邱寒 54000T级船舶舱口盖精度的探讨与研究

1、学 校 代 码：1605 毕业设计编号：应天职业技术学院机电工程系毕业设计报告课题名称 54000T级船舶舱口盖精度的探讨与研究作 者 邱 寒 专 业 船舶设计与制造 班级学号 0972124 指导教师 杨耕新 2011 年 10 月目 录1 引言12 54000T级舱口盖制造的准备阶段22.1放样及下料的要求22.2胎架制作22.3 矫正平台的建造32.4 舾装平台33 54000T级舱口盖装配工艺33.1制造方法33.2 结构的预装与一般要求43.3 舱口盖大梁的组合43.4 顶板上胎架与定位53.5 划线53.6 结构安装64 54000T级舱口盖焊接工艺74.1 焊接要求74.2 焊接

2、程序74.3 54000t级舱口盖端铰链公差的控制75 54000T级舱口盖火工矫正及总装105.1火工矫正105.2总装12结 论14致 谢15参考文献161 引言随着近十几年来集装箱船和大舱口多用途散货船的大型化发展，舱口盖也出现了向大型化发展的趋势，盖板尺寸不断增大，承受载荷也越来越重。武汉青山船厂建造的54000t大型散货船是具有国际先进水平的新一代高技术和高附加值船舶，其舱口盖为吊离式双甲板舱口盖。由于54000t大舱口多用途散货船船体机构强度较差，装卸货物十分广泛，在不均匀的隔舱装卸及恶劣海况条件下，舱口盖尺寸又特别的大，其受环境温变化的影响也特别敏感，为了保证舱口盖在任何情况下都

3、能保证良好的性能，必须严格控制舱口盖的变形，这是世界造船技术中的一大技术难题，因此大型舱口盖的建造已成为大舱口多用途散货船的关键,世界先进造船国家韩国对此亦有失败的教训，所以我们一开始便予以高度的重视，认真研究探讨大型舱口盖建造焊接变形的精度控制，尤其是对端铰链公差的控制，经过不断的改进装配、焊接工艺措施，有效的控制了舱口盖端铰链的公差，确保了舱口盖的建造品质，终于建造出了高质量的大型舱口盖。图12 54000T级舱口盖制造的准备阶段2.1放样及下料的要求每艘船的舱口盖制造，都必须预先制定生产过程的原则工艺，以及分阶段和分工序的两种指导施工的细则施工工艺。原则工艺要明晰、容易掌握；施工工艺要具

4、体、便于操作。还要有技术关键一览表、质量指标分解一览表。要配齐施工图纸资料，包括舱口盖施工分解图、工装（胎架，平台和专用夹具）图，以保证施工需要。因为该舱口盖的材料除了型材（球扁钢）外，所有的板材的材质几乎都是高强度钢。根据以往的经验，高强度钢的焊接收缩量比普通板材要大一倍。为了保证舱口盖的整体精度（±2.5mm），在放样时，应严格规范各种构件的焊接收缩量，大约每0.6m左右方1mm收缩量。顶板拼板中有两道焊缝的板材及各侧板必须要双铣边，顶板的四周板材要放30mm的余量。由于手工气割的零件精度较差，应采用数控下料或剪床下料。侧板、端板的上下两口，以及铰链眼板的孔，应规定用机床加工，以

5、保证其平直度和孔的精度，所有的坡口均应机械加工。因此要求随着工艺流程，实行质量跟踪考核，每个零件下料加工结束，均须经报验合格后，在零件上标明零件编码与制作人的工号，以便于考核分析。舱口盖零件的精度指标，为保证该舱口盖结构，装配间隙不得大于1.00mm。零件的不直度（任何一边）不大于0.5mm，不垂直度（任何一边）不大于0.5mm，不平行度为±1.00mm，各种构件的尺寸偏差不得超过±2mm。舱口盖零件质量指标，还包括把板边的飞溅毛刺打磨光顺。铁锈、油渍清理干净。2.2胎架制作众所周知，胎架的精度直接影响舱口盖的制造精度。在设绘胎架施工图时，公司根据舱盖结构设置纵横模板个梁柱

6、的位置。在舱口盖的侧板、端板、L梁处、布置有足够强度和刚度的胎架模板。加强材处跨距大于1.00m的地方，增加同等模板。模板的线型，按图纸要求或者工艺规定。模板的精度指标，要求用规定的线型样板检验，任何一点的间隙，均不得大于1.00mm。胎架两边和两端的水平度，要求用激光经纬仪扫描检验。任何一处均不得大于1.00mm。框架内，用样板检验，任何一处均不得大于1.00mm用激光扫描检验时，要求与四周相同。胎架制造时，按图划线后，先在四角处各立一根标杆，或者以作为胎架一部分的四根立柱代替标杆的功用。用激光在四根标杆上定位，并作永久性的标记。以永久水平标记为基准，用水平仪在每根模板的支柱上，作出明显的水

7、平标记，供模板安装使用。模板上表面是工作面，要求机械加工，最好是制作成长条，待焊接后，再根据需求，做成锯齿形开口。长条上口要保证直线度，弯曲变形一定要矫正合格。公差为±0.5mm。为了防止舱口盖因焊接变形，还增设平面焊接固定点，增强舱口盖的刚性约束力。2.3 矫正平台的建造与舱口盖制造同时开工。舱口盖的焊接变形、制造精度超差是不可避免的，有大量的矫正工作。矫正平台，既能保证质量，又能保证舱口盖制造的进度。它的水平度要求与胎架技术要求相同，整个上水平面的水平度为±1.00mm。2.4 舾装平台舾装平台和胎架不同，它是模拟实船和舱口围形式的框架平台。舾装平台要求附设较为完善的动

8、力系统设备，以便于实船舱口盖的模拟运动，以取得可靠的数据，用以弥补原设计的不足。舾装平台的总不平度为±1.00mm。舾装平台要求配有水平标杆（四角处）、拉线（钢线）若干。3 54000T级舱口盖装配工艺3.1制造方法通过反复的研究、讨论以及到青山船厂的现场考察，最后决定：采用反造法，不放角变形，以一个舱口的舱盖板为一组进行制造。顶板强制固定在胎架上面。同时考虑带顶板面积大、板厚较小，为防止顶板翻身时产生大的变形，中间一大道对接缝在整体翻身后再进行焊接。3.2 结构的预装与一般要求严格控制精度质量标准，未经检验的零件，一律禁止使用工艺，考虑到程序和方法，正确地使用工具夹，实行无余量装备

9、施工，发现零件不符合图纸和工艺要求，必须反馈给主管人员，不得自行修改零件尺寸和形状。对于能够进行小装备的构件，尽量进行小装配，如T形梁、侧梁与垫板及止滑装置。组装前要对零部件进行校正。对某些部件还必须用强制法控制其装配焊接的变形，即在其易变性的部位加码控制。装焊后应放置一段时间，使其内应力尽量消除后在松码。若仍有变形，在进行校正，直到达到要求。为了保证舱口盖的精度，在小组立时采取了以下措施：(1)认真挑选材料，将尺寸一致的装配在一个舱口盖上，这样就减少了因尺寸差异造成的装配间隙，减少焊接时的收缩变形。(2)所有制作好的T型梁必须进行校正。(3)采用多点调运，减少因调运造成的变形。3.3 舱口盖

10、大梁的组合为了保证大梁与舱口盖顶板的拼缝间隙不大于1.00mm，腹板上必须机械加工。腹板厚度由于不同，要求按照图纸进行拼接，在机械加工其上口，确保上口板直线度。全长不直度不大于1.00mm。下口因与面板焊接，所以必须留有2030的余量（按形状留）。面板厚度一般为3040mm，在折角处设置接头。接头须按图纸要求加工好坡口。每段面板矫直后按图纸组合成整块面板。用槽钢或角钢将腹板两面固牢夹直拉线检查上口的不直度。上口不直度不大于0.5mm。把面板放到腹板下面，调整面板与腹板的相对位置，用划针在面板上滑动，划出腹板的余量切割线（提高50mm作高度基准）和检验线（与切割线相距10mm）。把腹板与面板定位

11、正确，用槽钢、支撑板等将腹板与面板固牢，拼缝间隙不大于1.00mm。3.4 顶板上胎架与定位铺板前，首制船用激光经纬仪扫描检验，复核胎架的线型或是水平度；续造船先对胎架进行修正，而后复核其线型或水平度，使之达到要求标准。同时。对于不平整的班列应到辊压机上较平。把舱盖顶板零件或由零件组成的顶板片吊上胎架。按拼板草图和图纸要求，将位置调整好，拼板时要注意周边的余量、半封的相对位置。视察无误后，用拉马等将顶板与胎架固定，使顶板与胎架线型吻合。根据经验，当顶板厚度为89mm时，拉马间距一般不大于400mm为宜；侧板、端板处间距一般以不大于250为宜。但是，；拉马也不宜过密集，过于密集会增加很多的打磨量

12、。顶板与胎架的装配间隙，采用塞规测量，一般控制在1.00mm以内。个别困难点处可以放宽，但不得超过1.5mm。经检验合格后，交付拼缝施焊。顶板采用自动焊拼缝。在自动焊前还要开破口（25°两面坡口，留根24mm），手工焊打底，清渣后自动焊盖面，翻身后气弧碳刨清根见白再自动焊。焊接时讲究焊接顺序，先端接缝在边接缝，先短对接缝后长对接缝。顶板拼板后，进行胎架与顶板的搭焊。搭焊应从中心线向两边搭焊。搭焊应由专职焊工搭焊（不允许在搭焊位置产生咬边），搭焊长度不小于25mm。搭焊间距为中间部分200250mm，边缘部位（从边缘四周向中间1m）100120mm。拼焊结束后，矫正焊接变形，检验焊缝质

13、量（按规定透射检验）。顶板线型（用样板）或平整度经检验达到标准后即可交付划线。3.5 划线划线的准确性与精度，最终会影响到整体的正确性及精度。划线要经过自检、互检、专检程序，除按图检验位置外，还要检验对角线等相关的尺寸，以及平行度和垂直度。为避免累积误差，宜采用最大长度的钢卷尺，钢卷尺须经船东的认可。划线后应向质检人员校验。同时，划线的时候应注意以下几点：(1)主要构件位置及边缘尺寸按结构图尺寸。注意焊接收缩量的加放，及横向骨材之间每档放1mm，纵向桁材之间按每0.6m左右放1mm。(2)保持结构与板缝的相对位置的正确。(3)边缘的余量应该满足规定的要求。(4)理论线位置应清晰地标示出来。(5

14、)所有舱口盖分线必须用一把标准尺。(6)同一个舱室的舱口盖一起分线。3.6 结构安装一般构件安装程序为：加强材副梁主梁侧梁、端梁连接件附件等，依次按图定位（如图3-1）。要求按图检查尺度的正确性，定位精度指标。尺寸误差为±0.5mm；自然状态下的平直度±1.5mm；平行度±1.00mm；垂直度1.00mm。检验合格，方可交付施焊。图3-1 装配顺序测量检验合格后，施工人员将测量记录汇编成图表，留待焊后进行测量比较。建议构件与顶板连接的平焊焊缝一律用线热量较小的CO2气体保护焊，其余的角焊缝，凡是能用CO2气体保护焊的，应尽量推广使用。大梁面板接头对接焊缝，强力构件

15、的连接焊缝必须用低氢的碱性焊条施焊，以确保结构强度。3.6.2 舱口盖结构封闭体的安装封闭前要把封闭室内的所有焊缝焊接结束，并且提交船东认可。封闭室清理干净，涂防锈漆一度。把封盖与封闭室连接的焊缝按单面焊双面成型要求（焊脚高度大于4mm）开好坡口；经船东认可后封盖施焊。严格控制焊接变形，舱口盖焊缝的等级按船体建造规范定位2级。无损探伤的位置数量为船体总数10%。焊缝实行全面外观检查，焊缝高度严格控制在K=（1±0.1）K。以内。并且严格遵照焊接工艺规程施焊。4 54000T级舱口盖焊接工艺4.1 焊接要求对于不同的连接形式，采用不同的坡口形式。坡口的形式应利于熔透，易于成型。应该在每

16、道焊缝焊接前按规定进行清理，打磨，使焊道光顺，无毛疵，利于焊接，避免一次产生的焊接质量问题。根据本舱口盖的具体结构，应严格按设计要求进行。焊接电流等焊接参数的参照较小值，不允许大电流施焊。4.2 焊接程序除顶板拼板采用埋弧自动焊，其他的一切结构均采用手工电弧焊，为了控制整体变形，焊接顺序要严格要求。舱盖结构的焊缝主要是角焊缝，有少量的对接缝。焊接顺序为先对接后角焊缝。对接缝顺序为先平对接后横对接，最后立对接，带坡口的接头先焊，不带坡口的接头后焊。角焊缝的焊接顺序为先立脚焊，后平角焊，再仰角焊，仰角焊也可以在翻身后为平角焊。所有焊缝都必须由中间相四周对称施焊。平角焊以每人一格向四周施焊，每一格的

17、纵横焊缝都必须一次焊完。每块舱口盖焊工不得超过4人同时施焊。4.3 54000t级舱口盖端铰链公差的控制由于端铰链的安装精度与主甲板上的端铰链基座的安装精度是息息相关的，因此两者的实际尺寸及位置公差必须一致，否则将影响整个舱口盖在船上的安装。船上安装的端铰链基座，其主腹板必须与主甲板的纵行对正，否则此位置的主甲板必会受到剪力作用。而额外差生的剪力，将影响端铰链基座的稳定性，这对舱口盖的开启与关闭是不利的，因此必须采取措施一增加端铰链基座的强度、刚度及稳定性。表4-1 54000t级舱口盖结构公差精度表由于端铰链基座在主甲板上的调整量是有限的，这就增加了端铰链在舱口盖上的装配进度的要求。5400

18、0T级散货船舱口盖为箱型结构，上面还要装载集装箱，设计时又在舱口盖的内部进行了较大程度的加强，内部结构相当复杂。为保证技术要求，研究决定从舱口盖铰臂的装配精度入手，以保证舱口盖的建造质量。(1)预留焊接收缩量在舱口盖宽度方向，每米加放0.5mm焊接收缩量。舱口盖总宽为17850mm，焊缩量加放了9mm，但从焊接结果看，加放的9mm焊接收缩量，没有达到预期效果。在经过调整后，宽度方向每米加放了1mm，经过实践，焊接收缩量效果较显著。(2)改进装配措施装配措施上进行改进。由于铰臂轴心距公差最大允许为±2mm，而宽度公差为±9mm。因此无法用预留焊接收缩量的方法将这两项公差调好。

19、为使舱口盖铰臂轴心距不受舱口盖整体焊接收缩的影响，将铰臂作为一个独立的装配、焊接单元，进行装配焊接。带舱口盖除底板外所有构件全部装焊、矫正完毕后，再将铰臂部分插入舱口盖箱体中进行定位、装焊。由于铰臂是后插入的，其盖板与舱口盖盖板到最后焊接，而舱口盖的焊接收缩量有很大，这就造成了铰臂盖板与舱口盖盖板之间的缝隙过大（其焊缝形式见图1，图中阴影部分为铰臂盖板）。由图可见，有一处缝隙过大，并且为直角形焊缝。这对保证焊缝质量和焊缝强度很不利，必须对焊缝大处的铰臂盖板进行补焊。这样虽然保证了装配精度，但焊接工作量增大。时间延长，影响了施工进度。经过分析，认为影响舱口盖宽度方向收缩的主要因素是纵向焊缝。在调

20、整了预留焊接收缩量的基础上，拼接舱口盖盖板时，将横向的焊缝施焊完毕，保留铰臂盖板两侧的两道纵向焊缝，并且整个铰链部分呢也不再作为一个独立的装配单元，只保留几道与纵向焊缝有关的舱口盖端板的对接立焊缝。这就使舱口盖的铰臂部分与舱口盖整体成分离状态，以备调整舱盖端铰链的轴心距。当舱口盖整体产生焊接收缩时，由于铰臂处已与装配胎架 a b图 4-2 铰臂盖板与舱口盖板示意图 刚性固定，且铰臂与舱口盖整体已呈分离状态，所以此时铰臂并未产生位移现象。保留的焊缝闪开了57mm，但是已无直角焊缝，通常采用陶瓷衬垫焊即可解决问题。或是在焊缝下面加陶瓷衬垫，上面进行简单修补可也（见图4-2）。通过与已经制造的舱口盖

21、对比，公差得到了较好的控制，装焊质量也明显提高。由于铰臂与舱口盖整体同时装配，因此建造速度又得到了较大的提高。但是，舱口盖端板与铰臂的立焊缝由于闪开了57mm，焊接变形较大，使得舱口盖起拱，水平度超差，增加了舱盖焊后矫正水平的困难，因此效果难以让人满意。通过分析总结，发现只要对两块端铰链链板的安装精度进行控制，即可解决整个铰臂在舱口盖整体建造中的装焊精度。这样，舱口盖铰臂部分就不需要在作为一个完整的装配、焊接单元。而与舱口盖所有结构一同装配、焊接单元，而与舱口盖所有结构一同装配、即一同拼板，统一划构件安装位置线，统一固定在装配台架上进行装配、焊接。铰臂与舱口盖相连接的干板平焊缝、端板立焊缝可不

22、必最后焊接，只是将端铰链的铰链板的装配次序进行调整。舱口盖所有的构件进行测量、找正。再对铰臂的端铰链板进行定位、装配、焊接。进而可适当地减少对焊接的控制要求简化装配程序，提高装配质量，保证整个舱口盖的装配、焊接质量及进度。通过建造54000t级散货船1号船舱口盖的实践，证明这种措施简便易行，效果理想。(3)改进焊接措施保证焊接质量因为构件角焊缝的焊脚很大 ，所产生的焊接变形也是很大的，所以对焊接设备的使用、焊接操作人员的管理。及焊接工艺措施的制定，都应进行严格控制。焊接设备，尽量采用焊接表面成型好，焊接速度快，变形小的高效率焊接设备。二氧化碳气体保护焊，时目前较理想的焊接方法，一般在焊接量较大

23、的部位，对焊接变形控制要求严格的部位，全部采用二氧化碳气体保护焊的焊接方法。对焊接人员要求严格管理，进行技术培训、严格考核（合格者持证上岗），使之熟练掌握先进的焊接设备与方法，提高自身的业务素质。在焊接措施上规定，凡是能在装配平台上进行的焊接工作，就决不在装备胎架上进行焊接。在焊接方法上采用双数焊工。对称地自中心向两侧焊接。程序上采用先立焊、再平焊的原则，以减小舱口盖的焊接变形或使变形对称均匀，以利于在以后的舱口盖预装中进行矫正。过程中尽量采用小电流焊接，以便于控制焊接收缩量及焊接变形。5 54000T级舱口盖火工矫正及总装5.1火工矫正舱口盖脱胎翻身后，以四角橡皮槽为基准调平。初测的变形情况

24、为每块舱口盖中间下凹13mm，船宽方向的T1、T23侧板上凸10mm，船长方向L1下凹9mm，（见图5-1）.翻身焊全部结束后，再测量变形情况，变化不大。为了达到要求的精度，同时考虑到顶板上还有箱脚，眼板等附件的装焊，也就是说在箱脚、眼板装焊前，顶板要上凹到12mm为佳，必须进行火工矫正。而这样的火工矫正难度较大。根据实际变形记本身结构情况，我们对每块舱口盖采取了分布火攻的方法，图5-1舱口盖结构展开图图5-1中L1、L2L6是纵行，T1、T23是前后侧板，T11、T13为强横梁。在S1、S2、S3、S4与S1、S2、S3 、S4共8点处各压一块铁（每块约5t重）。对T1、T23变形的火工矫正

25、，其加热线可参看图5-2经过适当的火工加热，自然冷却后，达到了预期的要求。图5-2 前后侧板加热形式图对L1纵行及整体变形的矫正，方法如下：在A、p、s（图5-1中）3点用千斤顶向上支撑。在、同时火工。反复火工矫正及测量后达到了预期的目的。见图5-3图5-3 、处的加热形式5.2总装舱口盖呈完好状态后，再上总装胎架。总装胎架模拟舱口围板，检验并校调舱口盖的制作精度以及与舱口围板的配合情况，以减少船台装配的工作量。每个舱口左右盖必须在同一总装胎架上，舱口盖中心线须对齐与胎架中心线对齐。调整好各两盖之间的间隙，安装侧面、端面以及两盖合拢处的附件，进行总测量。必要的地方还要进行校正，校正后在划线切割

26、边缘。划线时应注意对角线长、宽等数据必须在公差范围内。最后进行箱脚及眼板的装焊，并须重新检查水平精度。在总装的时候，特别要注意各部件在研配中确保间隙量不大于2mm，对间隙量过大的必须经过处理后在安装。以最佳间隙控制好焊接热变形，保证舱口盖的精度，对橡皮槽的安装采用统一端点进行号线装配和组焊，以保证其四周在同一水平线上，舱口盖的焊接全部采用CO2进行，先立后平，从中间向四周跳跃进行，以减少焊接应力。如图5-4所示图5-4 总装示意图结 论实践证明，在对54000t级散货船舱口盖建造及端铰链公差控制的研究中，取得了较为理想的预期效果。为工厂建造同类型舱口盖，提供了一定的参考价值。对工厂的造船质量和生产进度都起到了