張　帆　陳　勝　李靈生

（廣船國際制造部）

廈大科考船設(shè)備地腳螺栓安裝精度控制

張帆陳勝李靈生

（廣船國際制造部）

本文詳細(xì)闡述了廈大科考船地腳螺栓安裝精度控制方法，針對此船地腳螺栓安裝精度高、數(shù)量多等特點，進(jìn)行詳細(xì)的前期策劃，分析了各個施工階段可能會影響安裝精度的因素，逐條進(jìn)行了優(yōu)化并制定詳細(xì)過程控制措施。為后續(xù)此類特種船舶建造安裝提供了參考。

地腳螺栓 精度控制 過程控制

0　前言

廈大科考船是一艘滿足深海海洋科學(xué)多學(xué)科交叉研究需求的現(xiàn)代化海洋科學(xué)綜合考察船，可對近海淺水區(qū)、大陸架及全球各大洋進(jìn)行廣泛的科學(xué)考察活動?；诖舜猛疽虼舜虾罄m(xù)需要安裝許多科學(xué)考察設(shè)備，設(shè)備的安裝靠甲板上安裝的地腳螺栓來進(jìn)行固定。本船共設(shè)置地腳螺栓1 568個，呈610×610 mm均勻布置，分布于主甲板、平臺甲板、01甲板和02甲板。其中直徑為30 mm的M12型螺栓約660個，直徑為

地腳螺栓為滿足設(shè)備的安裝要求，其安裝間距須控制在610±1.5mm范圍內(nèi)。對于精度要求高且安裝數(shù)量大的情況，在我公司較少遇見。而且1.5 mm的公差對于船體的裝配和焊接精度而言要求偏高，若不能保證安裝精度將導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備無法進(jìn)行準(zhǔn)確定位安裝。因此在各個工序控制安裝精度成為船體與分段螺栓安裝工作重中之重。本文從各個階段闡述分析過程精度控制，細(xì)化每一步的工作確保地腳螺栓的安裝精度。60 mm的M24型螺栓約908個。地腳螺栓為不銹鋼材質(zhì)，與甲板采用普通填角焊或?qū)雍高B接，焊材采用309不銹鋼焊絲或焊條。

1　前期策劃

后續(xù)施工能不能順利進(jìn)行與前期的策劃密切相關(guān)。如果沒有做好策劃按照常規(guī)零部件進(jìn)行安裝，沒有對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理，輕則導(dǎo)致安裝工作被動，不斷出現(xiàn)返工，浪費人工、材料，施工成本升高，周期增長；重則導(dǎo)致大面積換板重新下料，影響船舶建造周期。因此認(rèn)真對建造的每一個過程制定相應(yīng)的精度控制措施顯得十分重要。

圖1　嵌入式螺柱平齊甲板非理論面

本船螺栓連接共有兩種形式，一種是嵌入式螺栓平齊甲板非理論面（甲板正面），一種是嵌入式螺栓凸出甲板非理論面，具體節(jié)點見圖1和圖2。前期通過實驗采用螺栓直接安裝精度無法保證且焊接容易導(dǎo)致螺栓變形，因此船安裝時將用實心螺柱代替螺栓，待到大合攏階段再進(jìn)行鉆孔及螺紋加工。

圖2　嵌入式螺柱凸出甲板非理論面

針對地腳螺栓的連接形式以及安裝精度要求我們研究策劃了以下幾點工藝措施：①首先必須保證螺柱與肘板的組裝進(jìn)度，以滿足安裝要求；②提高下料開孔尺寸及拼板精度，使螺柱孔間距達(dá)到安裝要求；③控制中合攏階段分段建造精度，以保證甲板水平及結(jié)構(gòu)垂直度；④制定工藝措施，保證組裝螺柱的安裝間距滿足公差要求。

2　影響安裝精度的因素分析

2.1組裝精度

螺柱的組裝直接影響后續(xù)安裝精度，尺寸為100×100 mm的連接肘板下料采用光蹤機下料，肘板尺寸小且存在多處折角，下料后很難保證邊緣尺寸精度，如果將螺柱與肘板直接組裝精度將無法滿足要求。若制作一個組裝工裝可以使得組裝之后的肘板與螺柱能達(dá)到我們的精度要求。

2.2下料與拼板

由于甲板上的安裝孔在下料時已經(jīng)開設(shè)，因此拼板時必須保證拼板縫兩端的開孔間距?？紤]等離子切割機下料時板材會存在自然坡口，拼板時拼板縫會存在一定的間隙影響安裝間距，這需要對板材下料進(jìn)行優(yōu)化避免間隙超大，并對拼板制定相應(yīng)控制措施。

2.3分段精度

分段制作精度水平直接影響螺柱的安裝精度，如果分段甲板水平以及與肘板焊接的結(jié)構(gòu)安裝精度差，將導(dǎo)致螺柱安裝之后存在垂直度差、間距超大等問題。因此在制作階段時需對分段制作制定相應(yīng)精度控制措施，使得分段最終精度滿足螺柱的安裝。

2.4螺柱組件安裝精度

螺柱組件安裝時前期幾道工序的誤差會累積到最后組件的安裝階段，如拼板后間距誤差、螺柱組裝時存在的誤差等。我們需要控制整體螺柱間距符合公差要求，即任意相鄰的四個螺柱間距都需要符合公差要求。這就需要對甲板開孔中心間距進(jìn)行二次劃線檢查，同時做好螺柱安裝時螺柱間距的實時檢查和修正。

3　制定精度控制措施

圖3　安裝螺柱與連接肘板工裝

3.1螺柱組裝精度控制

根據(jù)螺柱與肘板的連接形式和尺寸類似性的特點，可以制作一專用工裝保證肘板與螺柱的安裝精度。根據(jù)連接肘板與螺柱的連接形式，制作的工裝應(yīng)滿足以下幾點要求：①保證連接肘板垂直于螺柱；②保證連接肘板板厚中心剖面過螺柱中心線；③控制螺柱與連接肘板的相對高度；④工裝要有足夠的強度，不會因裝配電焊時因連接肘板受力而變形。根據(jù)以上幾點要求設(shè)計出如圖3所示的工裝。工裝制作要求如下：a.工裝采用尺寸為150×150×30 mm的不銹鋼鋼板，采用機加工方式進(jìn)行制作；b.根據(jù)螺柱的外徑尺寸Φ+0.5mm進(jìn)行開孔，深度小于25 mm。用以保證螺柱垂直度和起固定螺柱作用；c.開設(shè)連接肘板安裝卡槽位，深度等于螺柱開孔深度減肘板與螺柱的高度差，寬度比肘板板厚大0.5 mm，以保證連接肘板與螺柱的高度差；d.在距螺柱開孔50 mm處的開槽位兩側(cè)安裝兩不銹鋼立方體，用以保證連接肘板的安裝垂直度，不銹鋼立方體距螺柱距離50 mm便于組裝時焊接連接肘板與螺柱。

3.2下料拼板精度控制

由于甲板上的安裝孔在下料時已經(jīng)開設(shè)，因此拼板時必須保證拼板縫處的開孔間距?？紤]等離子切割機下料時板材會存在自然坡口，拼板時拼板縫會存在一定的間隙。因此在下料時要求對拼板縫斷口單件板多修割1 mm，以保證拼板時開孔間距能保證在公差范圍內(nèi)。

在對甲板進(jìn)行拼板時，首先檢查來料每件板幅的平整度。對于板材平整度不符合要求的需要進(jìn)行矯正后方可進(jìn)行拼板。拼板時檢查板縫處開孔間距保證跨板縫兩孔之間的間距為611 mm，用以抵消拼板縫焊接時的焊接收縮量。同時檢查垂直于拼板縫方向上安裝孔的直線度，保證開孔在拼板縫方向沒有錯位。

在拼板時需規(guī)范作業(yè)流程以保證拼板完成后甲板的平整度。為此我們提出以下要求：①引熄弧板規(guī)范安裝，并且采取壓鐵、槽鋼、七字碼或卡碼尖平等方式保證與平臺固定好，防止板縫端部上翹變型；②認(rèn)真做好焊前清渣除銹等準(zhǔn)備工作，控制拼板間隙，避免焊縫出現(xiàn)缺陷而導(dǎo)致返修；③拼板后的板幅適當(dāng)保留端部加強，防止轉(zhuǎn)運過程中產(chǎn)生變形。

3.3中合攏分段制作精度控制

螺柱在分段制作完成出胎之后進(jìn)行安裝，這就需要在制作時控制球扁鋼安裝的垂直度以及甲板的水平度。在控制球扁鋼安裝垂直度方面作出以下要求：①在進(jìn)行球扁鋼裝配作業(yè)時需用新直角卡尺檢查球扁鋼的裝配垂直度；②在進(jìn)行球扁鋼角焊縫焊接過程中應(yīng)用角焊機在球扁鋼兩側(cè)同時燒焊，同時應(yīng)控制好焊接的電流電壓。減少焊接引起的角變形；③完成角焊縫焊接后需要用直角尺重新核查球扁鋼垂直度。在控制甲板平整度方面要求：①需嚴(yán)格按照胎架圖進(jìn)行布樁；②甲板斷口以及部分開孔周圍需進(jìn)行槽鋼保型加強；③結(jié)構(gòu)與甲板的角焊縫焊接時應(yīng)控制焊接電流電壓減少變形；④分段出胎后需對甲板進(jìn)行背燒退火處理，對于局部變形的需要進(jìn)行火工矯正。

3.4螺柱組件安裝精度控制

分段出胎后螺柱組件安裝的精度的控制關(guān)系著最終的精度效果。如果在這個階段沒有得到有效控制則將導(dǎo)致需要更換螺柱的返工，而這很可能傷及甲板板材，造成甲板的局部換板。這不僅浪費了大量的人力物力，而且嚴(yán)重影響了分段的制作周期，間接影響了分段后期上船臺的進(jìn)度。因此在這個階段安裝每一個螺柱都必須核對其相鄰螺柱間距是否滿足精度要求。

3.4.1甲板開孔中心修正

分段完工出胎后嚴(yán)格按照分段堆放工藝進(jìn)行放置，避免因堆放不合理而影響甲板的水平度。甲板上已開孔的開孔間距在下料時放有1mm的補償量，螺柱開孔間距為611 mm?，F(xiàn)場需要對開孔中心按照610 mm的開孔間距進(jìn)行二次劃線，這會出現(xiàn)新的開孔中心線與甲板上已開孔的中心存在一定的偏差，需要按照新的劃線修正原有的開孔。為減少對開孔的修正工作，二次劃線的基準(zhǔn)需從甲板開孔區(qū)域的中間選橫縱各一列開孔的中心線作為基準(zhǔn)，按照610 mm的間距往首尾、兩側(cè)劃線。劃線時應(yīng)注意現(xiàn)場彈線的寬度不能過粗、間距不能過大，盡量減少劃線導(dǎo)致的誤差。對于部分開孔中心與二次劃線中心存在偏差時，現(xiàn)場對開孔邊緣進(jìn)行修正時不能采用氣割的方法進(jìn)行修正，應(yīng)用圓頭打磨機進(jìn)行打磨修正。避免過度修割開孔邊緣從而增加后續(xù)焊縫寬度。

3.4.2螺柱組件安裝

經(jīng)過仔細(xì)的研究對嵌入式螺栓凸出甲板非理論面這種形式，通過制作另一專用工裝來提高安裝效率和精度。具體如圖4所示工裝。

圖4　螺柱安裝工裝

該組裝工裝有以下幾個特點：①利用4個間距為610 mm的螺柱套管，保證螺柱組件安裝時的間距；②為保證使用過程中保持610 mm的間距，在直角位增加斜撐保證強度；③螺柱突出甲板部分使用工裝時需要倒裝，為增加現(xiàn)場使用的便利，在支撐臂上增加磁鐵用于吸附在甲板面，便于現(xiàn)場操作。

圖5　裝配焊接示意圖

對于嵌入式螺栓平齊甲板非理論面這種形式該工裝不適用，需要現(xiàn)場逐一進(jìn)行安裝，這需要在裝配和電焊時時刻檢查螺柱中心間距。在進(jìn)行螺柱裝配作業(yè)時應(yīng)注意以下幾點：①安裝時用直角尺檢查螺柱的垂直度；②保證螺柱中心與甲板上二次劃線的中心重合；③在對螺柱進(jìn)行電焊時需要在螺柱四周對稱進(jìn)行電焊固定，避免螺柱發(fā)生偏移；④檢查螺柱與甲板的節(jié)點是否滿足要求。焊接過程中應(yīng)配備直角尺便于邊焊接邊檢查螺柱垂直度，同時在甲板非結(jié)構(gòu)面應(yīng)檢查螺柱中心的偏移情況，發(fā)現(xiàn)中心偏移的應(yīng)及時調(diào)整焊接位置糾正焊接變形。見圖5。

4　實施

通過以上的策劃，在后續(xù)的施工過程中嚴(yán)格按照制定的精度控制措施進(jìn)行施工，目前在中合攏階段六百余個螺柱已順利安裝完成。在這個過程中無論是從下料還是到最后的裝配電焊都積累寶貴的經(jīng)驗，為后續(xù)大合攏的安裝提供了參考。

5　結(jié)束語

科考船上如此多地腳螺栓的安裝，且精度要求高，這對于船廠而言是一個挑戰(zhàn)。采用實心螺柱能安裝成功，為我們后續(xù)建造其它特種船舶提供了寶貴的經(jīng)驗，在中合攏階段完成毫米級精度控制，證明中合攏在精度控制方面向前邁進(jìn)了一步。

[1]《船體工藝手冊》（修訂本），黃浩主編，國防工業(yè)出版社；

[2] 中國船級社CCS [鋼質(zhì)海船入級及建造規(guī)范]（2001）第

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.03.007

張 帆（1972--），男，工程師，船舶建造。陳 勝（1985--），男，助理工程師，船舶建造。李靈生（1980--），男，工程師，船舶建造。

（2016-1-7）