长焊缝采用分段焊、退焊法等，避免焊接热量过于集中。上建分段应在装配完工并检验合格后开始焊接，从中间开始向四周分散应力。

上建分段火调一般在分段焊接完工后施工，规范的装配、焊接施工是上建火调工作的保障。

4 上建总组火调

4.1 工具改进

根据上建结构角钢空间特点，特制了多种型号的专用工装辅助矫正，工装使用方便灵活，有效提高了矫正效果；并特制了木槌配合上建薄板矫正，提高矫正效果。火调使用气体为天然气，火枪嘴的型号要求采用1#或2#，加热火焰细长可提高矫正效果。

4.2 火工培训

上层建筑变形较为复杂，主要是波浪变形居多。为提高施工火工的理论基础，组织了理论与实操的专项技能培训，并对工装木槌的使用技巧进行实操培训演练，让每个火工提高理论并掌握实践经验，提高矫正效果。

4.3 火调工艺交底

4.3.1 加强排的拆除

为充分利用加强排控制总组二次焊接变形，结合日本船厂经验，要求外板加强排在总组焊后火工对每个硬档进行水火矫正退火后再拆除，避免过早拆除后产生较大的波浪变形及板格间变形相互影响。

4.3.2 总组矫正顺序

现代造船模式一般都在地面提前进行总组，完工后再整体吊装上船，有利于缩短制造周期。上建总组火调矫正分两个阶段进行，即粗调和精调。粗调即对加强排拆除前阶段采用长条形按要求对硬档进行矫正，精调即在硬档矫正后，按要求对软档平整度进行细致的矫正，使板格的平整度达到标准；精调一般采用规范的短条形或圆点形效果为佳。

在上建总组装配焊接完工后，打破以往传统经验从下往上的单向火调顺序，果断根据工程力学原理，从中间第三层开始向下和向上分别矫正，更加快速分散应力并减少相互间传递影响。要求火工前后面、左右面对称作业，单一面分散作业相结合、工装和木槌辅助相结合提高矫正效果。

4.3.3 矫正方法

（1）硬档矫正法

上建外板硬档矫正前一般先划好硬档加热线，采用长条形加热矫正。工艺要求长条形的加热参数如下：加热宽度20 mm，深度2/3 t，加热速度25 m/h，温度600～6 50℃，水火距离20～50 mm。硬档的矫正需注意矫正顺序，一般以“跳格法”效果最佳；硬档可矫正2次，硬档对变形矫正收缩率约占变形矫正比率约60%～70%以上；变形较大部位可采用工装配合提高硬档矫正效果；硬档两端留100～150 mm不加热，减少应力上下层之间传递。硬档采用长条形矫正后应立即检查结构角钢的直线度，并加以矫正调直。

（2）软档矫正法

粗调结束后，结构整体平整度状态基本良好，精调前应用直尺或拉线逐一检查软档的平整度状况，并做出相应标记便于操作；将变形区分等级：0、5、10、15、20、25（mm），经过粗调的板变形一般在5～15 mm；建议局部变形≥10～15 mm采用工装（目的降低变形量的等级）效率较高，迅速达到矫正效果，并控制火调面积也相对较少。

精调矫正方法一般采用规范的短条形或圆点形，其中间断性短条形矫正因效果较好，矫正痕迹较少而广泛使用。短条长度100～150 mm，间隔50～100 mm；温度500～6 00℃；排列整齐规范，并具有一定的方向性；圆点的直径20 mm，间距100 mm。从软档变形较小部位开始矫正，变形较大的软档，采用工装配合矫正；使用工装时需加垫板缓缓增加外力以免顶出“包”，矫正仍需从变形小部位开始矫正。还可以采用木槌配合矫正，打槌时，从矫正的外围向中间移动避免痕迹。矫正后拉线或直尺检查平整度，标准化作业。

总组火调软档矫正的精调顺序一般从上向下进行，并逐层矫正后依次向下报验。

（3）疑难问题处理

上建的拐角及暴露区域的甲板如驾驶甲板及罗经甲板的平整度等，相对火调施工难度高。拐角矫正，应左右兼顾对称性矫正；拐角变形控制的改进方法优化结构，增加角钢降低拐角火调难度。暴露甲板的矫正应注意结构的直线度，避免积水问题。门窗应将四边火调平直后安装，矫正时应拉对角线检查，对角线偏差要求≤3 mm。

烟囱分段的火调矫正难度相对较大，暴露面积大、美观性要求高，施工需提高矫正质量避免痕迹。要求保证火调质量，安排熟练火工按要求规范化对称性矫正，要求严格控制加热温度，变形较大部位采用工装多人配合作业方法。

夏季需要考虑日照影响外板平整度。

（4）火调面积控制

37 000 DWT散货船上建外板总面积约2 150平方米，经过工艺流程优化并加强培训及现场管理，最终软档火调面积控制在80平方米。上建总组火调过火面积大幅下降，较之前船舶600～700平方米明显改进了产品质量，涂装课对外板的除锈等涂装工作压力明显降低，缩短了产品制作周期，得到了船东的满意认可。

（5）补涂工作

大力推广绿色造船，在上建火调完成后要求采用车间底漆对外板火调部位做好补涂工作，避免火调部位锈迹斑斑，提升产品内在品质和船舶绿色建造要求。

5 小结

通过对我司37 000 DWT散货船上层建筑工艺流程及管理的改进优化，各工序之间相互配合协调，使上建薄板变形得到良好的控制。加上对火工工装改进及火工矫正理论和实践培训，提高了薄板矫正实质效果。对上建外板2 150平方米的矫正，最终软档过火面积控制到80平方米，达到同行业先进水平，力争在后续船控制到65平方米以内，外板整体破损率控制到3%左右，进一步提升上建火调质量。

成本方面，工装木槌改进成本仅约1 000元；由原先大面积火调到工艺流程优化后的局部火调，预计每条船上建的施工成本、动能成本节约5万元以上。同时，施工周期大大缩短，综合效益明显。质量品质方面，避免以往传统做法，工装有效帮助提高质量，并对船东进行了专项工艺交底，得到船东的赞赏。

参考文献

[1]《船舶建造工艺学》. 魏莉洁等编著.

[2]《工程力学》. 杜建根等编著.

[3]《船体火工》. 黄镇编著.