能编制船台大合拢的焊接工艺方案.ppt

船舶结构焊接工艺编制武汉船舶职业技术学院船舶工程系蔡志伟2008年10月项目六、船舶总装、合拢工艺编制一、知识目标一、知识目标1掌握分段总段、船台大合拢的装焊工艺要求；2掌握分段总段、船台大合拢装焊焊接变形的预防与控制；3掌握总装、合拢的装焊工艺方案的编制方法。二、能力目标二、能力目标1能提出总装，大合拢现场的装焊工艺装备；能提出总装，大合拢现场的装焊工艺装备；2能编制船坞总装的焊接工艺方案；能编制船坞总装的焊接工艺方案；3能编制船台大合拢的焊接工艺方案。能编制船台大合拢的焊接工艺方案。课次22 第五节船体焊接变形及预防一、一、知识目标1掌握分段总段、船台大合拢的焊接变形特征；2掌握分段总段、船台大合拢装焊焊接变形的预防；3掌握总装、合拢的装焊噶不接变形的矫正工艺方案。二、能力目标1能提出总装，大合拢的焊接变形的关键特征点；2能编制总段、船台大合拢装焊焊接变形的预案；3能编制总段、船台大合拢装焊焊接变形的矫正方案。一、船体变形的原因一、船体变形的原因船舶在船台上建造时，其变形也具有一定的特点。例如，船体龙骨线船舶在船台上建造时，其变形也具有一定的特点。例如，船体龙骨线向下挠弯，而首尾端向上翘曲；船体首尾上翘及大接缝处的横向收缩，向下挠弯，而首尾端向上翘曲；船体首尾上翘及大接缝处的横向收缩，形成船舶总长度缩短，此外还有船体中纵剖面的左右变形。究其变形形成船舶总长度缩短，此外还有船体中纵剖面的左右变形。究其变形原因，大致为：原因，大致为：1船舶首尾上翘的原因船舶首尾上翘的原因（1）由于船底结构较强，故船体的中和轴位置偏于船底，而大部分焊）由于船底结构较强，故船体的中和轴位置偏于船底，而大部分焊缝缝(包括上层建筑和舾装件等焊缝包括上层建筑和舾装件等焊缝)却又分布在中和轴上侧，焊接后使却又分布在中和轴上侧，焊接后使船体上部受到压缩应力，导致整个船体产生两端上翘的变形。船体上部受到压缩应力，导致整个船体产生两端上翘的变形。（2）位于中和轴上侧的甲板结构较船底为弱，特别是上层建筑的板材）位于中和轴上侧的甲板结构较船底为弱，特别是上层建筑的板材较薄，焊后变形大，火工矫正工作量也大。造成较大的收缩，增大了较薄，焊后变形大，火工矫正工作量也大。造成较大的收缩，增大了船体的上翘。一般来说，火工轿正所引起的船体总变形比焊后收缩所船体的上翘。一般来说，火工轿正所引起的船体总变形比焊后收缩所引起的更大。引起的更大。（3）一般船体中间的重量较大而两端较轻）一般船体中间的重量较大而两端较轻(尾机型船除外尾机型船除外)，更易形成，更易形成两端上翘。两端上翘。2船舶总长缩短的原因船舶总长缩短的原因（1）由于横向大接缝焊后收缩以及首尾上翘而）由于横向大接缝焊后收缩以及首尾上翘而形成的总长缩短。形成的总长缩短。（2）分段余量不足。）分段余量不足。（3）分段大接缝的凹凸变形）分段大接缝的凹凸变形如图如图10-34所示，船体接缝，特别是大接缝，因所示，船体接缝，特别是大接缝，因焊接收缩变形，型线曲率有缓坦的趋势。一般正焊接收缩变形，型线曲率有缓坦的趋势。一般正圆势接缝焊接后，型线向内凹进，反圆势焊缝则圆势接缝焊接后，型线向内凹进，反圆势焊缝则向外凸出。向外凸出。二、船体变形的预防措施二、船体变形的预防措施在船体建造过程中，避免和减少船体总变形是一个重要的问题。在船体建造过程中，避免和减少船体总变形是一个重要的问题。一般所用的预防措施有以下几种：一般所用的预防措施有以下几种：1船底基线预放反变形：船底基线预放反变形是以底部奠基分段为基船底基线预放反变形：船底基线预放反变形是以底部奠基分段为基准，向首尾逐段由小至大放低一定的反变形。其数值大小可根据经验以准，向首尾逐段由小至大放低一定的反变形。其数值大小可根据经验以光顺曲线作出，并且要考虑施工的可能性。光顺曲线作出，并且要考虑施工的可能性。预放反变形应在第一艘船舶建造的基础上，进行测量得出数据，那么在预放反变形应在第一艘船舶建造的基础上，进行测量得出数据，那么在以后建造同类型船舶时，则需在相同的施工条件下预放由上艘船测得的以后建造同类型船舶时，则需在相同的施工条件下预放由上艘船测得的反变形数值，才比较可靠。一般反变形数值如下：反变形数值，才比较可靠。一般反变形数值如下：（1）塔式法建造时的反变形值：大船的上层建筑钢板较）塔式法建造时的反变形值：大船的上层建筑钢板较厚，火工矫正量少，相应变形也小，可取为厚，火工矫正量少，相应变形也小，可取为L2000；而；而中小型船舶可取为中小型船舶可取为L1000。L是首尾端间的最大水平距是首尾端间的最大水平距离离(总长总长)。（2）总段建造时的反变形值；对中小型船舶，每）总段建造时的反变形值；对中小型船舶，每l0m长长内放内放-6-l0mm(向下加放向下加放)；对大型船舶，每；对大型船舶，每l0m长内放长内放-5-8mm(向下加放向下加放)。（3）船体反变形法）船体反变形法反变形法是使焊后变形被反变形所抵消而达到防止焊接残反变形法是使焊后变形被反变形所抵消而达到防止焊接残余变形的一种积极办法。其关键是在实践中积累和掌握变余变形的一种积极办法。其关键是在实践中积累和掌握变形的规律和变形的大小。形的规律和变形的大小。反变形实例。反变形实例。1）例如，某）例如，某13000吨化学品吨化学品/油船，一开始在运用埋弧自动焊进油船，一开始在运用埋弧自动焊进行平板对接时常发生变形如图行平板对接时常发生变形如图1。查明原因后采用反变形法进行纠正，。查明原因后采用反变形法进行纠正，效果显著，如图效果显著，如图2。2）双层底分段沿长度方向的首尾上翘变形及沿纵向作出的反变）双层底分段沿长度方向的首尾上翘变形及沿纵向作出的反变形示意图。形示意图。通常，当分段长度通常，当分段长度L8m时，可不预作反变形；时，可不预作反变形；当分段长度当分段长度L=812m时，则作反变形值时，则作反变形值Y=2/1000Lx；当分段长度当分段长度L12m时，则作反变形值时，则作反变形值Y=1.5/1000Lx。式中，式中，Lx为放变形值处至为放变形值处至1/2L（分段长）之间的距离（分段长）之间的距离。3）例如，某）例如，某720TEU集装箱船，分段长度为集装箱船，分段长度为10m，于是作胎架，于是作胎架反变形值反变形值8mm，在长度方向的收缩余量用加大每档肋骨间距，在长度方向的收缩余量用加大每档肋骨间距1mm来来解决。分段建造完工后经外形数据测量，结果正常。解决。分段建造完工后经外形数据测量，结果正常。（4）在船台合拢中，船体经焊接以后引起收缩变形，往往产生总在船台合拢中，船体经焊接以后引起收缩变形，往往产生总长缩短以及二端上翘现象。长缩短以及二端上翘现象。实船建造中，为克服这种纵向弯曲变形，通常采用反变形法，实船建造中，为克服这种纵向弯曲变形，通常采用反变形法，如图如图4所示。所示。例例1，某，某12000吨系列油船在船台合拢时考虑了首尾上翘因素，并吨系列油船在船台合拢时考虑了首尾上翘因素，并借鉴了之前建造同类型船舶的实测数据，采用的反变形值最大处达借鉴了之前建造同类型船舶的实测数据，采用的反变形值最大处达50mm，效果很好，最后主尺度和船底挠度测量值精度很高，都能满，效果很好，最后主尺度和船底挠度测量值精度很高，都能满足规范要求。足规范要求。例例2,船台装配时，由于船体中和轴偏于船底部，而此时船体中的船台装配时，由于船体中和轴偏于船底部，而此时船体中的大部分焊缝及甲板以上所有结构焊缝都位于中和轴之上，焊接后船体大部分焊缝及甲板以上所有结构焊缝都位于中和轴之上，焊接后船体产生向上翘起的变形。此外，上层建筑多位薄壁结构，容易产生波浪产生向上翘起的变形。此外，上层建筑多位薄壁结构，容易产生波浪变形，为消除波浪变形而采用火焰矫正，这部分热量的加入更加剧了变形，为消除波浪变形而采用火焰矫正，这部分热量的加入更加剧了船体的上翘。这时采用龙骨线反变形法消除船体上翘非常有效，如图船体的上翘。这时采用龙骨线反变形法消除船体上翘非常有效，如图36所示。反变形的数值可根据经验，用光顺曲线作出。一般采用所示。反变形的数值可根据经验，用光顺曲线作出。一般采用的经验数据为：总段建造时，每米长放的经验数据为：总段建造时，每米长放-1mm（适用于中小船舶，负（适用于中小船舶，负号表示反变形向下）。塔式或岛式建造时，每米船长放号表示反变形向下）。塔式或岛式建造时，每米船长放0.50.8mm（适用于大型船舶）；对于具有长上层建筑及长护舷材的船（适用于大型船舶）；对于具有长上层建筑及长护舷材的船舶，反变形数值应加大。舶，反变形数值应加大。2为了保证船体总长度，在大接缝处的肋骨间距可适当加大，以抵消焊接后为了保证船体总长度，在大接缝处的肋骨间距可适当加大，以抵消焊接后船体总长的缩短。横骨架式船体大接缝肋距，可放船体总长的缩短。横骨架式船体大接缝肋距，可放+5+l0mm,纵骨架式船体纵骨架式船体大接缝肋距。可放大接缝肋距。可放+10+20mm。一般分段之间的接缝。一般分段之间的接缝(纵向纵向)可放可放+5mm。3提高装配质量。严格控制各分段对接缝间隙、构件连接间隙和焊缝坡口的提高装配质量。严格控制各分段对接缝间隙、构件连接间隙和焊缝坡口的大小，它们必须符合工艺要求，避免由于过大的装配间隙而增大焊接变形的大小，它们必须符合工艺要求，避免由于过大的装配间隙而增大焊接变形的数值。数值。4严格遵守工艺规程。包括船台装配与焊接的先后程序及其工艺要求，减少严格遵守工艺规程。包括船台装配与焊接的先后程序及其工艺要求，减少由于安装程序不当而增大船体变形。此外，还必须保证正确的焊缝规格，过由于安装程序不当而增大船体变形。此外，还必须保证正确的焊缝规格，过大的焊脚尺度，既浪费焊条，又造成不必要的额外变形。同时，分段在吊上大的焊脚尺度，既浪费焊条，又造成不必要的额外变形。同时，分段在吊上船台前，应将能进行的焊接工作尽量完成。并将分段矫正好，以减少船台上船台前，应将能进行的焊接工作尽量完成。并将分段矫正好，以减少船台上因焊接与矫正工作量增多而引起的变形。因焊接与矫正工作量增多而引起的变形。5采取必要的工艺措施。如为了防止船体首尾上翘，可采取必要的工艺措施。如为了防止船体首尾上翘，可在首尾分段上压重物，井在首尾分段下面用松紧螺旋扣与在首尾分段上压重物，井在首尾分段下面用松紧螺旋扣与船台上的拉桩固定，即用强制的方法来减少船体上翘变形船台上的拉桩固定，即用强制的方法来减少船体上翘变形的数值。各分段在船台进行对接焊时，可用各种马板加强的数值。各分段在船台进行对接焊时，可用各种马板加强(见图见图10-36)，或采用水火弯板法。，或采用水火弯板法。6改进建造工艺。尽可能减少船台焊接工作量，扩大分改进建造工艺。尽可能减少船台焊接工作量，扩大分段施工范围，采用自动焊、半自动焊、气体保护焊等焊接段施工范围，采用自动焊、半自动焊、气体保护焊等焊接工艺，提高焊缝质量，减少焊缝返修量，以达到减小船体工艺，提高焊缝质量，减少焊缝返修量，以达到减小船体总变形的目的。总变形的目的。一、知识目标一、知识目标1掌握分段总段、船台大合拢的吊运与翻身特点；掌握分段总段、船台大合拢的吊运与翻身特点；2掌握分段总段、船台大合拢吊运工艺方案；掌握分段总段、船台大合拢吊运工艺方案；3掌握分段、总段的翻身工艺方案。掌握分段、总段的翻身工艺方案。二、能力目标二、能力目标1能提出总装，大合拢的吊运与翻身的关键特征点；能提出总装，大合拢的吊运与翻身的关键特征点；2能编制总段、船台大合拢吊运的方案；能编制总段、船台大合拢吊运的方案；3能编制分段、总段翻身的方案。能编制分段、总段翻身的方案。第六节分段和总段的吊运与翻身第六节分段和总段的吊运与翻身 一一分段和总段吊运翻身概述分段和总段吊运翻身概述分段和总段的吊运与翻身是船体建造过程中的一项重要工作。分段和总段的吊运与翻身是船体建造过程中的一项重要工作。在分段和总段吊运翻身过程中，一般要考虑以下几方面的问题：在分段和总段吊运翻身过程中，一般要考虑以下几方面的问题：(1)分段和总段的加强措施；分段和总段的加强措施；(2)分段和总段重量大小分段和总段重量大小(包括舾装件与加强材包括舾装件与加强材)及吊车的许可负荷；及吊车的许可负荷；(3)吊运翻身方式；吊运翻身方式；(4)吊环数量、强度及其安装位置；吊环数量、强度及其安装位置；(5)钢索的许可负荷和钢索间的夹角。钢索的许可负荷和钢索间的夹角。二二分段和总段的加强措施分段和总段的加强措施三三分段和总段重量大小及吊车许可负荷分段和总段重量大小及吊车许可负荷四四吊运翻身方式吊运翻身方式五五吊环数量及其安装位置吊环数量及其安装位置六、钢索的许可负荷和钢索间的夹角六、钢索的许可负荷和钢索间的夹角 一、概一、概述述船体建造精度控制技术的理论基础是数理统计、尺寸链理论；技术核心是尺寸补偿量的加放；管理内容是健全精度保证体系、建立精度管理制度、完善精度检测手段与方法、提出精度控制目标、确定精度计划、制订预防尺寸偏差的工艺技术措施等。(一)精度控制技术研究与应用的现实意义 (1)船舶精度控制技术是转换造船模式，实现壳舾涂一体化的基础之一，只有该项技术的实施才能保证其他相关技术的应用。如先吊主机后镗管技术、上层建筑整体吊装技术、泵舱底部全幅总组技术、机舱盆舾装技术、管系单元预舾装技术等。这些先进技术均建立在船舶精度控制技术的研究与应用基础上，只有船舶建造精度达到了一定的水平，其他各项技术的实施才能够得以发展并在实船建造中应用。(2)船舶精度控制技术是缩短造船周期、提高质量、降低成本、提高我国造船业在国际船舶市场上竞争能力的重要手段之一。第七节船体建造精度控制技术第七节船体建造精度控制技术(3)船舶精度控制技术可以辅助拓宽船舶市场的开发。如：我国目前已具备承接超大型油轮VLCC与超大型货船VLOC、超大型集装箱船、LNG和LPG液化气船等的能力，但由于精度控制技术与先进国家差距较大，诸多项目都是由于建造技术(含精度控制技术)达不到设计要求而导致建造周期拖延、质量下降而失去市场上的竞争能力。因此，船舶精度控制技术研究是一项长期而持久的课题，在船舶建造技术中具有十分重要的意义。(二二)国外造船精度控制技术现状国外造船精度控制技术现状 国外较先进的造船国家，如亚洲的日本、韩国，西欧的德国、英国、法国等在船舶精度控制技术上均有所突破，西欧的造船先进国家均以承接高技术、高附加值的船舶为主，如液化气船LNG和LPG、大型集装箱船、超级豪华游船等。而亚洲的日本、韩国以承接大型、超大型油船、VLCC船为主。就日本而言，在精度控制技术方面已经居于世界领先水平。如日立造船公司有明工厂在建造大型与超大型船舶过程中已经积累了丰富经验，他们已经做到了从号料开始，在加工、分段建造、坞内合拢等方面均实现了分段全方位无余量(均以补偿量的形式代替余量)。为了确保船舶建造精度控制的实施，他们从船体生产设计开始就准确标注余量信息，确保补偿量的合理分布。为了保证加工精度，95的板材包括平直板、构件均由数控机进行切割(NC)，目的是确保整体精度和加工速度。零件加工的各种焊接坡口在加工时直接开出(尤其各种曲面外板的焊接坡口)，变截面坡口也在钢材加工阶段完成。各种装配的精度信息如肋板轮廓线、纵桁装配线、板材对合线和各类检验线等均由数控机画线功能完成。由于各种零件在生产设计阶段就已经具有各种精度控制信息，使零件号料、钢料加工都能满足设计要求，给分段组装的精度控制带来了极大方便。较突出的有：双曲率过渡段、机舱部分、外板双曲率分段的精度控制均达精度控制要求。大合拢阶段只要按分段的对合线来控制分段水平，大合拢缝处焊接坡口的间隙就能得到保证，在保证质量的同时，吊装速度相当快。由于船体的精度控制给舾装、管系的精度控制奠定了基础。现阶段已将精度控制拓宽到舾装、管系等专业。日本日立造船公司有明工厂舾装部分已经达到了全方位无余量装配，管系按单元进行组装，端部无余量合龙。(三三)国内精度控制技术状况国内精度控制技术状况我国从20世纪70年代初期就开始了船体建造精度控制技术的研究和实践，在国内各大中型船厂不同程度地取得了一些成果和经验。随着造船模式的转换，即“区域造船”或“壳舾涂一体化”造船新方法的应用，船体建造精度控制技术显得越来越重要。这是因为采用新的造船模式，必须采用与之相适应的新的造船技术，否则新的造船模式将难以发挥出它的优越性。新的造船技术中最重要的一项技术就是船体建造精度控制技术。因此可以说，船体建造精度控制技术的应用，是转换造船模式的需要，也是新的造船模式能够充分显示其缩短建造周期、保证建造质量和降低造船成本的技术保证。船体建造精度控制技术的核心内容是精度控制，这种技术是“精度”的定量表示，是一个量化的技术。也就是说，从原来定性地给出号料板材、型材的余量，到定量地号料(精确地计算出补偿量)，是需要投入大量人力、物力的，且需要较长的时间和一个循序渐进的过程。有一部分船厂已做到了从生产设计开始将精度控制信息反映到工作图上，进行精度设计，体现精度管理和控制的意图。将精度控制值、补偿值和各种信息反映到船体放样的零件上，实现所有零件、部件和分段的精度控制。国内精度控制水平已经基本上达到内部构件无余量号料，全船分(总)段无余量上船台(船坞)合龙。(四四)船体建造精度管理水平评价船体建造精度管理水平评价船体建造成本与船体建造精度管理水平有关，而船体建造精度管理水平又反映在全船余量的加放率、全船补偿量的加放率、全船预修整率、现场修整率等因素上，图10-38示意上述诸因素与船体建造成本之间的关系。图中：为全船余量的加放率：船体工件的装配连接边留余量与不留余量的比值，它呈双曲线关系xy=k(k0)，随船体建造精度管理水平等级的提高而降低。为全船补偿量的加放率：船体工件的装配连接边中加放补偿量与不加放补偿量的比值，它呈抛物线关系y2=2kx(k0)，随船体建造精度管理水平等级的提高而增加。为全船预修整率：船体工件装配连接边所留余量中能作预修整处理的比值。在精度管理的初始状态，它将随船体精度管理水平的提高而增加，但到一定程度后，又随全船余量加放率的降低而减少。为现场修整率：也呈双曲线关系=(0)，随船体建造精度管理水平等级的提高而减少。船体建造精度管理水平的提高，在很大程度上取决于船厂的生产技术与管理水平、生产条件、设备状况、工人的技术素质、精度管理工作内容的深化，以及建造船舶类型与等级等一系列因素，精度管理水平的提高还将受到经济合理性的限制。从图10-38所示的生产成本曲线可看出，如果把精度管理水平划分为若干等级，在02等级区间里，生产成本降低得十分明显；23区间将降到最低点；在此基础上再向34区间提高，这时随精度控制要求的提高，需要更新设备、提高管理、技术素质等引起生产成本的增长，可是随着人们对船体建造中变形规律的逐步认识和掌握，技术熟练程度与生产率的提高，在促使提高精度管理水平的情况下，又将重新降低生产成本。因而，成本曲线将呈起伏式的波浪形。曲线变化的总趋势是随着精度管理水平的提高，生产成本将不断下降，关键在于如何突破生产成本处于低谷时进一步提高它的水平的问题。二、造船变形与误差二、造船变形与误差钢质船体的建造，是一个按设计的船体型线图和结构图，经过放样、钢质船体的建造，是一个按设计的船体型线图和结构图，经过放样、号料、加工、装配和焊接等一系列工序的生产过程。在船体建造过程中，号料、加工、装配和焊接等一系列工序的生产过程。在船体建造过程中，钢料经预处理，随后加工成零件，再组装成部件，各类分段钢料经预处理，随后加工成零件，再组装成部件，各类分段(平面、曲面、平面、曲面、半立体半立体)与总段在组装好的基础上，再上船台与总段在组装好的基础上，再上船台(船坞船坞)装配与焊接，直至形装配与焊接，直至形成整艘船体。船体建造有别于机械制造，它有如下施工特点：成整艘船体。船体建造有别于机械制造，它有如下施工特点：(1)船体建造周期长、工序多，建造过程中的累积误差比较大；船体建造周期长、工序多，建造过程中的累积误差比较大；(2)工件工件(船体结构零部件的统称船体结构零部件的统称)大，其形状尺寸所允许的误差绝对大，其形状尺寸所允许的误差绝对值虽比机械制造中工件的误差大，但其相对值却很小；值虽比机械制造中工件的误差大，但其相对值却很小；(3)船体建造过程中的变形情况比机械制造复杂，要掌握由切割、冷船体建造过程中的变形情况比机械制造复杂，要掌握由切割、冷热加工、焊接、矫形以及吊运等所引起的弹塑性与热塑性变形的规律较热加工、焊接、矫形以及吊运等所引起的弹塑性与热塑性变形的规律较困难；困难；(4)工件在制造过程中的手工作业量比机械制造大得多，且有相当一工件在制造过程中的手工作业量比机械制造大得多，且有相当一部分工件是在高空、室外相互交叉，冷热加工相互交叉，各种工序相互部分工件是在高空、室外相互交叉，冷热加工相互交叉，各种工序相互交叉的施工环境中进行的，工件完工后的误差难以控制。交叉的施工环境中进行的，工件完工后的误差难以控制。以上施工特点充分表明，要在船体建造中使工件的几何形状、尺寸和位以上施工特点充分表明，要在船体建造中使工件的几何形状、尺寸和位置都处于可控状态具有很大的复杂性。置都处于可控状态具有很大的复杂性。在生产实践中，把所有的误差分为随机性误差、规则性误差和草率性误差在生产实践中，把所有的误差分为随机性误差、规则性误差和草率性误差3种。种。所谓随机性误差，一般是指在测量一批同样的零部件或分(总)段中发现的误差，它是各种生产因素的综合结果。实际调查统计表明，这种误差具有一定的规律性，并集中分布于某个误差分布中心的附近。所谓规则性误差，是指生产过程中固定的误差，如在工艺过程标准化的情况下，焊接一批同样分段所产生的焊接变形，对于每个分段而言基本上是固定的；在用气割机切割一批同样的板件时，对于每块板件来说其热变形也是固定不变的。所谓草率性误差，是指生产过程中，由于操作人员的疏忽大意，发生工作错误所引起的误差。精度标准是以随机性误差为主要依据而制定的，故在分析误差的性质时，应将规则性误差和草率性误差加以排除。三、造船精度控制三、造船精度控制在传统的船体建造过程中，实施尺寸精度控制都采用加放余量的方法。这种控制方法已不再适应当前造船生产发展的需要。船体建造精度控制就是在实际尺寸精度控制的过程中，以系统补偿量取代余量，来保证各工序间的尺寸精度，最终满足船体建造的精度要求。我们主要从工艺技术上分析和探讨有关船体建造尺寸精度控制的原则与方法。思考与练习（主要围绕工作任务练习）思考与练习（主要围绕工作任务练习）船体各种总装、合拢焊接工艺过程的特点是什么？编制船舶总装、合拢的焊接工艺方案