37 000 DWT多用途船挂舵臂建造工艺与精度控制

(长航集团青山船厂，武汉 430082)

37 000 DWT 多用途船是长航集团青山船厂承建的满足德国“GL”船级社规范的大吨位多用途船。该船技术含量较高，用途广泛，且结构复杂，建造难度大。

挂舵臂的主要作用是支撑舵叶并使其发挥正常功能。通常置于螺旋桨后方，因此承受较大外力，挂舵臂外部线型正确与光顺直接影响船舶的性能。本船挂舵臂重约41 t,由外包板，内部板架结构及舵杆舵承、舵销舵承(铸钢件)组成，相对独立，其外形尺寸及主要板厚见图1。

图1 挂舵臂结构示意

挂舵臂最大板厚85 mm，外包板板厚为75、30 mm两种。

1 建造难度分析

1)挂舵臂的外包板厚度75 mm，必须保证加工完后与线型基本吻合，现场很难用如火工、拉、压等方法来矫正线型，加工难度大。

2)挂舵臂内部空间狭小，结构错综复杂，安装及焊接难度大,存在着安全隐患。

3)挂舵臂所设舵杆及舵销舵承均为铸钢件，与钢板结构的连接在焊接方面有特殊要求，应预防裂纹产生。

4)舵系安装公差要求见图2。

图2 舵系安装公差要求

从图2可以看出，对于大型焊接件，要将精度控制在±2 mm是一件很困难的事情。

2 建造工艺和精度控制

1)制作外包板的加工铁质样箱，以确保线型的准确，加工外包板时应按放样的素线来进行加工，才不会发生加工扭曲。

2)制作有足够强度的胎架，胎架模板数切下料，基面水平，线型正确光顺，尺寸准确。

3)以左舷为胎架面铺设外包板，此时保证外包板必须与胎架贴合，并且相对位置准确。其后即可将外包板的对接焊缝的上表面焊接成形。

4)勘划构件安装线，可根据地样进行划线，也可通过样板进行划线，划线要加放焊接收缩量。

5)对于内部构件分A～G组立预制见图3。这样可以减少狭小空间立角焊，焊完后进行矫正，以消除一次焊接应力和变形，从而减少整体变形。

图3 内部构件组立预制示意

6)将完工的组立构件对线安装。此时安装要绝对外包吻合，检查的基准是中纵构件与舵系中心线水平对准，不可有装偏左、右不对称现象。

7)安装舵杆及舵销舵承。安装前要将与舵承相接的所有板材构件的余料切割掉，开对接坡口并打磨合格，安装时严格调试舵承中线与舵系中心线对准，定位焊固定，然后加码材，要保证足够的强度，以阻止焊接变形。

8)验收合格后进行结构与胎架面外包板的焊接。焊接过程中要随时检验轴线的变化和整体变化。

9)舵承与结构焊接最后进行。此时焊接的工艺应分为三段焊接，先焊中段，再焊下段，最后焊上段，平焊也应分段分层，这样焊接对舵系中心线变形控制起着关键作用。

10)检查舵系中心线的精度，如超差及时调整和矫正，既可安装右舷外包板。先安装中间两块板子，便于进入内部施工。

11)焊接右舷外包板外侧对接焊，焊接时应严格按焊接工艺施工，包括厚板的加热程序，在装右舷外包板时应留6 mm的焊接间隙，焊接前，反面贴直径为8 mm的圆陶瓷衬垫，这样焊缝反面形成是一凹槽，打磨一下既可，能确保焊缝内在质量。

12)将挂舵臂脱胎整体翻身，用花墩将挂舵臂上、下4个角垫平，右舷朝下，因焊接应力原因脱胎后，会有略微中垂现象，翻身以后左舷朝上就形成中拱现象，将舵杆及舵销舵承轴线调平(用水平仪)，因此时略微有中拱现象，此时就须在左舷的上表面加载重物(如铁砣)，借助外力帮助消除变形。

13)翻身后焊接非常重要，应加大焊接量，使其受热区域大一点，所产生的变形就越大，其目的是矫正翻身后的中拱现象。对于焊接过程必须进行监控，最好每天早晨上班之前打水平测量轴线变化。此时的测量经过晚上的冷却以后，可测得较准的变化值，根据变化情况，调整焊接工艺程序，最终将变形控制在允许范围内。

14)所有已安装构件焊接完后，进行全面的清焊、打磨，如果自由端由于焊接引起局部变形，要进行矫正处理，特别是与导缘板的接缝处，要保证平直光顺，坡口开好，打磨好，做好与导缘板相接的准备。然后进行内部结构的焊接报检工作，因此时还未安装导缘板，相对进去检查的条件好一点，可减少封导缘板后的报检量，待验收合格后即可进行导缘板的安装。

15)导缘板的安装，此时里面空间非常狭小，采用内衬垫外面焊接。应选派技术水平较高的焊工施工，能保证一次焊接合格。

3 装配与定位焊要求

因挂舵臂结构较厚，焊接量大，为了减少变形，必须严格按照焊接工艺进行焊接。

胎架要设在牢固的基础上，胎架要有足够的强度和刚度，并有一定的高度，便于施定位焊。

1)装配边缘应清洁、干燥、无锈、无屑、无氧化物，无油脂和其它杂物。装配边缘的清洁范围包括焊缝及焊缝附近15 mm左右的结构表面。

2)装配时，板的错位误差<0.1t(t为板厚，且不大于2 mm)

3)定位焊要求。定位焊焊条为CJ427，定位焊长度为35～45 mm, 定位焊间距250～350 mm。

4)焊接材料。CO2焊用焊丝牌号：AT-YJ502(Q)，焊丝直径1.2 mm。

5)焊接参数。碳钢板CO2焊焊接参数见表1。

表1 碳钢板CO2焊焊接参数

6)尽量按照新工艺，采取平面焊。

7)铸件焊接要点。

(1)铸件板厚大于30 mm，焊前要求预热，其温度为100～150 ℃，范围在缝口两侧100 mm区域，应避免局部过热，用气炬进行预热时，要用中性焰(不要用冒烟的火焰)，在整个焊接施工持续过程中预热温度应保持恒定，温度测试点距焊缝50 mm，见图4。

图4 温度测量点示意

(2)层间温度<250 ℃。

(3)多层焊时应注意不宜摆动过宽(<20 mm)，以保证合理的形状系数(即焊缝的宽度C与融透深度S之比值C/S通常为1.3～2.0)，以减少焊缝偏析和裂纹倾向，见图5。

图5 多层焊接摆动正误对比

(4)进行多层焊时，每层焊缝的起点和终点相互错开30～50 mm，各层焊缝的起始点不应在焊缝的交叉处。

(5)全焊透焊缝封底焊前，应用碳弧气刨刨槽，经船东和船级社认可后，再打磨，施封底焊。

(6)对较大间隙焊缝应先长肉，达到设计要求的坡口间隙和角度时，再正式施焊。

8)焊缝顺序。

(1)挂舵臂预制时，应先焊板缝，再焊结构间的对接缝，然后焊接构架间的角焊缝，最后焊构架与板之间的角焊缝。

(2)施焊时，应尽量由双数焊工从挂舵臂中间逐渐向前后，左右对称施焊，以保证构件的自由和均匀收缩。

(3)手工焊时，对较长的焊缝应采用逐步退焊法式分中退焊法。

(4)厚板施焊注意对称进行，不要一侧焊完再焊另一侧，按图示要求，先焊焊缝截面的一半，再焊另一侧，即按1、2、3、4的先后顺序进行(见图6)，焊前要清根。

图6 焊接顺序示意

5 结论

1)关于挂舵臂，前期设计往往只注重结构的强度，忽视施工的工艺性。因此应该安排有经验的设计人员仔细消化工艺方案，对结构进行优化，解决现场的问题。

2)对于厚板线型加工，应采用钢性好的铁样箱，配合T字样板的使用，这样才能保证线型准确。传统木制样箱因刚度不够，很难保证加工后的线型。

3)板厚大于30 mm的板材焊接按规范要求预热100～150 ℃，层间温度与此相同，安排合理焊接程序非常重要，还须采取严格的测量和控制措施。