浅谈曲面片体的精度控制

赵凌凌 程言卓

摘要：众所周知，船艏部、艉部曲面分段线型变化较大，结构复杂，精度难以控制。导致船台搭载时间长、线型对接不光顺火工量大、开刀量大、施工难度大等阻碍了船台周期。要解决这个问题所需要面临的困难和挑战无疑是巨大的。

关键词：优缺点对比；板材焊后变形预防；精度控制

片体制作既要制作简易，又要保证线型。传统的制作，肯定无法保证。曲面分段，外板正做，它不仅可以大大减少施焊难度，提高焊缝的焊接质量，确保了曲面线型的光顺、流畅，而且缩短了分段的建造周期。但能否在真正意义上提高分段质量、缩短建造周期、加快船台搭载，则取决于该具体的施工流程是否满足精度建造工艺，即精度建造工艺在此项创新的成与否上起着决定性的意义。

板材焊后波浪变形预防与控制工艺：

1优化板缝布置

在施工设计图纸上，板缝的布置是根据船舶结构设计和板材的规格来决定的。实际采购的板材规格往往与设计的规格有所不同，需要重新布置板缝；同时设计图纸中的板缝布置往往对工艺性考虑不周，容易引起焊接变形。所以开工前必须仔细分析板缝布置情况，将实际的数据进行优化排列，以减少外板焊接后引起的波浪变形。优化板缝布置的四个原则为：

1.1尽量把焊缝布置成与中心轴相对称；

1.2在满足规范对焊缝间距要求——“船体主要结构对接焊缝之间的平行距离应不小于100mm（海船）/80mm（河船），且避免尖角相交；对接缝与角接缝之间的平行距离应不小于50mm（海船）/30mm（河船）。”的前提下，把板缝设置在结构构件附近，借助构件的刚性来减少焊缝变形；

1.3在多板组成的壁板和平台尽量使用大板，减少焊缝数量；

1.4在焊缝相交中尽量布置成“十”字接头，避免“T”字接头的出现。

2推行无码焊接技术

无码焊接工艺是：

2.1使用磁吸码，用磁力把钢板固定于胎架上，不至损伤钢板，也避免了繁杂的修补工作。

2.2以压代拉，在胎架上安装板材时采用压铁压紧来实现线型吻合和防止变形。

2.3先装构件后焊板缝，确实需要在胎架上焊接的板缝，也要改变传统的先焊板缝后装构件的做法，采用拼板后先进行构件安装，装好构件后一起焊，利用构件来限制板的焊接变形。

3实施CO2气体保护焊

改进现有焊接工艺，更新或增加焊接设备以实施全方位CO2气体保护焊。采用高效、全方位的CO2气体保护焊，对减小板材特别是薄板的波浪变形作用最大。由于CO2气保焊电弧热量集中，加热面积小，热效率为50～70%，焊速快，同时CO2气流具有较大的冷却作用；而手弧焊电弧热量大，焊速较慢，热效率为70～85%。分析对比发现，采用CO2气保焊，可大大地减少焊接线能量的输入，焊接熱影响区和焊接变形较小，对控制板材焊后波浪变形，尤其是薄板焊接变形是十分有效的。

全程精度控制

首先：曲面片体的胎架制作与地样线的绘制。曲面胎架的长期制作对有条件的公司可以划分专门的曲面胎位，制作活动可伸缩支柱胎架，可以多次重复使用。各个施工班组在制作胎架之前，首先要依据相应胎架制作图纸的相关信息，合理地规划出该曲面胎架制作所需占用的场地和空间位置。预防后期同步制作多块曲面片体，导致制作区域突显凌乱，进而影响现场的精度控制管理；其次，依据图纸信息绘制胎架布局的中心十字地样线，但由于现场地面水平不佳，绘制线条有一定难度，但可以由现场精度管理人员用仪器配合绘制，同时制定出后续片体数据采集时所需的参考基线点，并做好标记，虽比较耗时费力，但必须实施。如果这些东西没有能够正常体现出来，则在后续的精度控制中会造成很大的困难，同时对精度的偏差也会带来比较大的影响。比如，曲面单板在拼板时板缝的定位参考依据在哪里？合拢口的线型水平高低的控制依据在哪里？如果板材加工不到位如何判断和调节？板材在加工后保留的加工余量需要在拼板阶段进行修整时，如何做到精确地修割？如果拼板扭掉在精度分析时如何确定参考基准线和具体的偏差量等等一系列问题的出现，最重要的是将直接影响数据分析的精确性和针对曲面片体划线和结构安装的准确性。曾今有例子：曲面片体在制作过程中就没有事先做好先前的准备，导致曲面片体在拼板结束后线型偏差±120mm；按图纸提供的理论信息上，艉口和下口各有30mm余量，而实际的却凸显出四周分布严重不均的大量余量出来，最大余量处可达160mm，可谓曲面拼板定位失败之典范。最后在制定胎架支柱时，应该根据现场的施工工艺做好刚性固定支撑加强，减少活动胎架的弹性滑动，避免在片体拼板焊接后造成大的重应力变形和焊接收缩变形，否则也将会影响片体线型的曲度和外形美观。

其次：曲面板的定位和划线。胎架制作完成并由现场精度管理人员确认合格后，精度分析人员则可以根据现场全站仪使用的基线点，使用DACS软件来模拟现场胎架水平状态，经更改轴向以后则提供出每一块曲面单板定位时所需的空间坐标数据，按照胎架图制作胎架， 设置1、2号点为现场胎架制作基准点，作为外板定位时的基准点。以1、2点作为基准轴，制作现场外办定位数据。

现场施工人员则可依据此数据进行拼板定位和加工余量的精确修割，片体拼板定位结束后则由现场精度人员对此片体线型进行焊前测量分析，确认合格方可焊接，待焊接完成、焊缝冷却后，再进行焊后测量分析，在测量分析时片体内部板缝必须列入型线检测的范畴内，以便工控检测内部线型曲度以及艏艉外板板缝的对接平偏差。

如果焊后线型变化不大（在精度控制的范围之内），则可依据现场基准定位点，利用DACS软件做出结构划线连接点的坐标数据，划线员则可以依据本图使用全站仪配合划出测量点，通过样条将点连成线。但是这种划线方式比较耗费时间，且对于线型曲度较大的片体，内部又不好设置可攀爬扶手和落脚支点，因此在使用这种方式划线的时候，划线员的安全将会受到的威胁，这两条也是大曲面分段正造法的不足之处，同样这也是今后做曲面片体和曲面分段正造法所要解决的问题。

最后，曲面片体结构安装定位与完工脱胎。在前面的工作完成后，则现场的施工人员则可以直接按照其相应的建造工艺进行结构安装定位，待定位、装配结束后进行焊前测量，通过DACS软件分析，满足精控要求后焊接。焊接完成后可直接进行最后的精度测量分析和微调工作，精度合格后即可进入下道工序，如果该曲面片体作为单个整体来制作，则在片体脱胎时需要做好相应的防变形加强措施，防止在吊运过程中变形、扭曲。

总之，曲面片体的精度控制与制作是今后船舶建造工艺流程的新趋势，其建造和施工的优势极为明显，但同样也存在不足之处，尚且需要改善。

参考文献：

[1] 王荣生， 黄平涛， 张广钦等. 船舶设计实用手册-结构分册. 国防工业出版， 2014.

[2] 造船经济与企业管理.华南理工大学教材供应中心， 2013.

（作者单位：南通振华重型装备制造有限公司）