船舶建造精度控制技术

1,船舶建造精度控制技术,2,6-1船舶建造精度控制技术概述,船台无余量装配技术,精度控制技术研究、应用的现实意义,国内外造船精度控制技术现状,船体建造精度管理概念,3,一、船台无余量装配技术,船体建造中，船台装配是一道技术性强、质量要求高的关键工序。长期以来，世界各国的许多造船厂一直采用分段一端加放2050mm的余量，待分段上船台后经定位（或二次定位）、划线、切割，然后再合拢。使得船台装配阶段费时最多、工作环境最差、劳动强度最大，它对船台和船台建造质量有着很大的影响。,1.船台无余量装配鉴于以上情况，世界各船厂都积极探索、寻求一种省时、省力的船台装配工艺船台无余量装配（分段无余量上船台）技术。,4,推行船台无余量装配获得的效益举例举例1：某厂承造18000t级散装货船时，曾对带余量上船台二次定位与预修整上船台无余量装配两个单底分段和舷侧分段装配作业所花费的工时进行对比（如下表）。,分析表明：单底分段采用“预修整法”花费的的工时为“留余量二次定位法”的23%，工效提高3.4倍；舷侧分段“预修整法”花费的的工时为“留余量二次定位法”的43%，工效提高1.3倍。,5,举例2：某船厂，对建造的40余艘船舶共1500个船体分段经过预修整实现船台无余量装配的效果进行统计表明：每个分段在船台上的装配要节省4465个工时；总共节省了77219工时（还不包括装配质量提高而减少的焊接工时）。,6,2.船台无余量装配的实现途径两条途径：1）分段上船台前预修整带余量制造，上船台前修整（划线、切割余量）我国各大、中型船厂已完全掌握该项技术。但此种方法已经不再适应当前造船生产发展的需要。,2）分段无余量制造全过程的无余量（用补偿量代替余量）制造实施无余量制造的核心技术精度管理技术（其主要组成部分是精度控制技术）,7,二、船体建造精度管理概念,船体建造精度管理的理论基础数理统计、尺寸链理论船体建造精度管理的技术核心尺寸补偿量的加放，以补偿量取代余量；船体建造精度管理的工作内容健全精度保证体系、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。,以船体建造精度标准为基本准则，通过科学的管理方法与先进的工艺技术手段，对船体建造进行全过程的尺寸精度分析与控制，以达到最大限度减少现场修整工作量，提高工作效率，降低建造成本，保证产品质量。,8,三、精度控制技术研究、应用的现实意义,是转换造船模式、实现壳舾涂一体化的基础,高水平的精度控制技术，是赢得船舶市场分额的有力保障,是提高生产技术综合水平、促进科学管理、缩短造船周期、提高造船质量、降低造船成本的重要手段例如，推行船台无余量装配，大幅度减少船台吊装的现场修整作业量，减少作业工时。,9,四、国内外造船精度控制技术现状,1.国外（日、韩）已经形成了一整套精度控制管理体制体系，将精度控制管理贯穿于造船的全过程。即每年制定一个精度管理计划，确定基本方针、工作重点，各阶段精度控制项目，控制的目标值、实际测量值，责任单位，工艺流程，基准线系统等，并配有先进的三维坐标测量系统。目前，日、韩几乎都达到了分段100%无余量上船台，除艉柱分段外，所有分段精度控制成功率为80%95%。,另外，日本船厂很注意对设备的维护，他们的观点很清楚：加工精度的保证主要靠设备，而设备靠人去管理，否则再好的设备也不能保证精度。,10,2.国内部分船厂精度控制水平较高，已经基本达到内部构件无余量下料，全船分段无余量上船台合拢，但大部分船厂还没达到这个水平。,又如：南通中远川崎公司（2003年）“远明湖”30万吨VLCC建造中，实施造船精度管理，实现无余量造船，利用统计技术和信息技术建立了造船生产全过程的精度控制和管理，从而真正实现了分段对接误差为零的无余量造船。同还时使得钢材利用率达到92%。,但是总体上，我国在精度控制工作方面与国外先进的国家相比存在一定的差距。据国内专家评价：我国在精度造船和综合管理水平方面要比日本船厂落后1015年。,例如：2001年，大连造船厂在推广应用新技术、新工艺方面取得显著成效。4.5万吨化学品成品油轮、4.6万吨原油成品油轮首制船的分段无余量制造比例分别达到31.5和34.9，船台无余量合拢比例分别达到67.8和64.4，创历史最高水平。,11,6-3精度控制计划,精度控制的阶段划分,精度计划,12,一、精度控制的阶段划分,船体建造是一种工序多、周期长、手工操作量大的生产过程。因此，要实施精度控制，有必要把整个船体建造过程分解成若干控制阶段，通过各阶段的有效控制，达到尺寸精度的最终目标。,1.误差与补偿,补偿量的作用是抵偿工件的变形与补偿量对应的工件变形，主要指施工的各工序中发生的尺寸和形位误差,2.船体建造全过程的总补偿量（系统补偿量）的组成,总补偿量,式中，i第i道工序的补偿量。亦即零件、部件、分段、船台装配等阶段的补偿量。,13,3.精度控制阶段划分一般，尺寸精度控制的阶段划分与船体建造的阶段划分相对应。例如，船体建造划分为：号料及加工、部件装配、分段装配和船台装配，精度控制也按这4个阶段分别施行。这样，前一阶段的控制结果，是后一阶段的基础。从理论上把船体建造过程的尺寸精度控制分解为若干个控制阶段，以满足最终的精度要求是完全合理的。,14,二、精度计划,1.精度计划的作用船体建造的精度计划，是对建造过程的精度进行分析，并在此基础上采取相应的尺寸精度控制措施。而精度分析，是为了对建造全过程的精度状况有一个数量上的了解，以便发现问题，并采取相应的补偿和控制措施（包括加放余量与选择余量的切除时机），以确保尺寸精度能控制在允许的范围内。,15,2.精度计划的编制要领通过实测、理论分析、试行、反馈、研究（反复循环）获得符合本企业的精度分析结果；依据建造方法和工艺流程，划分精度控制各阶段；分析各阶段误差形成及积累过程，确定各阶段的允许误差；按照允许误差值，决定施工要领和工艺技术方法。即：在精度分析的基础上，采取各种相应措施，其中最重要的措施是加放系统补偿量、余量以及合理选择切除余量的时机等。,16,3.精度计划的编制步骤1）测算标准偏差根据企业生产和技术水平，测算各个控制阶段的标准偏差，作为制订精度计划的基础，也是确定各个控制阶段加放补偿量、余量的重要依据。测算方法：大量采集实测数据，采用“直方图”求得标准偏差。需要测算的标准偏差种类：零件加工方面板材割缝的偏差、切割热变形偏差、火工板材成形偏差等分段装配方面平面板列拼焊收缩量、构件装焊收缩量与施工偏差、分段火工矫正收缩量、分段装配中板材与骨材收缩量及施工偏差等,17,2）各控制阶段补偿量的确定,3）零件的系统补偿量（或余量）的确定根据上面确定方法，结合各自厂的生产及精度管理水平确定；系统补偿量中一般只不包括施工偏差值。4）对补偿量的修正根据施工的标准偏差，对各工艺阶段的补偿量和系统补偿量予以修正。,4.精度计划举例教材P108表6-1,18,系统补偿量及其特性,6-4补偿量与精度控制,尺寸精度的补偿,尺寸精度控制的相关方法,19,一、系统补偿量及其特性,1.系统补偿量,2.系统补偿量的特性对第n道工序及其以后工序的工件尺寸补偿，其补偿量的加放一定要发生在n-1道及其以前工序的工件上；加放了补偿量的工件，不存在第二次划线及切割问题；精确的补偿量，取决于定型（或材质、尺寸及形状相当）的工件或产品、稳定的工艺、补偿量的不断反馈及修正。,20,2.精确补偿的其他相关因素及对策影响精确补偿的因素生产条件；船型；分段结构形式、划分方式及建造方法；各部件在分段结构中所处的部位、装配方法及工艺流程；分段焊接方法、工艺；船台装焊顺序、工艺；船厂的生产组织和管理水平等。对策各厂的精度控制必需建立在自身实际生产状况和精度控制经验的基础上，综合考虑各影响因素，作出相应处理，逐步完善和确定本企业的系统补偿系统，把尺寸精度控制纳入企业的常规工艺，并规范化。,21,二、尺寸精度的补偿,1.尺寸精度补偿的的原则由于船体建造过程中引起工件变形的原因很多，变形趋势及大小受上述诸多相关因素的影响，因此必须规定一定的原则，方能进行有效的尺寸精度补偿。考虑工件或产品相同（相似）的原则考虑稳定工艺的原则考虑严格的质量控制的原则考虑焊接收缩变形为主的原则考虑尺寸精度控制经济性的原则,22,2.补偿量的确定,1）船体结构焊接补偿量的确定线能量计算法经验公式计算法经验数据查表法教材P1112）船体分段补偿量的确定分段变形因素分析教材P112图谱计算法经验公式计算法教材P114直接经验估算法,23,在船台上大合拢时，船体主尺度变形趋势是主尺度尺寸缩短；船形变形一般是首尾上翘，龙骨基线向下挠曲。加放主尺度缩短补偿量的经验方法：船长横骨架式，大接缝肋距加放515mm；纵骨架式，大接缝肋距加放1020mm。船宽万吨级船舶加放610mm；千吨级船舶加放415mm。型深万吨级货船加放56mm；万吨级油船加放1015mm；千吨级船舶加放25mm。,3）船体主尺度及船型补偿量的确定,24,加放船底挠曲和首尾上翘的反变形经验方法：在设定龙骨基线时，由定位分段开始，分别向首、尾逐渐由小到大加放反变形量。,对于中小型船舶采用总段建造时，每1米长累计加放-1mm;对于大型船舶采用塔式或岛式建造法时，每1米长累计加放-（0.50.8）mm。对于具有长上层建筑及长护舷材的船舶，其反变形值（尤其是首尾部分），应考虑进一步加大。,25,三、尺寸精度控制的相关方法,1.放样、号料和加工的尺寸精度控制1）板缝的合理排列分段纵缝尽量排列成水平或直线，并尽量避开型线曲率变化剧烈的部位；分段内（或分段边缘）的板缝若因厚度不一致并需要“修斜”处理时，尽量排列成直线可采用机加工方式，尽量避免使用“碳弧气刨。2）放样和号料环节的精度控制针对不同的的板形选择合理的展开方法；须经火工加工的板，应特别地加放加工收缩补偿量；零件号料用的板材须平整，已成形工件的二次号料时应处于自由状态；零件号料时应加放割缝的补偿量，具有公共边的两个零件号料时更应该注意。,26,3）气割工序的精度控制根据板厚选用合适的割嘴和进给速度；气割割缝补偿，注意两工件共边缝和不共边缝的不同处理（结合号料）；手工和半自动气割变形量较自动气割大，为减小变形，切割顺序应合理。高精度门式切割机和数控切割机切割，设备保养（保持精度），控制切割过程中的热变形；几种控制热变形的方法：厚度小于6mm的板，宜采用等离子切割；选择合理的割嘴走向；使零件与板材分离的最后一条边切割时，应使余料均匀受热，以求零件变形最小；合理地利用“过桥”或采用水冷的方法减少热变形；采用检验线检查变形，分析并提高变形控制方法。,27,4）板材成形加工加工前合理加放余量；复杂曲度板加工，宜先冷弯大曲度方向，后水火弯小曲度方向；正确地检验。,28,2.部件装配的尺寸精度控制1）板列拼焊的精度控制现行采用板列拼焊后预修整（主要修整长度尺寸）工艺；板与板间定位方法，采用对合线；拼焊前后检验，共用“直检验线”。2）T型材装焊的精度控制剖面的不对称性引起装焊后的弯曲变形和面板倒边3）减小变形的焊接程序和方法制定焊接程序时的一般性原则首先焊接那些不对后续焊缝收缩形成刚性约束的焊缝；每条焊缝焊接时，应保持其另一端能自由收缩；手工焊时，对较长的焊缝应采用逐步退焊法或分中逐步退焊法；尽量采用“线能量”低的焊接方式和方法。应用举例,29,3.分段装配的尺寸精度控制分段装配的尺寸精度控制直接影响船体尺寸及形位精度；分段装配的尺寸精度问题较突出，经过的阶段多，相关的因素多，较难控制。1）系统误差反馈、分析、修正，不断循环，完善精度计划制定并不断完善精度计划，即通过“建造测量系统误差反馈修正补偿（或反变形）再建造”的反复循环，逐步提高船体建造精度水平。2）阶段性尺寸精度控制分阶段控制精度：胎架；铺板、划线；构件安装；分段焊接,30,4.船台装配的尺寸精度控制船台船体精度控制水平衡量几何尺寸精度控制能力现场修整率（含现场修割率和焊缝垫板率）现场焊缝修割率修割缝长度占船台对接缝总长的百分比现场焊缝垫板率垫板缝长度占船台对接缝总长的百分比现在提法：*分段精度控制成功率*船台无余量装配成功率船台无余量装配的实现途径通过分段预修整实现通过无余量制造实现,31,思考题：1.什么是船体建造精度管理？2.船体建造精度管理的工作内容是什么？3.什么是补偿量？什么是余量？二者的区别是怎样的？4.船体结构焊接补偿量确定的常用方法有哪些？,32,“余量”概念,指相对工件基本尺寸多加放的量值。该值以备后续的生产工序所积累的尺寸偏差，以及冷热加工所产生的弹性变形和热塑性变形的伸长、收缩作部分抵偿。剩余的部分，则选择适当时机（船体建造到某一阶段），为使工件的实际尺寸能控制在它的规定公差范围内而作必要的切除。余量是在尚未认识产生尺度偏差规律性的条件下，为后续工序用以控制尺寸精度的一种对策。余量一般可分为加工、焊接收缩与装配余量三种。,33,“补偿量”概念,指相对工件基本尺寸多加放的量值。该值该值以备后续的生产工序所积累的尺寸偏差，以及冷热加工所产生的弹性变形和热塑性变形的伸长、收缩作全部抵偿。因而，这种加放量无需切除就可控制工件基本尺寸能在所规定的公差范围内。,34,船体建造过程中，引起工件基本尺寸收缩变形因素很多，因此，相应的尺寸精度补偿也有多种类型，归纳起来可分为非系统补偿和系统补偿两大类。非系统补偿是指单独地对一个因素或一道工序或一种变形的工件尺寸的补偿。相应的补偿量，可简称补偿量。例如：气割补偿、焊接补偿、部