21000TEU舵鳍分段建造精度研究与应用

2019-01-21蔡传文王钰仓杨

海峡科技与产业 2018年8期

蔡传文王钰仓杨

江南造船(集团)有限责任公司，上海 201913

舵鳍分段是船舶结构的重要组成部分，连接着船舶操作装置舵叶，它具有两大功能：保持船舶预定航向的能力和改变方向的能力，其对分段建造精度至关重要。本文重点分析目前国内最大的集装箱船21000TEU船的舵鳍分段的相关工艺及精度控制[1]。

1 研究背景

2016年4月初，21000TEU集装箱船舵鳍分段主体结构开始建造，该船分段以舵机平台为基面反造，采用全悬挂扭曲舵，舵筒由国外生产厂家建造成型，加工无余量，参考先前建造18000TEU类似分段控制经验进行控制，同时舵筒装配方案也采用分段阶段点焊固定搭载阶段焊接的方式，该方案虽然能有效预防搭载阶段产生的累积误差，但是高空狭小空间焊接作业导致船坞周期延长，极大影响船舶建造速度。为了进一步缩短船坞周期，降低造船成本，改善工人劳动强度和作业环境，采取对后续分段实施全部焊接。这对我们精度管理人员有了更高的要求，不仅要细化精度控制方案，过程管理也要更加严谨细致。

2 舵鳍分段建造基准的研究与应用

由于受分段建造工艺流程和现场吊运能力制约，分段在主体建造后需进行移位，重新调整水平后装配舵筒和假舵，如果没有统一的参考基准，舵筒和假舵是无法准确定位的。

2.1 舵鳍分段建造基准与搭载定位基准的研究

根据轴舵系搭载定位时以0号肋骨进行拉线照光的特点，为保证轴舵系搭载后的最终精度符合要求，舵鳍分段以FR0号肋线和圆孔中心线为基准进行建造。具体实施方法是在平台板拼板施工阶段，需要采用圆孔中心线和FR0肋位线作为参考基准，并将该两条线向艏艉和左右延伸，便于艏艉封板定位及反驳外板开孔线。

2.2 舵筒定位基准的研究

舵筒的准确定位是舵鳍分段精度控制的重点，需要舵筒定位点的准确划制，但在建造过程中许多舵筒外协厂家生产的舵筒洋冲点存在错位问题，甚至有的整个端口都没有洋冲中心点。为了保证舵筒准确定位，需要利用全站仪参考面模式进行二维测量，结合三维数据收集分析，准确地找出舵筒定位中心。同时根据舵筒三维数据和分段主体数据进行模拟装配，对分段主体甲板和外板开孔精准修割，排除装配干涉，以顺利保障舵筒一次吊装成功。

2.3 假舵（艉鳍）定位基准的研究

由于假舵分为前后两个部分进行装配，装配过程中容易出现精度偏差的情况，必须在胎架建造阶段制定出上下口位置的中心线作为基准，艉鳍三维测量结束后通过模拟装配，保证下端口水平度前提下预先将上端口余量进行修割，避免二次吊装作业。

3 反变形控制与刚性加强固定的研究

根据设计要求，分段和总段阶段控制舵筒上口和下口的精度误差≤2mm，结合舵鳍分段肋板结构较多、立角焊工作量大、精度要求高的特点，需进行反变形加放的研究和必要的加强固定。

3.1 反变形加放的研究

舵鳍分段主体部分以舵机平台为基面反造，纵横结构较多，立角焊接工作量较大，同时外板为散贴装配焊接，为了防止焊接收缩量过大造成主体分段变形，需要对分段主体建造水平实施反变形控制，在胎架施工过程中，以FR0号位置为节点，向艉做低10mm，进行反变形量加放。

3.2 刚性加强固定的研究

舵鳍分段移位后直接搁置在坞墩上进行舵筒和假舵的定位，且坞墩与分段之间还有垫木，无法保证分段主体的水平度，同时舵筒（重量64t）合拢后必然会出现沉降问题，必须增加四角和圆孔周围刚性支撑，保证分段主体水平后才能控制舵筒轴心垂直度。

另外，舵筒与分段主体存在多处对接缝，焊接过程产生的收缩势必会对舵筒垂直度造成影响。由于舵筒内径为无余量形式，且设计要求舵筒轴心垂直度误差要求控制在2mm以内，所以焊接收缩产生的偏移量必须为0mm，在取消6mm对接坡口间隙并结合对称施焊的工艺方法的同时，必须对舵筒下口位置前后左右进行斜撑固定，上口位置增加定位马板数量，防止舵筒下口位置中心偏移[2]。

图1 刚性支撑优化

4 施工过程中的精度监控

舵鳍分段作为重点管理分段，从胎架铺板到舵筒定位焊接必须紧密跟踪，及时发现问题，准确调整，如果将问题累积到最后才去处理，那么精度无法满足要求，产品质量无法保证[3]。舵筒焊接方法采用CO2衬垫单面焊，焊接时需由两名焊工进行对称焊接，减少单边收缩变形，舵筒焊接顺序见图2。在焊接过程中要有专人进行精度监控，当舵筒的中心线与轴线中心线前后左右偏离值超出±6mm时，测量人员应立即通知焊工采取措施，调整焊接顺序。尤其在焊接1/3板厚的焊缝时，要边焊接边测量，严格控制舵筒中心线的变形。