通道系统艉门和跳板建造安装关键技术

刘 铭，刘 健，齐 斌

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

0 引 言

艉门和跳板是大型滚装船通道系统的重要组成部分，是车辆、人员及其他滚装物资进出母船所需关键设备。在不建造临时通道的情况下，利用艉门能有效满足码头人员进出船舶和搬运物资设备上船的需求。通常船舶通道系统的尺度较大，制造安装精度要求较高，艉门和跳板的安装质量直接影响其性能，因此系统研究艉门和跳板安装工艺是提高滚装船建造质量的重要保证。

1 艉门和跳板的结构和技术参数

1.1 艉门和跳板的结构

艉门和跳板的钢质结构一般由2 部分组成，下部为单节跳板，上部为单节艉门。艉门和跳板均为开式结构，跳板上设置有为车辆提供防护的导向护栏。当艉门向上开启时，在开启角度大于90°的情况下，可将其作为坞舱的自然通风口；当艉跳板向下开启时，可将其作为车辆、人员及其他滚装物资进出母船的通道。艉门和跳板关闭之后覆盖整个艉部开口。在关闭位置，艉门和跳板由液压紧锁。整套艉门和跳板主要由主结构、导向板、翻板、防滑条、铰链、紧固装置、限位装置、传动装置、密封装置、防撞护栏、应急装置、液压动力系统和电气控制系统等装置组成（见图1）。

图1 艉门和跳板基本构成示意

1.2 艉门和跳板的技术参数

艉门的外形尺寸为18m×2m，重约80t，跳板的尺寸为18m×7m，车道的宽度为16.5m，采用开式桁架结构，局部为闭式结构。艉跳板背部局部设有封板，表面焊有防滑方钢，采用水密结构。艉门为风雨密结构。为确保密闭性，密封装置由安装在船体上的橡皮和安装在结构上的不锈钢压紧板组成。艉门上表面设置2000m 防滑条，保证涉水作业时人员和车辆安全通过。

2 建造和安装难点

艉门和跳板安装完成之后要与船体外板吻合，满足水密和风雨密的性能要求。结合艉门和跳板的结构特点，在安装艉门和跳板过程中存在以下难点。

2.1 建造和安装的精度控制

艉门和跳板的面积较大，附件较多，焊接量较大，附件装焊对平整度的影响极大，平整度控制不好，极易影响附件的正确定位。同时，结构采用的是高强度钢且为厚板，焊接难度极大，控制不好，极易造成结构变形，影响水密性能。因此，需在装焊过程中对艉门和跳板的精度进行控制，具体平整度控制要求见表1。

表1 平整度控制要求

2.2 铰链镗孔和轴孔同心度控制

艉门和跳板设有8 组连接铰链，其中2 组为主铰链，跨距为18.6m，其关键点是主铰链的镗孔和安装定位。若铰链同心度出现偏差，则各铰链与销轴之间会出现受力不均的问题，长时间处于该状态会造成销轴或铰链磨损，间隙过大，影响艉门的封闭性[1]。

2.3 密性要求

艉门和跳板设置于艉部作为艉封板的一部分，与之匹配的船体结构划分为7 个分段，安装完毕之后要求艉门和跳板在关闭状态下达到与周围船体同等的水密要求，制造和安装过程中稍有误差，都将无法到达水密要求。

3 安装关键技术

针对艉门和跳板的建造及安装难点，主要从艉门和跳板建造及安装的结构精度控制、铰链眼板镗孔及轴孔同心度控制和密性控制等3 方面入手，对中间产品进行严格把控。

3.1 艉门建造及安装的精度控制

为确保通道结构与船体良好贴合，满足关闭状态下的水密要求，以及长度方向±4mm、宽度方向±3mm、顶板平面度≤4m和门框平面度±5mm 的控制要求[2]，应针对艉门建造和安装设置完整的焊接工艺流程，加放一定的反变形余量，改进坡口，确保制造精度和质量。

3.1.1 设置焊接工艺流程

研究焊接工艺，通过对钢结构材料进行焊接试验，设置焊接工艺流程，明确焊接材料、焊接参数、采用的焊接设备、焊道布置、焊接顺序、焊接环境和预热之后消除应力的措施。

1) 确定焊接方法：在拼板阶段采用热影响区较小的激光自动焊接，在大组立阶段采用热输入较小、能量相对集中的二氧化碳气体保护焊，艉门结构上的纵骨采用二氧化碳自动角焊机焊接，其余零件的焊缝采用二氧化碳半自动焊焊接[3]。

2) 确定焊接顺序：先焊接对接焊缝，后焊接立角接焊缝和平角接焊缝；先焊接短焊缝，后焊接长焊缝；焊接时尽量采用双数焊工对称分布焊接，但焊接人数不宜过多，防止出现较大的焊接变形[3]。焊接人员应采用较小的焊接参数，并对焊接过程进行实时监控，严格控制热输入量，避免超规范焊接带来焊接变形方面的影响[4]。

3) 实施焊接预热工艺：对于板厚t≥30mm 的结构焊接，需预热温度120～150℃。

艉跳板的面板因布满了防滑圆点和防滑条，大量的电焊工作引起的焊接变形较大，因此将这部分焊接工作前移到拼板之前，待防滑圆点和防滑条装焊结束，消除焊接变形之后，再上胎架拼板。防滑条安装示意见图2。

图2 防滑条安装示意

对于防滑条的安装，考虑到拼板后排列整齐，左右、上下对称，施焊时采用从中间向上、下、左、右展开的方式，以减小变形。焊后分块铺板火工矫平整之后才可进行铺板拼接，拼缝采用自动焊焊接。

3.1.2 加放反变形余量

在拼板阶段的对接焊缝、大小组立阶段的对接焊缝和角接焊缝处，根据具体的焊接方法适当加放焊接收缩补偿量，确保制造精度，抵消焊接变形[5]。

顶板长度方向每隔1m 加放1mm 收缩量，顶板宽度方向每隔1m 加放1mm 收缩量，顶板四周加放50mm 余量。

3.1.3 采用U 型坡口

针对厚板对接拼板焊缝，采用深宽比较大的双面非对称U 型坡口，以有效控制焊接变形。

3.1.4 刚性固定

刚性固定是常用的变形控制方法，以跳板面板（防滑条面朝下）为胎架基面，采用胎板式胎架，对四角四周进行刚性固定[6]。强制跳板面板在焊接时不能自由变形，在焊接构件上，所有焊缝冷却到室温之后再去掉刚性固定。这时焊接构件的变形小于自由状态下的焊接变形。

3.2 同心度控制

通道系统对铰链的同轴要求为小于等于φ2mm，目的是确保通道结构能正常开启，销轴受力均衡。

艉门和跳板钢结构本体的铰链眼板和船体结构上的非主铰链轴孔通过镗床机加工保证同心度精度。首先根据跳板铰链眼板轴孔中心线位置安装镗床专用导轨。镗床导轨共2 根，每根长10m，保证导轨对接之后的直线度和水平度，确保镗床刀具轴与铰链轴中心线重合。跳板铰链轴孔照光镗孔见图3。这样做的最大优势在于，内场镗床的精度为φ0.5mm，可更好地保证φ2mm安装阶段的精度要求，最大限度地满足同心度的控制要求。

对于安装船体结构的非主铰链眼板，轴孔同心度精度通过专用工具确保，使铰链轴孔达到同心度要求，靠模工装板见图4。

图3 跳板铰链轴孔照光镗孔

图4 靠模工装板

对于主铰链的安装，应首先将跳板吊装至船体分段处，吻合之后将其临时固定，利用专用销轴工具确定安装在船体上的主铰链的位置，实测主铰链的外形，根据实测数据加工修正主铰链外形。其次，根据作好的主铰链中心线进行主铰链眼板镗孔。最后，在专用装焊靠模和多孔中心的相互校调配合下，按正确的位置焊装其他铰链，以确保同心度。

总结以上同心度控制技术，主要包括：

1) 采用靠模工装板，保证铰链眼板与轴孔中心线的垂直度，同时控制铰链眼板的焊接变形；

2) 采用2 根加长专用10m 移动镗床导轨对接，使镗床导轨覆盖整个机加工作业范围，确保镗床中心线保持不变；

3) 采用多孔中心相互校调技术，确保各铰链眼板轴孔同心度偏差在φ0.5mm 以内。主铰链镗孔见图5。

3.3 密性要求

艉门密封是通过U 形橡皮槽的密封橡皮与不锈钢压紧条配合使用实现的，扁钢压紧条在艉门主结构上需预装好，而橡皮槽在船体结构上是散装的，吊装艉跳板定位之前，橡皮尚未安装，应在艉跳板两侧烧焊临时定位块（见图6），确保艉跳板与门框的间隙满足要求。

图5 主铰链镗孔

图6 临时定位块

安装橡皮时，应先拆除临时定位块，再装焊上橡皮槽，并打磨油漆；艉门压紧条所在的区域需严格控制。密封橡皮的压缩量为15±6mm。应按安装要求正确安装，确保水密。

为确保通道结构与船体良好贴合，要求通道设备钢结构的平整度小于等于4mm。除了严格按3.1 节的要求施工，设置完善的焊接工艺流程，加放一定的反变形余量，改进坡口，减少装焊阶段的变形以外，还应在完工时对艉门和跳板进行三维测量，确保结构的主尺度和平面度在可控范围内，为铰链眼板的安装奠定基础。

4 结 语

通过实施艉门和跳板建造安装关键技术，有效解决了施工过程中的难点，现场精度控制测量和搭载安装符合技术要求，主要得到以下结论：

1) 建造安装精度控制方案的实施确保了艉门和跳板的建造安装精度，提高了艉门安装之后的结构吻合度，从而确保了船体外板的水密性能。

2) 通过内场镗床的专用机加工，保证了铰链眼板的同心度；通过转动假轴，实时监测了铰链眼板焊接变形，使得装焊之后的铰链轴孔达到同心度的控制要求。

3) 临时定位块的安装确保了橡皮安装之前艉跳板与门框的间隙满足要求，为橡皮的压缩量提供了安装空间，保证了安装之后的水密性。

关键技术的实施提高了艉门和跳板的建造、安装效率，缩短了完工周期，可供同类型船艉门和跳板的建造、安装参考。