船体分段建造现场精度控制工艺研究

白鲲，王永伟，宋国辉

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

1 船体分段建造的概述

1.1 船舶建造的特点

船体分段建造是船舶建造过程中十分重要的一环，其涉及多道工序，如钢材预处理、数控切割、加工以及小/中/大组立等。因为船舶结构本身较为复杂，船体分段建造面临着尺寸、结构以及形状误差等问题，这对精度控制提出了相当大的挑战。

1.2 发展情况

我国的造船企业非常注重船体建造的精度控制技术，通过对分段建造的精度进行严格的控制，并采用适当的建造工艺来提高造船的质量水平。此外，一些企业还积极学习国外先进的造船技术和精度控制技术，进行全面的检查和验证，以确保船舶在安全性、可靠性和经济性等方面达到最佳的水平。

1.3 精度控制的重要意义

在船体分段建造的过程中，确保船舶的精度控制是至关重要的，其重要意义具体体现在：首先，能够减少造船所需的物力与财力，提升生产率。通过精确控制船体分段建造的精度，可以避免后续工序中的修正和调整，从而减少了不必要的浪费。其次，精度控制技术的应用还能够保证船舶的性能能够符合预期的要求，进一步提升船舶的安全性。无论是船体的强度还是稳定性，都需要精确的尺寸和结构来支撑，这对于保障船舶的安全至关重要。

2 精度控制技术

2.1 余量以及补偿量的加放技术

在船舶建造中，为了确保船体的精度和质量，常常需要在设计和建造过程中留出一定的余量，以便适应材料的变形和装配误差。传统的加放余量控制技术存在一些不足之处，例如，无法准确估计各种因素对精度的影响，容易造成过度补偿或不足补偿的情况。为了解决这些问题，现代船舶建造中引入了补偿量的加放技术。通过准确测量和分析各种因素对精度的影响，可以根据实际情况在相应位置增加或减少补偿量，让船体的精度更加符合设计和建造要求。

2.2 反变形精度控制技术

船只船身大多是由钢板构成，在进行船体的切割和焊接时，钢板容易受到热变形和力学变形的影响，从而导致船体整体精度的下降。为了解决这个问题，船舶建造中可采取反变形精度控制技术。该技术包括预测变形的模拟和分析、优化切割和焊接工艺、采取补偿措施等。通过对钢板进行精确的切割和焊接，以及在需要的位置施加适当的力来抵消变形，可以保持船体钢板的原有形状，提升船舶建设的精密性。

2.3 精度控制的统计技术

精度控制不仅仅是一次性的检测和调整过程，而是一个持续改进的过程。统计技术在精度控制中起着重要的作用，通过收集、记录和分析大量的数据，可以了解船舶建造过程中的误差来源和变化趋势，从而为设计与工艺方法的优化提供参考。同时，统计技术还可以用于协调各条生产线，保证各环节之间的配合和协作，提高生产效率。

3 船体分段建造现场精度控制

3.1 胎架制作

为了强化胎架制作的精度控制，技术人员可使用水平仪、激光仪等专业测量工具进行测量，这些工具具有高精度和准确性，能够帮助技术人员获得精确的尺寸数据。在使用这些测量工具前，技术人员必须了解工具的精度和误差范围。只有对测量工具的性能有清晰的认识，才能准确评估胎架制作的精度。因此，在实际操作中，技术人员需要进行测量工具的校正，确保其处于最佳工作状态。

胎架制作的精度控制涉及多个方面。首先，胎架的总体尺寸必须符合线型正平的强度要求。通过准确测量和精确的制作过程，可以保证胎架的尺寸与设计方案一致。其次，胎架的表面应平整、光滑，没有凸起或凹陷，以提高其抗压性和耐久性。此外，在胎架制作时，注意缝隙的检查。若存在缝隙则会影响胎架的质量，导致尺寸误差。对此，应仔细检查活络胎架间的横向和竖向连接状态，确保能够满足设计要求。

3.2 钢料加工

钢料的加工应当精确控制以下几个环节，以确保最终构件的质量和精度：（1）钢料在加工过程中会受到温度的影响，而温度的变化会导致材料的热胀冷缩现象。技术人员在构件成形加工中，需要精确计算和预测材料由于温度变化而引起的尺寸变化，以便进行相应的补偿措施。通过合理的温度控制和对构件加工过程中材料的精准测量，可以减小热胀冷缩对精度的影响，确保构件的尺寸规格达到设计要求。（2）边缘加工是钢料加工中非常关键的一步，直接关系着构件的尺寸精度和装配质量。在切割构件边缘尺寸时，技术人员需要使用精密的切割设备，并精确控制切割参数，如切割速度、刀具压力等，以确保切割的精度满足设计要求。同时，对加工后的边缘进行必要的修整和磨削，以消除可能存在的毛刺和不平整，进一步提高边缘的精度。（3）在船舶结构的连接部分，常常需要进行坡口加工，以便实现构件之间的良好连接和焊接，坡口的精度直接影响连接的紧密程度和强度。技术人员需要根据设计要求，在坡口加工过程中合理选择加工方法和工艺，确保坡口的形状、尺寸和倾斜角度等符合要求。同时，通过严格的检验和测量，及时发现和纠正坡口加工中的偏差，保证坡口加工的精度。（4）配套样箱是用于辅助构件成形加工的工具，其精度对于构件的最终尺寸具有重要影响。在冷热状态下，配套样箱可能会因为材料的膨胀和收缩而导致尺寸偏差，从而影响构件成形的精度。技术人员需要通过科学的调控和操作，控制样箱的温度、尺寸及安装位置，以便实现构件成形加工过程中的精准控制。

3.3 构件焊接

构件焊接直接影响着分段的精度和质量，通过合理、准确地焊接构件，可以保证船体结构的强度和稳定性，从而延长船舶的使用寿命，并确保其安全运行。工作人员需要严格遵循设计方案和施工安排，确保每个构件按照正确的次序被焊接到正确的位置上。在进行构件焊接前，需要对船体分段进行有限元计算，以此评估构件焊接后可能出现的变形情况，并根据计算结果进行相应的调整和控制，确保最终的分段符合设计要求。焊接时，产生的高温和热应力可能会导致构件的形状变化，从而影响分段的精度。为了防止这种情况的发生，工作人员需要在焊接前进行适当的预热和控温，同时采用合适的焊接方法和参数，确保焊接环节的温度和热应力得到有效控制。如果构件在焊接期间发生变形，工作人员需要及时采取措施进行调整，主要涉及重新测量和调整构件的尺寸、形状和位置，以使其符合设计要求。焊接结束后，需检查焊缝的质量、强度和密实性，并对存在的焊接缺陷进行修复和处理。通过严格的焊缝检查，可以确保焊接的可靠性和耐久性，提高分段的质量和可靠性。除了焊接过程本身，工作人员还应当记录关键的焊接参数、焊接顺序以及环境温度等信息，并将其整理汇报给相关人员。这些记录对于建立焊接工艺的标准化和优化具有重要意义，有助于提高整个分段建造过程的管理和控制水平。

3.4 画线

在画线工艺中，中线斑的外观和尺寸以及对角线的精准度是需要特别注意的。中线斑是船体结构的重要标志，需要通过准确的画线来保证其形状和尺寸的合理性，以便后续的加工和安装工作能够顺利进行。而对角线则是衡量船体符合设计要求的重要指标之一，通过精确的画线工艺可以确保对角线的精准度达到设计要求，从而保证船体结构的稳定性和强度。此外，技术工作人员需要根据具体的尺寸要求，将切割检验线准确地标记在板材上，包括切割位置、长度等信息，以便进行后续的切割工作和质量检验。标记应该做到清晰可见，避免模糊或混淆，在整个分段建造过程中保持一致性，确保工艺的连续性和准确性。

3.5 运输

分段的吊运要点包括：（1）在进行分段吊运前，需要对船体结构进行强处理，以提高其承载能力和稳定性。（2）根据分段的质量、形状和尺寸选择最适合的吊装方式，并严格遵循操作规程，以确保安全性。（3）在吊运过程中，必须检查吊具的规格、品质能否符合要求，确保其能够承受分段的重量和力度。吊具的故障或损坏可能导致意外事故发生，因此必须保证吊具的完好和可靠性。（4）在进行吊装前，必须确保分段已经完全割离并且没有任何未解除的固定装置。（5）对于那些需要使用吊环进行吊装的分段，必须检查吊环的焊接质量，确保焊接牢固可靠，位置合理，并且焊接强度满足要求。（6）在使用钢丝绳进行吊装时，需要特别注意分段边缘的保护。应在钢丝绳与钢板边缘的接触处采取加垫方木、半圆管或角钢等防护措施，以防止分段变形和钢丝绳断裂的风险。

分段的水平运输要点包括：（1）在进行水平运输前，必须确保分段能够顺利吊入/吊出船舶，因此，需控制好吊装设备和船体结构的兼容性问题。在安排水平运输前，应进行必要的测量和检查，以确保分段与目标船舶相互匹配。（2）放置方法的选择应基于分段的几何形状和质量特征，并且需要确保分段在运输过程中保持稳定和安全。（3）在进行陆路运输时，必须确保分段的尺寸符合马路宽度限制，以避免交通事故和违章行为。在计划和组织陆路运输时，应与相关部门进行沟通，并遵守所有交通法规和安全要求。（4）在进行分段的水平运输前，应在分段下方准备好适当的垫块位置，以保证分段在运输过程中的稳定性和安全性。垫块的选择和布置需要根据具体情况进行评估，并确保其能够有效地提供支撑和缓冲作用。

4 公务海工船舶分段精度控制工艺

下文以福建厦门船舶重工股份有限公司制造的公务海工船舶为例，对其各工序的精度控制进行分析。

4.1 胎架制作

首先，需要划出胎架的地面投影线，包括中心线、基准线、外板折角线、上口合拢缝线以及四个角点等，这些线的确定对于后续的施工起到了基础性的作用。然后，还需要确定纵向和横向的补偿值，以保证最终的胎架尺寸准确无误。在角钢树胎的过程中，需要特别注意角钢与外板面的贴合度，确保它们之间的连接紧密可靠。同时，还需检查基准线的垂直度和胎架的尺寸，确保结构划线的精度和准确性。在长度较大的分段中，还需要进行反变形补偿，防止分段在运输和焊接过程中产生变形。

4.2 装焊与检测

为了保证船舶的整体结构坚固和稳定，需要控制好焊接顺序和参数。在焊接环节，需要注意控制肋板和纵桁的垂直度，以避免后续修割工作。同时，要控制好各个结构之间的对接间隙，尽量避免焊接收缩变形的发生。对于一些特殊构件，还需要采取反变形措施，并在焊接完成后进行矫正。此外，还需要明确分段焊接的检查标准，对关键位置的安装尺寸和合拢结束的高度基准进行检查，保证质量符合要求。

4.3 分段余量划线

为了保证分段在拼装时能够准确无误地对接，需要实行分段余量划线。首先，将横向分段基准线作为基准，确定每个分段的长度，并根据这个长度实行长度方向的余量划线。其次，需要将中心线引到主甲板、艉封板和横舱壁板等位置，作为宽度定位的基准线。在划线过程中，需要测量和修正高度基准线，以作为船台搭载与水尺划线的参考。再次，需测量和调整基线，从而控制好基线的挠度。最后，为了方便分段的安装，还需要在外板下面划出距离中心线2000mm的纵向安装宽度基准。在划线期间，应当特别注意样冲点的准确性和精度。

4.4 分段运输

在运输前，需要事先规划好吊码和支撑布置图。通过合理的吊码设置和支撑安排，可以确保分段在运输过程中平稳无碰撞地移动。在分段下胎之前，还需要划好位置线，并进行对应的加排工作，以便于主甲板吊运和支撑外板实行水平运输。这一过程需要严格按照计划进行，确保每个分段的位置准确无误。

5 结语

在进行船体分段建造期间，必须要对建造精度进行全面把控，以此确保船体装配后的使用功能健全完善。有关技术人员也需要对船体分段建设的工艺流程进行控制与检查，确保其建造质量以及精细化水平，在切实减少建造时间的同时，同时保障船舶使用质量，使得船舶具有更高的使用价值。