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1、第25卷第4期江苏船舶Vol.25No.42008年08月JIANGSUSHIPAug.2008提高船台效率的技术措施陈章兰,熊云峰,李宗民,袁红莉(集美大学轮机工程学院,福建厦门361021)摘要:船舶是个涉及成千上万个零部件的复杂的系统工程,影响其船台合拢效率的因素是多方面的,高技术水平的设备可提高加工精度,而理论水平的进步为分段变形预测提供基础。此外,以合理的分段结构设计和焊接工艺、科学管理等为特征的精益生产模式是提高船舶分段合拢效率的软件条件。只有理论、技术的有机结合才能真正推动船舶制造成为我国国民经济可持续性发展的规模产业。关键词:船台;分段合拢;效率;焊接变形控制;无余
2、量造船技术中图分类号:TG404文献标识码:A0引言1国内外提高船台效率的技术措施在船舶建造技术早期阶段,为确保船舶整体尺大致说来,采用无余量造船技术,即采用补偿量寸,船舶分段建造时一般采用首尾留余量方式,在合代替余量的方法,进行分段搭载前必须预修整,使分拢阶段根据变形情况,把合拢部位多余的部分进行段在上船台或船坞装配前达到预定的尺寸要求。随割除。诸如纠正前道工序产生的误差的调整、划线、着计算机技术的发展及建造过程的仿真应用,早在安装背衬条以及用于顶撑的额外的安装件,作业后20世纪70年代,前苏联、日本等一些造船业发达的的清理,焊接装配时留下的焊缝、修整打磨不端正的国家开始对平直分
3、段建造进行全过程的尺寸精度控坡口,熔敷过宽的接头间隙等,称为船体建造过程中制,现在发展为对包括曲面分段在内的所有分段建的调整工作。造全过程的尺寸精度控制。结合多年的现场实测数一般来说,采用留余量建造法,其调整工作,占据的积累与统计分析及理论计算,掌握了船体建造据船体建造工时的很大比例。特别是在船台合拢阶过程几乎所有加工过程的变形规律,掌握了无余量段,仅调整工作即占总的船体工作量的40%～造船的最核心的技术。通过计算每个分段的补偿量[1]及船台装配的调整量,减少了调整工时,大大提高了50%。不仅如此,留余量建造法浪费材料,对分段质量影响很大,增加了施工人员的工作强度。并船台效率。且由
4、于火焰加工,再生了结构的变形。因此,留余量我国船舶分段建造时一般采用留余量法,随着建造法在保证船体整体尺寸的同时,在建造技术精技术水平提高,我国在逐步实施无余量造船技术中益求精的今天,成为提高船台乃至船舶建造效率的某些方面,如尝试对建造过程的精度管理,提高设备瓶颈。而企业是否采用无余量建造法,成为企业建性能等方面也取得可喜进步。造技术是否先进的一个标志。2提高船舶分段合拢效率的理论基础由于船体是典型的焊接结构件,整体尺寸的控在满足准确下料的前提下,焊接变形的控制是制关键在于分段结构变形的控制。采用无余量造船提高分段合拢效率的主要内容。对于焊接变形的估法的关键在于对焊接结构变形的准确
5、预测和控制,[2]是提高分段合拢效率的前提条件。因此,探讨控制计过去大多基于经验或简化计算方法,但焊接过分段变形的途径、采取有力的措施控制分段结构焊程是个强热力耦合过程,变形数据的获得,通过实践的经验数据或简化计算还不足以达到精益造船的要接变形成为提高分段合拢效率的前提。求。另外经验数据或简化计算也只能用于最简单的收稿日期:2008-04-20板或梁等焊接构件,对稍复杂的结构就无能为力。作者简介:陈章兰(1970-),女,硕士,集美大学轮机工程学院工程最近发展起来的热弹塑性有限元方法从原理上师,研究方向为船舶焊接过程数值模拟、变形控制、质量检验。可以解决复杂焊接结构的变形问题,且可
6、较准确地第4期陈章兰等:提高船台效率的技术措施37预测焊接变形。其理论基础为热弹塑性力学,分析分段结构中骨材与板材焊接角变形的预测,有限元预测焊接变形时,对整个焊接过程,模拟中采取给定法模拟的数据,与实际结构件变形数据相比基本吻时间步长的办法,计算每一时刻的焊接温度场,以及合,说明了热弹塑性有限元法对较典型接头形式的[3]在每个时间段内,温度增量引起的应力应变增量,逐变形模拟是较成功的。可以看出,焊接先后顺序步迭加,最终得到残余应力与变形。如图1所示,对对结构变形的影响。图1骨材与板材角接头的焊接变形经历图1中虚线部分为焊前位置,焊后位置以实线变形能力,又比较经济,有很大的实用意义
7、和发展前[4]表示。可以看出,在点固焊的情况下,结构变形与焊景。实际上,造船技术先进的国家,如日本,就是接顺序相关。骨材的变形使得分段合拢过程中不能以固有应变法来预测和控制焊接变形,并在船厂得对齐,而板材的变形使分段合拢阶段外形尺寸与形到广泛应用。状不吻合,都需要调整。3提高分段合拢效率的主要工艺技术措施尽管如此,弹塑性有限元法模拟焊接变形时,需对每一时间步长内,各单元温度进行模拟,然后得出3.1优化板缝布置,精确控制余量焊接残余变形数据,而单元划分数量相当大,因而需
