船体曲面片建造精度控制

顾文捷 陈智 袁圣涛 栾建春 侯羽

摘  要： 为了有效提高造船效率，缩短造船周期，保证造船质量，将散装件先加工成组装件，组装件再拼成部件、分段的方法，通过多元化管理来实现快速造船。曲面外板的装焊也由传统的散贴改为片装，以提高工作效率，但曲面片的精度控制比较困难。笔者通过理论联系实际，软件建模配合现场施工，改进工艺，达到了有效控制精度的目标。

关键词：曲面片;精度控制;TRIBON系统;软件建模 ;生产设计

中图分类号：U673.2                 文献标识码：A

Abstract： In order to effectively improve the shipbuilding efficiency， shorten the shipbuilding period and ensure the shipbuilding quality， the bulk parts are first processed into assembly parts， and then assembled into parts and sections， so as to realize the rapid shipbuilding through diversified management. The assembly and welding of the curved shell plate has been changed from the traditional loose mounting to the patch mounting， which effectively improves the work efficiency. However， the precision control of the curved surface patch is relatively difficult， this paper improves the technology to achieve the goal of effective control precision by combining theory with practice， software modeling with field construction.

Key words： Curved surface patch; Precision control;TRIBON system; Software modeling; Production design

1 前言

通过改善作业环境、降低劳动强度、扩大作业面积、提高工作效率、改变作业形式来提高造船精度，进而保证造船质量的造船理念已被造船厂广泛接受和应用。随着模块化船体建造工艺的不断改进，为了提高建造效率，通常将一个分段分解为一个或几个组件，或者分解为几个片。比如：对散货船的上边水舱分段，可分为甲板分段、斜板片段、及外板片段;双层底分段可分为内底片段和外板片段。 其中，曲面片主要以曲面外板为第一工作面，建造过程中曲面板加工成型、胎架制作、外板定位、放样划线、构件装配等操作过程较平直分段复杂，在制造的各个环节均易产生精度误差，必须在每个环节中加强精度控制，使分片制作成形后的累计精度偏差较小，从而提高分段质量，缩短生产周期，因此研究曲面片建造过程中的精度管理方法具有重要的意义。

2 船体曲面片建造精度管理

船体曲面片建造精度管理，是指精度管理人员在分片建造前对不同的曲面片结构及建造方法进行分析，列举可能出现的精度偏差问题，采取相应措施进行控制，并整理成文档下发给施工单位执行。在施工单位制作的过程中，精度管理人员对易出现精度偏差的每个环节通过二维或三维测量方式实施现场检测控制和数据确认，加强精度过程控制，将偏差控制在规定的范围内。

3曲面片建造过程中易产生的精度问题

3.1曲面外板和型材的加工数据对精度的影响

曲面外板和型材的成型加工必须依靠精准的曲面板加工图和型材加工图，曲面板的加工数据和曲面型材加工的逆直线数据是施工人员加工的依据。根据曲面板所在船的三向坐标位置和外形变化判断其加工需要的样板形式，如纵向样板、横向样板、垂向样板，进而决定采用三角样板或活络样板。利用TRIBON 系统曲面建模模块分离出每块曲面板和型材的图形文件，再用BEND TEMPLATE生成LIST 文件，将每块板的图形文件和LIST 文件叠加到每块外板的加工图中形成完整的加工图，笔者针对本单位在建船舶82000吨散货船机舱分段的一个典型外板片为例加以论证。图1为曲面模块生成的外板加工图，图2为曲面骨材加工的逆直线数据即型材加工图。

加工数據间距缺省值为200mm，对于边缘不足200mm的测量点可以通过TRIBON系统里面对应的缺省文件BENDTEMPL.IP自定义间距。在该文件中重要的是如下3个设定语句：

（1）FLEXIBLE_TEMPLATES， TYPE2， DISTANCE， 200， LENGTHS

上述语句的含义为采用肋骨面活络样板，DISTANCE=样板曲线测量点的距离为200mm，可以将该语句中的200mm修改为需要的边缘控制值;

（2）EDGE _TEMPLATE， 50

该语句的含义为设定边缘端缝的样板距邻近肋骨线的最小距离为50mm，小于此值时邻近的边缘线不设样板;

（3）MINHE IGHTOFTEMPLATE， 600

样板中点到基准线的距离，缺省600mm。

通过这样的设置，调整每块外板和每根型材的最佳加工信息，保证曲面钢材加工数据的精确度。

3.2曲面外板和型材的加工方法对精度的影响

曲面外板的加工包括钢材的预处理、边缘加工和成型加工。一般板材的加工方法，主要有机械冷弯法和水火弯板法：单向曲度板可以直接采用机械冷弯法;形状比较复杂的带有双向曲度的板材，采用油压机压制或用三星弯板机根据滚压线滚弯成型。待单向成型以后再用火工、冷却水跟踪加工出其他方向曲度。加工过程中必须根据外板加工图和型材加工图提供的加工数据制作样板跟踪检验，对于双向曲度变化较大的情况，单向样板无法检测其形状有没有加工到位，局部可以根据型值制作样箱辅助跟踪检测，确保每块外板和型材都能加工到位，为提高外板的安装精度做好准备。

3.3胎架基准面的选取对精度的影响

曲面片的胎架基准面选取类型很多，必须考虑方便布置、节约辅助材料、提高精度为原则来选择。活络胎架还要考虑控制桩头可调高度、边缘辅助材料高度以及施工难度。为获得胎架的最佳高度型值，笔者通过TRIBON系统三维建模功能，根据实际活络支柱之间的间距、最低点距水平地面方便施工的高度（最低为800mm），利用曲面建模模块JIG TEMPLATE调整初始化数据，对船舶不同部位、不同曲度的板片调取三维模型，进行数据分析，在活络胎架可调最低高度差的范围内选取基准面的类型为斜斜切，得出最佳的胎架数据，如图3所示。施工人员严格根据胎架图提供的数据调节每个支柱的高度，可以有效提高胎架的精度。

3.4胎架类型的选取对精度的影响

胎架是船舶建造的重要工艺装备，它对船体曲面外板建造的周期、成本、精度质量都有着直接的影响。

因为曲面片的建造周期比较短，制作胎架的周期也控制在一定时间范围内，如果制作固定胎架采用经纬仪配合开角尺线和水平的方法会浪费很多辅材、人力和工时，而且对于具有双向曲度的外板片而言，每块板、每个片线型都不一样，所以选择可以调节的活络胎架。活络胎架可作为曲面片和曲面片上各类构件的装配定位、划线和测量的基准，还可依靠活络胎架的刚度强行限制曲面片焊接的收缩变形，很小的高度差可以通过微调螺母调节，以保证曲面片的外形精度。

3.5拼板划线对精度的影响

根据胎架数据图调节活络胎架的高度，其高度值定位首先必须设定一个基准面，利用水平软管或激光水平仪预先确定一个水平面，将水平面的位置在活络支柱上标出记号，量取胎架高度就以此水平面为基准面，根据胎架数据图在各支柱上以这基准面向上量取型值，调节活络支柱的高度。活络胎架调整到位以后，需要将加工好的板在胎架上进行定位，定位是否准确对外板片装焊的精度影响很大。笔者通过TRIBON系统的曲面建模模块，对拼板缝位置和构件安装位置进行精准测量，以曲面板片相邻两边为基准边，将所有纵/横向定位划线间距以1：1的数值累加标注于图上形成拼板划线图，如图4所示。由于胎架升高尺寸较多，施工人员易看错、量错，施工人员操作时必须严格按照拼板划线图对各基准线、余量线、对合线实施检查进行监控确认，再进行划线，有效控制精度。

拼板划线基本流程如下：板材对接，以基准边对齐施工;距基准边100mm做点，按标准长度做另一点进行设置;宽度方向基准边以直角三角形的三边长度之间的关系计算;确定主板尺寸是否正规，若偏差过大（超过3mm）进行平移;作辅助100mm检验线，确认主板的状态，在允许范围内长切割、短长肉;在长度方向上划横向骨材点（以标准100mm线为基准），曲面板片的外形尺寸仍然是理论尺寸;连接各横向骨材的点，绘制构件线;宽度方向内部点勘划，划纵向构件线;构件的件号、理论线、和焊脚高度做记号;划出焊接保留基准位置线。

3.6焊接工艺对精度的影响

为保证焊接质量、控制焊接变形、提高精度，须制定焊接工艺流程，主要原则如下;

所有焊接应遵循认可的焊接工艺文件，同时应满足《焊接规格表》和图纸的要求， 以控制曲板片焊后变形的现象;焊缝焊接时应根据焊接作业文件要求的先后顺序进行，先焊的焊缝不应对其它焊缝形成刚性约束，CO2手工焊应从中间向两端的退焊法，分中的构件应对称同时焊接;板材的纵向构件角接缝端部预留300mm不焊，便于船台合拢时对接;一些容易变形的部位要进行加强，控制变形，焊接结束后应进行矫正以保证线型的光顺;对应力较大的曲板对接缝，如环形大接缝，焊接过程中不应中断，要求连续完成;应采用低氢焊条焊接或CO2气体保护焊接，焊条的使用指标应符合相关的使用及保管要求。

3.7曲板拼装和构件安装对精度的影响

工人在拼装曲板、安装构件的过程中，操作顺序和方法不当很容易出现精度偏差：

（1）拼板前要检查胎架值，在综合评价易引起焊接变形位置根据经验系数预放反变形约1/1000拼板宽度值;施工人员必须严格按照安装焊接工艺流程操作;做好焊前准备，在潮湿、带锈的情況下焊接很容易出现密集型气孔和夹渣，必须先用焊炬对焊缝进行烘干和清锈工作;对于厚薄板拼板对接时应注意哪一侧表面平齐，厚度差达4mm的板需要削斜过渡;拼板焊接坡口应根据认可的焊接工艺开设，大于一定厚度的板如果不根据规范要求开设坡口进行焊接，会出现不能熔透的现象;在曲板铺好以后，划线工人按照图纸精度要求对曲板片的基准线、结构线进行勘划，用“码”点焊固定，防止移位，保证各列曲板均与胎架贴服;对于用自动焊机施焊的焊缝，在焊接前应在焊缝的始末端安装与焊接母材相同厚度的引弧板和熄弧板，并在引弧板和熄弧板上开坡口，坡口大小与母材相一致，保证过渡区域焊透、成型美观;根据钢板牌号和厚度，选择合理的焊接参数、焊丝和焊剂;确保一切准备工作到位后，再进行拼板焊接;焊接完成后，将焊渣敲除，通过探伤、拍片并检查焊缝质量，发现夹渣、裂纹、气孔、咬边等缺陷应及时进行修补;

（2）曲板拼焊完毕，再检验一下曲板片的成型尺寸，确保尺寸精确后根据拼板划线图上的结构线划线。划线应对切割偏差的直角度、板材拼接时发生焊接收缩及组装精度不合格等问题予以补偿和修正，以确保内部板材尺寸的安装精度;

（3）根据图纸或草图装焊纵横向构件时，因为曲板胎架面一般都是双斜切，必须核对胎架上纵横骨架与曲度板之间的角度，骨材先点焊定位，用临时支撑筋固定牢;

（4）最后焊接连接肘板，装焊完毕后报验，确保曲板的装配精度，如图5所示：

4 结论

笔者以所在单位在建的82000吨散货船某分段的一个典型外板片为例，从曲面片建造过程中易产生精度问题的各个环节进行分析，采取有效措施，使精度得到了有效的控制，加工装配余量从原来的30～50mm减少到10-30mm，钢材的利用率提高0.15%。

参考文献

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