关于提高船舶整体建造法焊接质量的对策措施

翟社会

淮北市地方海事(港航)管理服务中心 安徽 淮北 235000

在现代造船工艺中,船体装配与焊接多采用分段建造法,但因受工艺、技术水平、起重条件等因素所限,一些规模不大的船舶修造单位在内河船舶建造过程中多采用整体建造法,其方法是将船体主要零部构件直接运至船台,按照自下而上、由里至外的顺序装焊成船舶整体,待装配作业全部完成后,再进行全船焊接工作。由于船舶建造的质量受材料质量、焊接质量以及装配质量材质和工艺的直接影响,尤其是船舶船体的整体质量受焊接的质量直接影响很大。如何提高内河船舶整体建造法焊接工艺,对船舶建造质量起着重要的影响作用。

1 采用整体建造法对船舶建造质量的影响分析

1.1 船体可能会出现扭曲或局部出现应力集中 焊接是通过高温、高热将两块构件的结合部快速融化,进而融合成一起的工艺过程。由于该过程速热速冷,焊接过程和成型后会因热胀冷缩产生焊接变形。在采用整体建造法焊接时,如果焊接操作程序不正确,尤其是在焊接内河小船的薄板操作时,则船体极易出现扭曲变形。此外,局部结构焊后的残余应力如果过大,也易诱发张开性裂纹。

1.2 船体易产生中垂弯曲变形或首尾上翘 因为采取整体建造法,船体主要构件皆是在船台或船坞上装配,在安装过程中,大量的板、构架的焊接工作都集中于船台上进行,容易产生船体中垂弯曲变形,甚至首尾两端上翘。即使是双体船,如果安装操作不当,也极易出现横向中垂弯曲变形,而这种变形将不可避免地影响螺旋桨的安装,以及后续主机功率的发挥。

1.3 船体首、尾部易偏离纵中剖面 在采用整体建造法安装时,船体构件多采取对称于纵中剖面布置的方法,而倘若不采用对称施焊法,那么这些结构由于焊接变形,将不可避免地会偏离纵中剖面,尤其是艏柱。而这种变形将影响船舶的航向稳定性。

2 提高整体建造法建造船舶质量的措施选择

2.1 控制船体首尾上翘的应对措施 由于船舶沿纵向可以看作为一根空心变截面梁,而甲板骨架居于中性轴上方,由于有上层建筑,通常甲板上焊接量偏大,这样导致焊后收缩就易出现船体纵向的中垂弯曲变形。因此,控制船体首尾上翘,甲板骨架上的对接缝或角接缝必须严格遵循“焊接规格表”的设计要求,不可随意加大焊接量。如果经过船台拉线,检测出首尾上翘变形,应采取适当增加船底骨架焊接量,或着采取对船底进行正面跟踪水冷法的水火矫正工艺。而对双体船横向中垂弯曲变形的问题,可以采取加大连接桥中性轴下端横向构件的焊接量,例如可加大横梁面板处的角接缝的焊脚尺寸。

2.2 控制焊接变形的应对措施 采用整体建造法,虽然不容易制作曲面结构胎架等专用工艺装备,但是为了最大程度控制焊后变形,各造船单位应结合自身实际生产条件,在装配定位时,可以采取加设临时加强材、“梳状马”工艺板等方法进行刚性固定。尤其在焊接作业前,预先测算估计结构的变形大小与方向,用反变形法将构件预装成一个反方向的变形,以此来抵消焊接过程所引起的变形。

2.3 明确船舶焊接的程序及工艺 各造船单位在施工图上标注了焊接规格的同时,应制定船舶建造的工艺计划管理性文件,其主要应包括以下焊接程序规定:①如果构件中同时存在对接缝和角接缝时,应先焊对接缝,后焊角接缝;②如果构件中同时存在单层缝和多层缝时,应先焊收缩变形较大的多层缝,后焊单层缝,焊道接头应互相错开;③采用手弧焊焊接长度>0.5m的对接缝时,必须采取分段退焊法或从中间向两端的分段退焊法进行施焊;④在整体建造焊接时,应以每个舱为单元,将船舶主体分为若干单元,焊接应从船中的单元开始,向首尾两端的单元进行。而在每个单元的焊接工艺中,必须按照下面的操作次序进行焊接:

板的对接缝焊接工艺:应先焊船底板及甲板的对接缝,后焊舷侧外板的对接缝。由于对接缝中的端缝不能排在同一横断面上,所以必须先焊端缝,后焊纵缝。与此同时,应先焊船内一侧的对接缝,接着在外面用碳弧气刨吹槽、清根,待其显露出金属光泽后,然后再进行封底焊。

横舱壁与壳板的角接焊缝工艺:应先焊舱壁、船底板以及甲板的角接焊缝,再焊舱壁与两舷外板的立角焊缝。

纵横构架之间的十字角焊缝工艺:应先焊底部及甲板的纵横构架之间的十字角焊缝,再焊舷侧的纵横构架之间的十字角焊缝。

纵横构架与壳板的角接焊缝工艺:应先焊底部及甲板与纵横构架间的角焊缝,再焊舷侧外板与纵横构架间的角焊缝。这些角接焊缝的焊接应按照逐格法进行,自船中向两舷,自单元中间格向首尾,先焊横向构架与壳板的角接焊缝,后焊纵向构架与壳板的角接焊缝,逐个方格地施焊,直到焊完单元内所有方格为止。

甲板边板与舷侧顶列板间的角焊缝工艺:应从船中向首尾对称地施焊,先焊船舱内的角焊缝,后焊外部的角焊缝。

壳板与舷柱的接缝焊接工艺:为了避免艏柱上翘及偏离纵中剖面的变形,在焊接作业时,必须由两名焊工同时对称地施焊作业。

护舷材的焊接工艺:由于护舷材是分段制作的,且安装到船体上也是逐段装上去的,因此在焊接时,必须先焊各段之间的对接缝,再焊其与舷侧顶列板间的上下角焊缝。

2.4 预先考虑收缩余量,注重减少余量补偿。根据理论计算和实践经验,采用整体建造法,在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量,以便焊后工件达到所要求的形状、尺寸。当对接装配时应切割去余量,到一定长度再次用定位焊固定,这样逐段进行。焊接时先在船内一侧施焊,然后拆除“固定马”,用碳弧气刨吹槽、清根,进行封底焊。有条件的造船单位在自身工艺条件下,应对施工误差和施工变形的规律进行定量的分析,尽量减少余量补偿,以便减少手工修正作业量,从而降低生产成本。

2.5 非水网地区船舶建造尺度普遍偏小、整体建造多用板厚≤3mm的薄板,焊后变形难以控制。建议有条件的造船单位,可以利用二氧化碳半自动焊机,采用细丝二氧化碳气体保护焊(左向焊接法),这种工艺方法对控制焊后变形是行之有效的。

3 结语

采取整体建造法工艺建造船舶,焊接变形是不可避免的,但是采取各种合理有效的措施,提高焊接质量,对焊接变形进行有效的控制和减少,就满足船舶安全航行、正常营运使用性能的要求。