船舶建造工艺-精度控制

第五章船体建造精度控制

船体建造经过放样、号料、加工、装配和焊接等一系列工序船体结构体积和重量大，构件数量、形状和尺寸规格多，加工工序和工艺复杂，手工作业量大在整个施工过程中，船体零件、部件、分段、总段和整体主尺度等不可避免地会发生尺寸偏差这种尺寸偏差产生的相关因素太多，要精确求取造船尺寸偏差的余量补偿值是相当困难的在船体建造中，一般都留有大于余量补偿值的造船工艺余量2023/5/17船舶建造工艺工艺余量这些多余的余量势必造成对尺寸的预修整(在零、部件组装前修整准确后在进行组装)或现场修整量增大修整工作包括重新测量、画线、切割、装配和矫正等，几乎都是手工作业，据统计，它所消耗的工时约占船体建造总工时的1/4各国注重修整工作的减少和消除，在大量测量数据基础上，运用数理统计方法研究、制订、修改和完善船体建造公差标准利用公差标准来控制精度，利用加放工艺余量来补偿施工变形--无余量造船方法2023/5/17船舶建造工艺船体建造有别于机械制造的施工特点(1)(1)船体建造周期长、工序多，建造过程中的累积误差大(2)由于工件大，其形状尺寸所允许的误差绝对值虽然比机械制造中工件的大，但其相对值却很小(3)船体建造过程中的变形情况要比机械制造复杂，要掌握由于切割、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困难2023/5/17船舶建造工艺船体建造有别于机械制造的施工特点(2)(4)工件在制造工程中的手工作业量要比机械制造大得多，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、各种工序相互交叉的施工环境中进行，工件完工后的误差难以控制以上施工特点充分表明，在船体建造中使工件的几何尺寸、形状和位置都处于可控状态具有高度的复杂性2023/5/17船舶建造工艺一、涉及的名词术语基本尺寸：设计给定的尺寸对机械制造，就是设计图纸上标明的公称尺寸对船体建造，是指经船体型线放样后在工作图(施工图)上给定的尺寸数学放样使船体建造的基本尺寸的确定更为准确基本尺寸是描绘船体工件几何形态的一种量值，由尺寸、形状和位置三部分组成，但最终以长度尺寸表示2023/5/17船舶建造工艺涉及的名词术语(2)实际尺寸：工件完工后，通过检测得到的尺寸由于存在检测误差，所以实际尺寸并非反映尺寸的真值尺寸偏差：工件完工的实际尺寸与其基本尺寸的代数差船体建造中常见的偏差(误差)有随机性误差、系统误差和粗大性误差2023/5/17船舶建造工艺随机性误差随机性误差(也称偶然性偏差)，指在同条件下随机测量一批同类型工件中出现的偏差这种误差是各种生产因素的综合结果具有一定的数值范围并集中分布于某个误差分布中心附近，且服从概率统计规律可以作为控制尺寸的依据2023/5/17船舶建造工艺系统误差系统误差(也称规律性偏差)，指在同一施工条件下，工件在制造时尺寸发生有规律的偏差在工艺过程中标准化的情况下，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冷加工机床、测量仪器及工具的系统误差(实际上都是固定的)等等这种偏差的发生规律可以用理论计算和实验确定，并用补偿措施加以消除

2023/5/17船舶建造工艺涉及的名词术语(3)尺寸精度：船体建造中主要是指尺寸的准确度，另外还表达船体工件在各个工艺阶段有效配合的程度

精度的高低取决于施工方法；工艺过程的机械化和自动化的程度；工装、设备的类型与质量；技术和管理水平，以及检测工具与测量方法等尺寸公差：工件尺寸允许的变动量

作为船体建造公差，既要满足船舶设计的性能要求，又要满足建造过程中工件组装式的有效配合，并用以控制船体建造各道工序的质量2023/5/17船舶建造工艺涉及的名词术语(4)余量：相对工件基本尺寸多加放的量值该值使后续工序所积累的尺寸偏差，以及冷热加工所产生的弹塑性变形与热塑性变形的伸长、收缩作部分抵偿，其余部分在船体建造的某一阶段在公差范围内必要的切除余量是在未认识尺寸偏差规律的情况下，为控制尺寸精度的一种方式分加工、焊接收缩和装配三种余量2023/5/17船舶建造工艺涉及的名词术语(5)补偿量：相对工件基本尺寸多加放的量值该值供后续工序累积的尺寸偏差，加工产生的弹塑性变型和热塑性变形作抵偿，无需切除就可控制工件尺寸在规定的公差范围内补偿量是在可认识的规律性偏差基础上制定的，可细分为加工、分段装配、船台装配，以及焊接变型等补偿分别确定补偿量的量值，需进行大量检测，国内对补偿量不细分，以系统补偿作为船体建造各工艺阶段应加放补偿量的综合量---系统误差相对基本尺寸而言，补偿量也是余量2023/5/17船舶建造工艺涉及的名词术语(6)修整量：完成修整作业的工作量修整作业是指在船体建造过程中，工件的实际尺寸不满足公差(包括装配公差)要求，所进行的划线、切割、焊补、几何形状的矫正和二次定位等工作修整作业可分为现场修整和预修整两类船体建造精度控制的理论基础是数理统计和尺寸链理论；技术核心是尺寸补偿量的加放，以补偿量取代余量

2023/5/17船舶建造工艺船体建造精度控制的内容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，以求最大限度地减少现场修整工作量，提高工作效率，降低成本，保证质量精度管理的实施，在生产技术上是为了减小装配工序的现场修正，缩短建造周期，提高造船生产效率；在质量上则是通过提高精度使生产稳定，以确保造船质量2023/5/17船舶建造工艺三个发展阶段从工艺技术方面，船体建造精度控制经历了三个发展阶段(1)分段上船台前进行修正以适应船台装配的尺寸精度要求(即分段无余量上船台装配)(2)平直分段进行建造全过程尺寸精度控制与曲面分段进行预修正后上船台相结合(3)对全船所有分段进行建造全过程的尺寸精度控制2023/5/17船舶建造工艺二、

船体构件的余量船体建造余量可分为总段余量、分段余量、部件余量、零件余量和其他余量等总段余量：用以保证总段组成船体后的主尺度。具体数值可根据船体主尺度公差、船台装配反变形值，以及焊接和火工矫正收缩量而定一般在总段对接处放50mm左右余量2023/5/17船舶建造工艺船体构件的余量分段余量：用来保证分段合成总段或总船体后的尺度其数值按分段和总段制造公差。总数反变形值，以及焊接和火工矫正收缩量而定一般平直分段四周约放30mm余量底部与舷部等分段对接处按线型情况而定，较平直的放30mm，变化较大的放50mm余量2023/5/17船舶建造工艺船体构件的余量部件余量：用来保证部件在装配焊接后的正确尺寸，以满足各装配阶段的需要除应保证其装配成部件或分段所需的余量外，还应考虑安装于分段或总段时对接缝处的余量，以及冷热加工的影响零件余量：是整个船体结构余量的基础其他要求余量：为满足设计或工艺的特殊需要而设，在图纸或工艺文件中专门标出2023/5/17船舶建造工艺三、尺寸精度的补偿尺寸精度补偿就是在工件的基本尺寸上增加一个量值，供船体建造过程中各道工序配合时使用，并最终在满足工件配合尺寸精度要求下被各道工序所弥合尺寸精度补偿以补偿量取代余量，从而在各工艺阶段不必实施二次号料切割和二次定位，即可保证零部件和分段的尺寸，以及船体主尺度的尺寸精度要求2023/5/17船舶建造工艺尺寸精度的物理意义尺寸精度补偿除了增加一个量值的几何意义之外，还潜含着一定的物理意义补偿量是弥补在船体建造过程中所有热输入引起的工件基本尺寸的收缩弥补扭曲、上翘、下垂等变形引起的工种基本尺寸的不足引起工件基本尺寸的收缩变性因素众多，相应的尺寸精度补偿也有多种类型归纳起来，分为非系统补偿和系统补偿两大类2023/5/17船舶建造工艺1、非系统补偿

指单独对一个因素或一道工序或一种变形下的工件尺寸进行补偿的方法气割补偿：在气割过程中，工件由于本身不均匀受热和冷却而产生收缩变型形成割缝时被切割工件尺寸减小，造成切割损失所以在切割前应把切割损失和切割变形加放到基本尺寸中2023/5/17船舶建造工艺焊接补偿：

焊缝附近金属的不均匀加热和冷却，形成残余塑性变形；填充金属冷却后的收缩，使被焊接工件在纵横方向都有不同程度的缩短

对此加放的尺寸补偿为焊接补偿，是对一道工序的补偿零部件，分段和船台装配时的反变形补偿温差补偿和火工矫正补偿

由于不能预计工件在何时建造，温差补偿只能在现场建造中加以控制对于火工矫正补偿，由于因素复杂，不易掌握变形规律，所以把它纳入到系统补偿中2023/5/17船舶建造工艺2、系统补偿

指在船体建造工艺系统中，由于各种因素引起变形而给予的补偿总值按照概率的定理，对各种因素引起的变形的补偿作为相互独立的正态分布把相加后的正态分布，作为整个船体建造工艺系统中所给定的系统补偿值式中：ai为各工艺阶段补偿量的平均值；n为工艺阶段数目2023/5/17船舶建造工艺系统补偿量方法对给定的系统补偿量可以以工件为对象按工序或按系统分别予以考虑零件补偿

零件是船体建造中组成工件最基本的单元，是系统补偿的起始点对零件的补偿，除对形成零件本身的纵向和横向工艺系统的补偿