船体快速拼板工艺研究

姜立群 张庆营 崔国庆 崔 良 段良圣

（海洋石油工程（青岛）有限公司，青岛 266520）

在浮式生产平台船体建造中，钢材加工量约占平台船体总重的70%。拼板精度和速度是制约分段建造周期的关键工序，因而在以补偿量代替余量值的无余量造船理念下，研究高精度船体快速拼板工艺，能够有效增加船体分段建造流转速度，提升中组立的建造精度，减少球扁钢肋板等结构对位影响，进而整体提升船舶建造质量[1]。

1 拼板现有问题

浮式生产平台的船体与常规船舶有一定区别。由于生产平台需要固定在某个海域进行开采或者储油作业，要求平台船体能够30年不回坞大修，对船舶建造质量要求非常高。在船体工艺设计时，对接板材焊接工艺坡口设计为16 mm以上时需要开双面坡口，即A面焊接成型后，需要拼板吊装翻身，背部清根后再完成B面焊接。如外底板约有9块K板拼接而成，按照现有焊接工艺进行组对，拼板组对间隙2～6 mm。由于前期精度策划在加工设计软件中拼板两端各预留2 mm焊接收缩值，两组拼板理论间隙达到4 mm。考虑到拼板件下料存在负公差影响和拼板组对实际焊接收缩放量因素，前8块拼板组对间隙取最大值6 mm，最后一块拼板间隙超过10 mm。在船体预制阶段，为了保证焊接质量，禁止使用陶瓷衬垫工艺。

经上述拼板组对，经AB面焊接后，拼板整体焊接收缩仍然较多，部分底板拼板后较理论尺寸相差10 mm左右，成型后的底板普遍存在短尺现象。如图1所示，由于拼板阶段的焊接填充量较大，焊接应力集中和拼板波浪变形不可避免，造成较多拼板件均需要火工校正纠形，平添了翻板和烤火工序，对拼板质量有一定影响，也增加了额外的人工投入。此外，由于前期没有拼板图和划线图可供参考，施工人员和检验人员仅通过分段结构图纸计算拼板放线量，拼板效率不高且容易出现偏差，对拼板施工速度产生了一定影响。

图1 热调直施工图

2 生产设计优化

生产设计优化是提升船体分段建造精度的重要手段。

对于控制拼板短尺和焊接变形的改进措施，拼板零间隙是解决船体拼板组对偏差大的有效手段。从设计源头将拼板两边各留2 mm组对间隙调整为理论尺寸，即零间隙设计。对于设计已出套料图，尚未开始下料的船体分段，经设计人员人工干预，调取原拼板套料图中的CAD图形尺寸，在软件中调形拼板件恢复到结构图纸拼板理论尺寸，并生成新的套料代码。对于设计尚未出套料图的船体分段，经设计人员在AVEVA Marine软件中更新拼板理论设定值，将拼板单边-2 mm改为0 mm，实现了零间隙拼板件设置，并基于该原则生成船体分段套料图和套料代码。

对于施工和检验人员，仅依据分段结构图进行拼板件尺寸放样情况。对于设计已出结构图但尚未开始拼板的船体分段，经设计人员协助理论计算，提供手绘拼板图划线图，将整张拼板关键施工和检验信息尺寸如长、宽、对角线等信息予以体现。如图2所示，对于设计尚未出结构图的船体分段，在后期生产设计拼板零间隙的原则下，经设计人员在AVEVA Marine软件中统一定制球扁钢和拼板焊缝理论收缩值，通过软件生成整张拼板的拼板图和划线图，并增加到后续分段的结构图纸中。

图2 分段拼板图

3 快速拼板工艺

拼板组立预制的工序流程包括板材下料、坡口切割、拼板组对、AB面焊接、拼板检验和释放上胎。在生产设计优化基础上，应从拼板组立的各主要工序着手考虑，提高整体拼板效率[2]。

3.1 板材下料

应定期检查切割机胎架的横向和纵向导轨精度，如有偏差及时调整切割轨道。数控程序优化需通过调整数控切割机补偿量，使板材下料走正公差。板材下料尺寸控制在0～+2 mm公差范围内。

3.2 坡口切割

数控切割机虽然具备坡口成形功能。在实际应用中，为了提升板材坡口下料质量和提升板材利用率，通常使用半自动火焰切割机在坡口专区进行坡口加工。部分小型拼板件及肘板坡口，可以利用铣边机进行冷加工，既有助于提升坡口成形质量，也能提高坡口切割效率。

3.3 拼板组对

坡口切割工序应按拼板需求物料配送，避免出现拼板匹配不齐，怠工无法完成拼接情况。如图3所示，根据以往拼板焊接收缩数据，合理确定每相邻拼板的间隙值，优先使用拼板磁力器代替传统马板用量。在零间隙拼板设计下，可以将中间拼板件零间隙组对优先采用埋弧焊接。两端拼板预留一定组对间隙，打底焊接后再使用埋弧焊接。

图3 拼板组对施工图

3.4 AB面焊接

注意双面坡口的拼板件，套料时应将大坡口的拼板面朝上，作为A面焊接完成后拼板翻板，气刨清根，再进行B面焊接，最终形成完整的拼板片体。对于有板厚差和异形拼板，应注意焊接顺序。连续焊道应遵循从焊道中心向两侧施焊，遵循“先短后长，由内向外”的焊接原则。为了减少焊后热调直，应采取有效措施预防拼板焊接变形。如焊接完A面翻板后，在拼板焊道下方准备小管径成品管预留反变形，在拼板四角点焊角铁固定，在焊缝边缘放置压铁施加外力等措施，控制焊接电流输入量等措施减少拼板焊接变形。

3.5 拼板检验

拼板主要有焊前组对、尺寸检验、焊后外观检验和尺寸检验。拼板图和划线图为施工和检验提供了较大便利。通过拼板变形控制措施，极大减少了热调直的拼板板架数量，提升了拼板施工质量和施工效率。

3.6 释放上胎

拼板成形检验合格后，将拼板光板吊装到中组立预制框架上。部分船厂有流水线设备，也可以集中焊接完成球扁钢后再上胎。拼板工艺应结合各公司实际设备情况和生产习惯而定。上胎后应注意对拼板进行局部固定，适当设置反变形量。

4 结语

在现代无余量造船理念下，船体快速拼板工艺首先应从生产设计和精度策划角度出发，合理设置球扁钢和拼板焊道焊接收缩补偿值，在三维软件设计出图中应结合船厂数控设备和套料方法、焊接设备和焊接工艺，设置适当的拼板焊接余量，以提供拼板图划线图。在拼板实践中，施工单位应结合船厂生产工艺、工区管理、组立作业流程，采取有效的拼板焊接变形防控措施，加强拼板配套供应，利用现代化组对和焊接设备，实施清单革命的过程检查，最终形成拼板工艺流水线作业，提升船体快速拼板产能。