李德派 潘安國

摘 要：“海洋地質(zhì)十號(hào)”調(diào)查船是一艘重量輕、航速快的船舶。該船對(duì)船舶重量控制嚴(yán)格，對(duì)艙室圍壁板選用了厚度為4mm的薄板。薄板變形控制是該船建造的最大難點(diǎn)。本文從薄板建造的各個(gè)環(huán)節(jié)（原材料來貨、數(shù)控下料、拼板、片體制作、薄板加強(qiáng)保型、薄板開孔、薄板吊運(yùn)、薄板火工調(diào)型作業(yè)、焊材選用、焊腳控制等）分析薄板變形的原因和采取的防變形措施，使變形得到了有效控制。

關(guān)鍵詞：薄板；焊接；變形；控制

中圖分類號(hào)：U674.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： The geophysical research vessel “HAIYANGDIZHISHIHAO” is a light， agile and speediness vessel. Because Weight control is strict， tank bulkhead chooses 4 mm plate. Thin plate distortion control is the biggest difficulty of vessel building. This paper analyses the causes of thin plate distortion and explain how to prevent distortion during every phase of thin plate building， including steel plate arrival， numerical control nesting， splicing plate， unit building， reinforcing thin plate， opening hole， lifting， flame Straightening， welding material selection， welding leg controlling in order that the distortion is controlled.

Key words： Thin plate； Welding； Distortion； Control

1 前言

“海洋地質(zhì)十號(hào)”調(diào)查船是我司2016年承建的中國海洋地質(zhì)調(diào)查局的一艘先進(jìn)的科考船。該船船體艙室圍壁全部采用4 mm薄板，全船10 mm以下鋼板占全船結(jié)構(gòu)重量的60%，因此本船是一艘較為典型的薄板船，這也是本船船體建造的最大難點(diǎn)。

薄板剛性差，短時(shí)間內(nèi)易產(chǎn)生塑性變形，長時(shí)間內(nèi)易發(fā)生彎曲變形，受熱影響作用板面易產(chǎn)生波浪變形，同時(shí)板面收縮明顯。

2 薄板變形原因分析

薄板在建造過程中產(chǎn)生變形的主要原因如下：

2.1 吊轉(zhuǎn)運(yùn)變形

包括鋼板從鋼廠來貨、零部件運(yùn)輸、拼板翻身、片體翻身、小中大組立吊裝、總組吊裝直到最后船臺(tái)搭載的整個(gè)過程中中產(chǎn)生的變形。

2.2 裝配變形

由于零部件加工精度存在的誤差、小中大組建造精度的偏差、以及平臺(tái)或胎架不平整造成的裝配變形。

2.3 焊接變形

因裝配間隙超差或焊接操作不當(dāng)造成焊腳過大、以及焊接順序、焊接方法不合理引起的變形。

2.4 火工變形

板面切割動(dòng)火作業(yè)、結(jié)構(gòu)退火松骨和變形矯正過程中，因火工程序和火工方法不當(dāng)引起的變形。

3 薄板施工方案

3.1 薄板精度方案

考慮到薄板受各種熱影響作用（如：切割下料熱影響、焊接熱影響、板架骨材退火松骨、板面變形火工矯正等）板面會(huì)發(fā)生明顯收縮，為減少或避免因板面收縮產(chǎn)生的短尺現(xiàn)象，該項(xiàng)目通過薄板試驗(yàn)并結(jié)合其他船的薄板建造經(jīng)驗(yàn)，在每檔骨材之間加放了1 mm的焊接收縮量；同時(shí)結(jié)合該船4 mm薄板片體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（骨材兩端為削斜節(jié)點(diǎn)，不與上下平臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)位焊接），在片體端部依據(jù)片體長度情況又選擇性的加放了3 mm、5 mm、8 mm的裝配補(bǔ)償量，減少或避免短尺現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.2 零件切割下料及矯平

在眾多薄板變形矯正方法中，對(duì)板面尺寸影響最小又能確保鋼板材質(zhì)不發(fā)生變化的當(dāng)屬機(jī)械矯正。4mm薄板來貨后先送九芯輥輥平消除鋼板熱軋應(yīng)力和來貨轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生的各種變形，再吊上切割平臺(tái)下料，減少薄板切割因變形的存在對(duì)下料精度的影響。

考慮到薄板易產(chǎn)生塑性變形，而數(shù)控等離子切割平臺(tái)的平整度將直接影響薄板切割精度，因此要求切割平臺(tái)每2天進(jìn)行一次整體清理，使局部掛渣嚴(yán)重位置做到及時(shí)清理，確保切割平臺(tái)每6 m范圍內(nèi)水平度控制在±5 mm，減少切割平臺(tái)對(duì)薄板切割下料的精度影響。薄板切割見圖1。

等離子切割作業(yè)屬加熱工作業(yè)，切割過程中零件邊緣受熱會(huì)發(fā)生變形。針對(duì)這一問題，凡不大于8 mm的薄板切割下料后先送九芯輥輥平消除板邊切割熱應(yīng)力，確保板面的平整度，再送往下道工序各工位。薄板矯正見圖2。

3.3 型材下料及矯直

裝配間隙直接影響焊接填充量，間隙越大填充量越大，焊接變形也隨之增大。分析間隙產(chǎn)生的因素主要有：（1）型材不直存在彎曲；（2）板面存在凹凸變形；（3）裝配作業(yè)控制不到位。

為了控制裝配間隙，對(duì)肋骨冷彎機(jī)頂模進(jìn)行了改造，使其滿足薄板區(qū)域小骨材（一般規(guī)格為HP60*5的小球扁鋼）的頂直加工需求，消除來貨變形和切割加熱工作業(yè)產(chǎn)生的變形，確保裝配間隙控制在1 mm以內(nèi)，避免間隙超差的情況出現(xiàn)。型材頂直見圖3。

3.4 薄板加排方案

鑒于薄板片體剛性差、吊運(yùn)過程中集中受力、轉(zhuǎn)運(yùn)過程擺放不平、轉(zhuǎn)運(yùn)顛簸產(chǎn)生的集中受力和焊接熱影響等因素產(chǎn)生的變形，為增強(qiáng)片體剛性減少這些變形的發(fā)生，在片體制作焊前階段實(shí)施薄板加排，提前進(jìn)行干預(yù)補(bǔ)強(qiáng)。加排安裝在結(jié)構(gòu)面（板面區(qū)域長度10mm點(diǎn)焊，空檔部位加連接碼板），約束了因焊接產(chǎn)生的變形，減少板面的自由收縮，減少板邊因板面受熱分布不均勻產(chǎn)生的波浪變形。片體加排見圖4。

分段成形后為減少后續(xù)吊運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的扭曲變形，先確定片體角接部位或?qū)硬课坏木?，再將所有的片體加排連接成整體，提高分段整體剛性。加排連接見圖5。

3.5 薄板制作平臺(tái)改造

薄板在拼板過程中，受埋弧焊機(jī)自重和網(wǎng)格狀胎架影響，薄板板面會(huì)出現(xiàn)跌蕩起伏的現(xiàn)象。根據(jù)薄板試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，薄板在鋼平臺(tái)制作較常規(guī)網(wǎng)格胎架上制作變形要小。對(duì)小組胎架進(jìn)行改造，鋪設(shè)鋼板制作鋼平臺(tái)，確保薄板板面受到均勻的支撐，不會(huì)因集中受力發(fā)生變化。

結(jié)合之前的薄板建造經(jīng)驗(yàn)，分段胎架為普通的活絡(luò)樁胎架（樁距1 m*1 m）時(shí)，胎架板僅受到點(diǎn)支撐，部分強(qiáng)結(jié)構(gòu)下方無支撐點(diǎn)，板面易因受力不均發(fā)生變形，增加后期火工矯正工作量。為避免或減少重力變形及引起的其他變形，薄板分段建造胎架選用了扁鐵圍邊胎架（圍邊布置在強(qiáng)結(jié)構(gòu)下方和胎架四周），確保強(qiáng)構(gòu)件下方均有支撐保持板面平鋪。胎架板上胎后用重塊壓貼并做封胎處理。扁鐵圍邊胎架見圖6，壓胎見圖7。

3.6 薄板焊接的選用

薄板區(qū)域角焊焊腳為4 mm，為加強(qiáng)焊腳尺寸的控制，拼板作業(yè)選用Φ2.5 mm的埋弧焊焊絲，裝配點(diǎn)焊作業(yè)選用規(guī)格為SQJ501 ?1.0 mm藥芯焊絲，平角焊選用SQJ501 Φ1.0 mm的藥芯焊絲，立角焊選用規(guī)格為DW-110EV Φ1.2 mm藥芯焊絲，從焊材源頭控制和減少線能量對(duì)板面的熱影響。

3.7 薄板拼板焊接工藝

針對(duì)薄板切割下料過程中出現(xiàn)的切割自然坡口問題，拼板過程中采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊正面焊接，背面采用埋弧焊焊接，消除自然坡口的影響；拼板引熄弧板選用400 mm*100 mm，寬邊與焊縫垂直安裝，增大板邊約束長度，減少拼板板端“豬嘴”現(xiàn)象；拼板過程板縫兩邊采用重塊壓固，四周卡碼固定，約束板面受熱自由變形；板縫裝配點(diǎn)焊作業(yè)采用Φ10 mm、間距100 mm釘焊，減少點(diǎn)焊長度，增大點(diǎn)焊密度，減少板面焊接過程中的張合，減少單個(gè)點(diǎn)焊熱影響面積。

3.8 骨材安裝與焊接

骨材配料到位后，對(duì)骨材的直線度逐根進(jìn)行檢查，及時(shí)減少或消除型材頂直后的反彈或吊轉(zhuǎn)運(yùn)變形對(duì)后續(xù)裝配間隙的影響。主板四周卡碼固定后，裝配骨材（采用大小Φ10 mm、間距100 mm釘焊）過程中不允許出現(xiàn)強(qiáng)行裝配。裝配完后做好焊前加排處理，骨材邊吊重塊壓固，長度≥600 mm的角焊縫均采用角焊小車焊接。

3.9 吊運(yùn)方式

薄板吊運(yùn)均采用磁力吊，轉(zhuǎn)運(yùn)采用平斗，增大受力面積，減少集中受力。

4 mm薄板片體選用小板夾，板面不允許焊接吊環(huán)，片體吊環(huán)焊接在骨材上或加強(qiáng)材料上，減少板面熱影響變形。

3.10 薄板開孔

以往6 mm薄板現(xiàn)場(chǎng)手工開孔是采用2#割嘴，切割線能量大，板面在受熱過程中易發(fā)生凹凸變形。針對(duì)該問題，船體結(jié)構(gòu)切割選擇了1#割嘴，管系開孔選擇了便攜式等離子切割機(jī)。開孔前在孔邊50 mm范圍內(nèi)先做臨時(shí)加強(qiáng)處理，切割時(shí)使用靠模，提升切割質(zhì)量和效率，減少切割線能量，減少熱影響次數(shù)。

3.11 薄板變形矯正

考慮到片體階段約束較少， 4 mm薄板片體在片體階段不進(jìn)行退火處理，在分段成形后加（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

排連接成整體后再進(jìn)行退火，變形部位優(yōu)先考慮加排處理，必要時(shí)輔以火工矯正，減少火工作業(yè)次數(shù)，減少熱工作業(yè)對(duì)鋼板材質(zhì)的影響。

4 結(jié)束語

（1）通過制定合理的精度方案，從設(shè)計(jì)源頭上避免了后期間隙超差的可能性；

（2）通過對(duì)加工和建造平臺(tái)的改造，解決了薄板板面軟無法平鋪的難題，避免了薄板骨材裝配超差的可能性；

（3）通過制定合理的片體加排補(bǔ)強(qiáng)方案，彌補(bǔ)了薄板剛性不足的弱點(diǎn)，減少了薄板板面變形的產(chǎn)生；

（4）通過選取合適的焊材、合理的裝配工藝和合理的焊接工藝，薄板焊接變形得到了控制；

（5）選取合適的薄板變形矯正時(shí)機(jī)，減少了4 mm薄板火調(diào)次數(shù)，避免了因火調(diào)過多對(duì)鋼板材質(zhì)的破壞和分段精度的影響。

從制作過程和完工質(zhì)量來看，板邊無明顯的波浪變形，板面無明顯的凹凸變形，完全滿足相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，獲得了船東、船檢的高度認(rèn)可。該船薄板變形控制是成功的，為薄板建造積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。