论文部分内容阅读
摘 要：本文研究4000t中薄板公务船船体分段建造精度收缩与翘曲变形，通过分段工艺变形图谱和实际建造测量数据分析，并结合生产施工方便性和精度质量标准要求，制定该船型合理的焊接收縮补偿和翘曲反变形设置，建造出精度合格的分段，减少返工，实现高精度快速搭载。
关键词：焊接补偿；反变形；分段变形图谱；数据分析
中国分类号：U671.4 文献标识码：A
Abstract：This paper studies the manufacture precision， shrinkage and warping deformation of moderately thin plate blocks for 4 000 t official ship. By using block technology deformation graph and the analysis of actual construction measuring dada， this paper proposes the reasonable welding shrinkage compensation and anti- warping deformation arrangement for convenient operation and good precision control standard of block manufacture.
Key words ：Welding compensation；Reversible deformation； Block deformation graph ；Data analysis
1 前言
船体分段建造的精度技术发展大致经历了三个发展阶段：由全船所有零件加放余量，到内部构件无余量，再到分段无余量建造。其中，包括了设备的改进、设计手段的革新等方面，在一定程度上促进了精度技术的发展。但是目前建造的中薄板公务船因缺乏基础数据的积累，分段建造的精度控制措施还是主要依据经验进行粗略的估算，无法通过理论计算方式进行精确的测算。
由于此前建造的产品呈现出多样性，各型船的结构特点、材料都不一样，加上生产过程缺乏统一的监管和各关键工序数据的积累，导致相似产品可以借鉴或参考的意义不大，针对在建4 000 t中薄板公务船进行系统分析，整理出该公务船分段建造焊接收缩与变形的精度设计方案，增强公司建造中薄板公务船的能力。
2 分段建造精度分析与补偿与反变形设计
4 000 t公务船总段建造的基本流程如下：全船按照零件、部件、组件、分段、总段、搭载的顺序逐步开展；底部分段主要由零件、部件在胎架上散装；上半立体分段主要是由部件、组件在胎架上组装；总段主要由上半立体分段与底部分段组装而成。该船建造过程中大量采取部组件的施工方法，故在开展施工策划时，需重点针对此种情况制定相应的施工方案，并提前掌握其收缩变形的规律。
分段焊接总变形的预测方法有多种，但由于目前国内造船现代化程度不高，理论计算法进行精确预测，通过参考工艺手册有关分段焊接变形及公差造船尺寸链的相关内容，由于图谱简化近似计算的方法比较适用于建造技术要求较高、结构较复杂的的船，初步确定该船主要采用此法，然后再利用数据收集进行分析进而优化设计。
经分析对比，根据图谱法初步测算的数据及类似船的建造数据，以最终确定该船的数据，其前提是对比两型船的施工工艺和结构特点。此外，由于分段建造过程中的变形主要是焊接引起的，但在建造过程中会适当采用火工进行矫正，即分段建造过程中的变形主要是由焊接变形和火工矫正变形组成。
现以典型的机舱底部分段（D31）为例，根据试验得出的简单板件焊接变形规律及典型分段的施工工艺，对分段的焊接总变形进行计算。底部分段的施工顺序如下：外底板→纵骨→中龙、旁龙、肋板→内底纵骨→内底板→舷侧纵桁→2甲板与内底板间壁板→2甲板。
根据分段划分图和分段的基本结构：双层底高度H=1 200 mm，分段长度L=1 300 cm，分段半宽B=420 cm。分段正造，对应工艺手册分段装焊工艺规程8号方案：外板装配焊接；内底板装配焊接；安装构架于外板，先焊构架焊缝，再焊构架与外板焊缝；安装内底板分段翻身；焊接内底与构架焊缝。
根据选定的方案8，查找焊接变形图谱，确定分段焊接变形的相对缩短值与曲率，最后根据理论计算公式得出分段焊接总变形的理论数据。
由此，可由图谱查到△t=8.4×10-4、△b=13.2×10-4、C1=9.6×10-6、Cb=9.4×10-4。根据各参数，利用计算公式得出典型底部分段（D31）的总变形如下：
长度收缩：△L=△t×L=8.4×10-4×1 300=1.092 cm；半宽收缩：△B=△b×B=13.2×10-4×420=0.554 cm；长度挠度：F1=C1×L2/8=9.6×10-6×1 3002/8=2.028 cm；
半宽挠度：Fb=Cb×B2/8=9.4×10-4×4202/8=0.207 2 cm。
通过计算得到：分段纵向每米0.8 mm焊接收缩；横向每米1.1 mm焊接收缩；纵向每米1.5 mm的反变形；横向每米0.5 mm反变形的初步方案。
3 实测数据分析
3.1 纵向补偿数据
根据H1185船测量监控数据，分析纵向补偿数据（每米加放2 mm）为表1所列。
3.2 横向补偿数据
根据H1184/1185两艘船底部分段甲板半宽测量数据，分析横向补偿数据（每米加放3 mm），为表2所列。
3.3 纵横向变形数据
根据H1184/1185两艘船底部分段首尾甲板及龙骨高度测量数据，分析纵向向补偿数据（每米加放1 mm），横向未加放，如表3所列。 根据以上数据，结合分段的建造工艺，对类似船分段的建造经验总结如下：
（1）縱向焊接收缩量：分段长度一般在10～14 m范围内，纵向焊接收缩量一般在20～28 mm间，即纵向2.0 mm/m，根据测量数据分析，底部分段实际纵向焊接收缩量仅为加放量的1/3～1/2；上半立体分段实际纵向焊接收缩量较底部分段小，平均加放量为1.19 mm/ m。
（2）横向焊接收缩量：分段半宽一般在5～7 m范围内，横向焊接收缩量一般在4～9 mm间，即横向3.0 mm/m根据测量数据分析，底部分段实际横向焊接收缩量仅为加放量的1/3，平均加放量为0.96 mm/m。
（3）纵横向反变形：底部分段纵向反变形1.0 mm/ m，由检验肋骨线到分段两端加放的纵向龙骨反变形量在6-7 mm间。根据测量数据分析，底部机舱分段纵向反变形实际变形量较大，平均加放量为1.61 mm/m，其他底部分段与原设计补偿相近平均加放量0.95 mm/m；横向反变形甲板四角水平，并除去两端纵向变形值，原设计并未加放，根据测量数据分析，底部分段变形量不大，平均加放量为0.53 mm/m，
4 结论
借鉴前期建造两艘船的变形补偿设计方案，并根据该船确定的分段制作工艺，可以发现型船分段制作采用胎架角钢固定，构件多数采用部件或组件进行施工，各部件或组件完工后均需要进行火工矫正，使得建造实际测量的数据与设计补偿有出入。
从工程建造施工方便和分段建造精度标准要求出发，根据实船建造的经验数据和理论计算，经分析对比，得出该船合理的焊接收缩和变形施放为：
（1）纵向焊接收缩取原经验数据的1/2，即1 mm/m；
（2）底部分段甲板为拼装后分段组立，焊接收缩取原经验数据的1/3，即1 mm/m；
（3）底部分段纵向变形补偿取原经验数据1 mm/m，但机舱段首尾翘曲变形较大，取1.5 mm/m；
（4）由于受外班纵骨焊接退火的收缩影响，横向翘曲变形相互抵消其值，较小，可采取加放0.5 mm/m的补偿。
（5）其他纵骨间距无加放，仅在分段端口余量进行粗略处理，甲板半立体分段为片体组装，翘曲变形可脱胎校正定型，不设反变形值。
参考文献
[1]黄浩主编.船体工艺手册[M].国防工业出版社，1989.
[2]向阳.船体建造精度控制之精度分析研究[C]. 中国造船工程学会学术论文集 ，2011.
[3]CB/T 4000—2005中国造船质量标准[S].
关键词：焊接补偿；反变形；分段变形图谱；数据分析
中国分类号：U671.4 文献标识码：A
Abstract：This paper studies the manufacture precision， shrinkage and warping deformation of moderately thin plate blocks for 4 000 t official ship. By using block technology deformation graph and the analysis of actual construction measuring dada， this paper proposes the reasonable welding shrinkage compensation and anti- warping deformation arrangement for convenient operation and good precision control standard of block manufacture.
Key words ：Welding compensation；Reversible deformation； Block deformation graph ；Data analysis
1 前言
船体分段建造的精度技术发展大致经历了三个发展阶段：由全船所有零件加放余量，到内部构件无余量，再到分段无余量建造。其中，包括了设备的改进、设计手段的革新等方面，在一定程度上促进了精度技术的发展。但是目前建造的中薄板公务船因缺乏基础数据的积累，分段建造的精度控制措施还是主要依据经验进行粗略的估算，无法通过理论计算方式进行精确的测算。
由于此前建造的产品呈现出多样性，各型船的结构特点、材料都不一样，加上生产过程缺乏统一的监管和各关键工序数据的积累，导致相似产品可以借鉴或参考的意义不大，针对在建4 000 t中薄板公务船进行系统分析，整理出该公务船分段建造焊接收缩与变形的精度设计方案，增强公司建造中薄板公务船的能力。
2 分段建造精度分析与补偿与反变形设计
4 000 t公务船总段建造的基本流程如下：全船按照零件、部件、组件、分段、总段、搭载的顺序逐步开展；底部分段主要由零件、部件在胎架上散装；上半立体分段主要是由部件、组件在胎架上组装；总段主要由上半立体分段与底部分段组装而成。该船建造过程中大量采取部组件的施工方法，故在开展施工策划时，需重点针对此种情况制定相应的施工方案，并提前掌握其收缩变形的规律。
分段焊接总变形的预测方法有多种，但由于目前国内造船现代化程度不高，理论计算法进行精确预测，通过参考工艺手册有关分段焊接变形及公差造船尺寸链的相关内容，由于图谱简化近似计算的方法比较适用于建造技术要求较高、结构较复杂的的船，初步确定该船主要采用此法，然后再利用数据收集进行分析进而优化设计。
经分析对比，根据图谱法初步测算的数据及类似船的建造数据，以最终确定该船的数据，其前提是对比两型船的施工工艺和结构特点。此外，由于分段建造过程中的变形主要是焊接引起的，但在建造过程中会适当采用火工进行矫正，即分段建造过程中的变形主要是由焊接变形和火工矫正变形组成。
现以典型的机舱底部分段（D31）为例，根据试验得出的简单板件焊接变形规律及典型分段的施工工艺，对分段的焊接总变形进行计算。底部分段的施工顺序如下：外底板→纵骨→中龙、旁龙、肋板→内底纵骨→内底板→舷侧纵桁→2甲板与内底板间壁板→2甲板。
根据分段划分图和分段的基本结构：双层底高度H=1 200 mm，分段长度L=1 300 cm，分段半宽B=420 cm。分段正造，对应工艺手册分段装焊工艺规程8号方案：外板装配焊接；内底板装配焊接；安装构架于外板，先焊构架焊缝，再焊构架与外板焊缝；安装内底板分段翻身；焊接内底与构架焊缝。
根据选定的方案8，查找焊接变形图谱，确定分段焊接变形的相对缩短值与曲率，最后根据理论计算公式得出分段焊接总变形的理论数据。
由此，可由图谱查到△t=8.4×10-4、△b=13.2×10-4、C1=9.6×10-6、Cb=9.4×10-4。根据各参数，利用计算公式得出典型底部分段（D31）的总变形如下：
长度收缩：△L=△t×L=8.4×10-4×1 300=1.092 cm；半宽收缩：△B=△b×B=13.2×10-4×420=0.554 cm；长度挠度：F1=C1×L2/8=9.6×10-6×1 3002/8=2.028 cm；
半宽挠度：Fb=Cb×B2/8=9.4×10-4×4202/8=0.207 2 cm。
通过计算得到：分段纵向每米0.8 mm焊接收缩；横向每米1.1 mm焊接收缩；纵向每米1.5 mm的反变形；横向每米0.5 mm反变形的初步方案。
3 实测数据分析
3.1 纵向补偿数据
根据H1185船测量监控数据，分析纵向补偿数据（每米加放2 mm）为表1所列。
3.2 横向补偿数据
根据H1184/1185两艘船底部分段甲板半宽测量数据，分析横向补偿数据（每米加放3 mm），为表2所列。
3.3 纵横向变形数据
根据H1184/1185两艘船底部分段首尾甲板及龙骨高度测量数据，分析纵向向补偿数据（每米加放1 mm），横向未加放，如表3所列。 根据以上数据，结合分段的建造工艺，对类似船分段的建造经验总结如下：
（1）縱向焊接收缩量：分段长度一般在10～14 m范围内，纵向焊接收缩量一般在20～28 mm间，即纵向2.0 mm/m，根据测量数据分析，底部分段实际纵向焊接收缩量仅为加放量的1/3～1/2；上半立体分段实际纵向焊接收缩量较底部分段小，平均加放量为1.19 mm/ m。
（2）横向焊接收缩量：分段半宽一般在5～7 m范围内，横向焊接收缩量一般在4～9 mm间，即横向3.0 mm/m根据测量数据分析，底部分段实际横向焊接收缩量仅为加放量的1/3，平均加放量为0.96 mm/m。
（3）纵横向反变形：底部分段纵向反变形1.0 mm/ m，由检验肋骨线到分段两端加放的纵向龙骨反变形量在6-7 mm间。根据测量数据分析，底部机舱分段纵向反变形实际变形量较大，平均加放量为1.61 mm/m，其他底部分段与原设计补偿相近平均加放量0.95 mm/m；横向反变形甲板四角水平，并除去两端纵向变形值，原设计并未加放，根据测量数据分析，底部分段变形量不大，平均加放量为0.53 mm/m，
4 结论
借鉴前期建造两艘船的变形补偿设计方案，并根据该船确定的分段制作工艺，可以发现型船分段制作采用胎架角钢固定，构件多数采用部件或组件进行施工，各部件或组件完工后均需要进行火工矫正，使得建造实际测量的数据与设计补偿有出入。
从工程建造施工方便和分段建造精度标准要求出发，根据实船建造的经验数据和理论计算，经分析对比，得出该船合理的焊接收缩和变形施放为：
（1）纵向焊接收缩取原经验数据的1/2，即1 mm/m；
（2）底部分段甲板为拼装后分段组立，焊接收缩取原经验数据的1/3，即1 mm/m；
（3）底部分段纵向变形补偿取原经验数据1 mm/m，但机舱段首尾翘曲变形较大，取1.5 mm/m；
（4）由于受外班纵骨焊接退火的收缩影响，横向翘曲变形相互抵消其值，较小，可采取加放0.5 mm/m的补偿。
（5）其他纵骨间距无加放，仅在分段端口余量进行粗略处理，甲板半立体分段为片体组装，翘曲变形可脱胎校正定型，不设反变形值。
参考文献
[1]黄浩主编.船体工艺手册[M].国防工业出版社，1989.
[2]向阳.船体建造精度控制之精度分析研究[C]. 中国造船工程学会学术论文集 ，2011.
[3]CB/T 4000—2005中国造船质量标准[S].