船舶構(gòu)件焊接技術(shù)設(shè)計方案

船舶構(gòu)件焊接技術(shù)設(shè)計方案

目錄

1緒論.......................................

1.1課題研究的目的和意義..........................

1.2船舶相關(guān)焊接技術(shù)發(fā)展情況.......................

2船舶建造工序.............................

2.1船體主要結(jié)構(gòu)..................................

2.2造船流程的演變................................

3船體裝配..................................

3.1固定平臺......................................

3.2胎架設(shè)計與制造................................

3.3、胎架基面和胎架型值的確定

4T型梁的裝焊...............................

4.1直T型梁及彎T型梁的裝配步驟....................

5肋骨框架的裝焊..............................

5.1普通肋骨框架的裝焊..............................

5.2強肋骨框架的裝焊................................

6船舶結(jié)構(gòu)和焊接

6.1船體焊縫布置

6.2焊接工藝要求

6.3焊接過程

7船體結(jié)構(gòu)缺陷補償

1緒論

1.1課題研究的目的和意義

“產(chǎn)品的質(zhì)量是企業(yè)的生命”，良好的船舶建造質(zhì)量是

保證船舶安全航行與作業(yè)的重要條件，船體的結(jié)構(gòu)強度

要求焊縫保證一定的強度,能承受強風(fēng)浪的沖擊,如果焊

接接頭存在嚴(yán)重的焊接缺陷,在惡劣的環(huán)境下,就有可能

造成部分結(jié)構(gòu)斷裂;甚至引起斷船沉沒的重大事故.據(jù)對

船舶脆斷事故調(diào)查表明,40%的脆斷事故是從焊縫缺陷處

開始的〃筆者所接觸的船廠,在造船質(zhì)量方面存在的主要

問題就是焊縫質(zhì)量的缺陷.因此,焊接質(zhì)量檢驗尤為重要,

做到及早發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，對焊接接頭的質(zhì)量做出客觀的

評價;把焊接缺陷限制在一定的范圍內(nèi)，以確保船舶航行

安全和水上人命財產(chǎn)安全〃

焊接缺陷的種類較多，按其在焊縫中的位置不同，可

分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。常見的焊接外部缺陷有:焊縫

外形尺寸和形狀不符合要求!咬邊!焊瘤!弧坑!表面氣孔!

表面夾渣及焊接裂紋等；內(nèi)部缺陷有:氣孔!夾渣!焊接裂

紋！未焊透等〃在船舶建造過程中，影響焊接質(zhì)量的因素

很多，如鋼材和焊條質(zhì)量，坡口加工和裝配精度，坡口表

面清理狀況及焊接設(shè)備!任何一個環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，都會產(chǎn)

生焊接缺陷，影響焊縫質(zhì)量。但是最主要原因也是最可以

人為控制的焊接工藝參數(shù)，應(yīng)當(dāng)合理選擇焊接工藝，不

斷開展焊接工藝評定工作，提升船舶構(gòu)架以及船體的連

接強度。

1.2船舶相關(guān)焊接技術(shù)發(fā)展情況

船舶焊接技術(shù)是船舶工業(yè)的主要關(guān)鍵工藝之一，船

舶焊接技術(shù)的進步推動了造船技術(shù)的發(fā)展，同時造船技

術(shù)的發(fā)展也促進了焊接技術(shù)的發(fā)展。

2船舶建造工序

2.1船體主要結(jié)構(gòu)

船舶各部位名稱如圖所示。船的前端叫船首

(stem)；后端叫船尾(stern);船首兩側(cè)船殼板彎曲處

叫首舷(bow)；船尾兩側(cè)船殼板彎曲處叫尾舷(quarter)；

船兩邊叫船舷(shipsside)；船舷與船底交接的彎曲部

叫艙部(bilge)o

連接船首和船尾的直線叫首尾線(foreandaftline

centerline,centreline)。首尾線把船體分為左右兩

半，從船尾向前看，在首尾線右邊的叫右舷(starboard

side)；在首尾線左邊的叫左舷(portside)。與首尾線

中點相垂直的方向叫正橫(abeam),在左舷的叫左正橫;

在右舷的叫右正橫。

船體水平方向布置的鋼板稱為甲板，船體被甲板分為

上下若干層。最上一層船首尾的統(tǒng)長甲板稱上甲板

(upperdeck)o這層甲板如果所有開口都能封密并保證

水密，則這層甲板又可稱主甲板(maindeck),在丈量

時又稱為量噸甲板。

少數(shù)遠(yuǎn)洋船舶在主甲板上還有一層貫通船首尾的上

甲板，由于其開口不能保證水密，所以只能叫遮蔽甲板

(shelterdeck)

2.1.1船體的基本結(jié)構(gòu):

船體由甲板、側(cè)板、底板、龍骨、旁龍骨、龍筋、肋

骨、船首柱、船尾柱等構(gòu)件組成。實際船舶的船體結(jié)構(gòu)

是十分復(fù)雜的，而艦船模型的船體結(jié)構(gòu)簡單。艦船模型

船體結(jié)構(gòu)參照下圖

船體的結(jié)構(gòu)

2.2造船流程的演變

2.1.1系統(tǒng)造船流程

2.1.2區(qū)域造船流程

I

-

系

泊

試

驗

試

2.1.3總裝造船流程

系

泊

|w試

制

I國單驗

試

陋

組

?裝!

航

裝

制

集

|機械設(shè)備訂-1~~)HH交

fufu—I——I—船

3船體裝配

裝配就是將加工合格的船體零件組合部件、分

段、總段，直至船體的工藝過程。

船體裝配分為船體結(jié)構(gòu)預(yù)裝焊和和船臺裝焊，其

中船體結(jié)構(gòu)預(yù)裝焊又分為部件裝焊、分段裝焊和總組裝

裝焊三道工序。

船體結(jié)構(gòu)預(yù)裝焊所使用的主要設(shè)備有起重、電焊、氣

割和壓縮空氣設(shè)備，以及管道、平臺和胎架。其中平臺

和胎架試主要工藝設(shè)備。

一、平臺的種類和用途

平臺一般是由水泥基礎(chǔ)和型鋼、鋼板等組成的具有一

定水平度的工作臺，分為固定式和傳送帶式兩大類。

3.1固定式平臺

(1)蜂窩平臺

由鋼筋混凝土基礎(chǔ)、型鋼框架和開有蜂窩狀圓孔的鑄

鐵平板組成

(2)鋼板平臺

又稱實心平臺，其結(jié)構(gòu)如圖所示

(3)水泥平臺

(4)鋼板蜂窩平臺

(5)輻柱式輸送平臺

3.2胎架設(shè)計與制造

胎架是裝配焊接曲面分段和帶曲面的立體分段及總

段的工作臺。它的曲形工作面應(yīng)與分段和總段外形曲面

相符合，其作用是保證分段或總段的型線和尺度，并使

分段和總段裝配焊接時具有良好的工作條件。為了防止

胎架在使用過程中產(chǎn)生變形而影響施工質(zhì)量，胎架的制

作除應(yīng)保證其工作曲面的型線正確外，還應(yīng)保證有足夠

的結(jié)構(gòu)剛性。止匕外，必須對胎架作定期的檢查和矯正。

（1）胎架的組成

模（胎）板由橫向布置的多根角鋼組成；為了防

止胎架在使用過程中產(chǎn)生變形而影響施工質(zhì)量，必須使

其具有足夠的剛性。

胎架基準(zhǔn)面就是用來確定胎架工作曲面的基準(zhǔn)

面，由胎板底線組成；基面形式應(yīng)使分段和總段裝配焊

接時具有良好的工作條件。

胎架工作曲面由胎板上緣工作曲線組成，曲形工

作面應(yīng)與分段和總段外形曲面相符合,其作用是保證分

段或總段的型線和尺度。

縱（橫）向連接構(gòu)件有縱（橫）向牽條、邊緣

角鋼等，其作用使胎板和胎架成為一個整體。

（2）胎架的設(shè)計與制造

3.3、胎架基面和胎架型值的確定

1.胎架基面的確定

胎架基面是用來決定胎架工作曲面型值的基準(zhǔn)面。根據(jù)

它與肋骨剖面和基線面的相對關(guān)系，通常分為以下幾種:

1）正切胎架

2）正斜切胎架

3）斜切胎架

首先在肋骨型線圖上作出胎架基面的投影線，再根據(jù)

胎架支柱間距在胎架基面投影線上求出支柱點，然后過

這些支柱點沿胎架基面投影線垂直方向，量取到對應(yīng)肋

骨線的距離，并減去板厚，即得到胎架的高度型值。

3.胎架結(jié)構(gòu)形式的確定

1）軍品或精度要求高，批量大的民品宜選剛性好的單板

式胎架；

2）一般產(chǎn)品、單船建造的分段可選用衍架式胎架；

3）型線曲率小的分段可用支點式胎架；

4）盡量擴大通用胎架的使用范圍。

4.胎架制作

1）在平臺上劃線

2）豎立支桿

3）作水平面

4）量型值

四、船體結(jié)構(gòu)預(yù)裝焊工藝

船體結(jié)構(gòu)預(yù)裝焊包括部組件裝焊、分段裝焊、大型分段

或總段的組裝等工作內(nèi)容。

1.分段裝焊工藝

1.1分段的類型

分段是由零、部件組裝而成的船體局部結(jié)構(gòu)。

分段的種類很多

’按其外形特征大致可分為以下幾類,

如圖所示：

1）平面分段

2）曲面分段

3）半立體分段

1)總段

2.分段裝焊工藝的基本內(nèi)容

1）選擇分段裝配基準(zhǔn)面和工藝裝備;

2）決定合理的裝焊順序；

3）決定合理的焊接程序；

4）提出施工技術(shù)要求。

4T型梁的裝焊

T型梁由腹板和面板組成。船體結(jié)構(gòu)中強肋骨、強橫

梁、舷側(cè)縱桁、艙壁桁材和單底船的肋板、中內(nèi)龍骨都

是T型部件。T型梁分直T型梁、彎T型梁兩類：凡是面

板平直的為直T型梁，面板彎曲的為彎T型梁。一般都

在平臺上進行裝焊，直T型梁多采用倒裝法，彎T型梁

則采用側(cè)裝法。對具有腹板扶強材的T型直梁，待腹板

與面板組裝妥后，將其扶強材的位置線來安裝置板扶強

材。

4.1直T型梁的裝配及彎曲T型梁的裝焊步驟

圖4.1

(1)簡要裝焊步驟(見圖4.1)

胎架準(zhǔn)備一面板、腹板預(yù)拼裝一吊裝面板一在面板

上劃線一腹板安裝一焊接一檢驗一矯正

(2)裝焊步驟說明

(3)簡要裝焊步驟(見圖4.1)

胎架準(zhǔn)備(馬板)一鋪腹板一面板上劃線一面板安

裝一焊接一檢驗一矯正

(4)裝焊步驟說明

T型彎梁大多采用側(cè)裝法

5肋骨框架的裝焊

肋骨框架分普通肋骨框架和強肋骨框架。普通肋骨

框架由肋板、普通肋骨、普通橫梁、梁肘板、毗肘板組

成的環(huán)形框架；而強肋骨框架由肋板、強肋骨、強橫梁、

肘板組成的環(huán)形框架。兩者裝焊都采用側(cè)裝法。

肋骨框架裝配前，應(yīng)該先在鋼板平臺上畫出左右對

稱的全寬肋骨型線圖（見圖4-1）。型值由放樣間提供。

其畫法步驟是：作出全寬肋骨型線圖的格子線（包括輔

助水線和輔助縱剖線），按放樣型值依次逐根畫出左右對

稱的肋骨型線及甲板梁拱曲線，再畫出縱向結(jié)構(gòu)線和外

板接縫線。全寬肋骨型線圖可按肋框形式與結(jié)構(gòu)強弱來

分開畫出，或按不同總段（及立體分段）而分別畫出，

以便平行作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，至于分多少，怎樣分，

則要根據(jù)不同的建造方法來確定。這樣，全寬肋骨型線

圖就作為肋框裝焊時對線定位和檢驗的依據(jù)。

圖.1全寬肋骨型線圖

5.1普通肋骨框架的裝焊

(1)簡要裝焊步驟

胎架準(zhǔn)備一肋板、普通肋骨、普通橫梁定位一梁肘

板、毗肘板定位一畫線一臨時加強一焊接一檢驗。

(2)裝焊步驟說明(見圖5.11)

甲板縱桁

船

肘

板

泰

Itt'花欲的材

圖5.11普通肋骨框架裝配

5.2強肋骨框架的裝焊

(1)簡要裝焊步驟

胎架準(zhǔn)備一肋板、梁肘板定位一強橫梁、強肋骨定

位一嵌裝肋板、梁肋板一焊接一畫線一檢驗

(2)裝焊步驟說明：(見圖5.2)

勵板的戰(zhàn)

圖5.2強肋骨框架裝焊

6船舶結(jié)構(gòu)和焊接

6.1船體焊縫布置

（1）船底結(jié)構(gòu)由下列部件構(gòu)成：肋板、中內(nèi)龍骨、旁

內(nèi)龍骨、觥肘板等；

（2）舷側(cè)結(jié)構(gòu)由下列部件組成：肋骨（主肋骨、中間

肋骨、甲板間肋骨）、強肋骨、舷側(cè)縱桁

（3）甲板結(jié)構(gòu)由下列部件組成：甲板縱骨、甲板縱桁、

強橫梁、肘板

（4）艙壁結(jié)構(gòu)由下列部件組成：艙壁板、艙壁骨架：

扶強材（用不等邊角鋼、T型材）、桁材（焊接T型材或

折邊板），或為槽型艙壁

（5）艄端結(jié)構(gòu)由下列部件組成：扶強材、上甲板、制

蕩艙壁、強胸橫梁、舷側(cè)縱桁、中內(nèi)龍骨、強肋骨、肋

骨、升高肋板、腦柱：

(6)解端結(jié)構(gòu)由下列部件組成：腥柱、強胸橫梁、舷

側(cè)縱桁、中內(nèi)龍骨、強肋骨、扇形肋骨、升高肋板、制

蕩艙壁、下甲板、橫艙壁、腥尖艙壁、支柱、托機艙平

臺

(7)上層建筑由下列部件組成：船樓結(jié)構(gòu)：兩側(cè)壁、

前后端壁、甲板板、橫梁、肋骨、縱桁、縱骨、扶強材,

甲板室結(jié)構(gòu)：縱向圍壁、前端壁、后端壁甲板及骨架組

成：

(8)其他結(jié)構(gòu)：基座結(jié)構(gòu)、軸隧結(jié)構(gòu)、舷墻、檔浪板和

護舷材。

中、小組立工程中的主要焊接接頭

圖中1_平板對接2—加強筋角焊3一縱骨的角

焊4一大拼板對接5一縱骨的角焊6—橫向構(gòu)件

槽口角焊7一雙層底艙內(nèi)部8—曲面拼板對接9

—曲面肋骨肋板角焊

1一船體外板對接2—內(nèi)底板對接（縱向）3—內(nèi)底

板對接（橫向）4一傍板對接5一肋骨隔板對接6

一艙底邊隔板對接7一上甲板對接（縱向）8-±

甲板對接（橫向）9—內(nèi)底板上與之相關(guān)聯(lián)的角焊

10一縱骨對接

可以看出，船體構(gòu)件的一般連接為對接，角接

結(jié)構(gòu)。

6.2焊接工藝要求

6.2.1焊接坡口型式及加工尺寸應(yīng)按Q/SWS

40-001.2-2003《船體結(jié)構(gòu)焊接與坡口型式選用》規(guī)定進

行。安裝精度應(yīng)符合Q/SWS60-001.2-2003《船舶建造質(zhì)

量標(biāo)準(zhǔn)建造精度》要求。

6.2.2焊前，焊工必須對焊接坡口及坡口兩側(cè)各寬20mm

范圍內(nèi)，角焊縫在焊接寬度方向兩側(cè)各寬20mm內(nèi)，清除

氧化物，水份，油污等。

6.2.3當(dāng)焊縫清理后未能及時焊接并因氣候或其他原

因影響而積水，受潮、生銹時，在焊接前應(yīng)重新清理。

6.2.4定位焊所用焊材應(yīng)與正常焊接所用焊材相一致，

定位焊中不允許有裂紋、氣孔、夾渣存在、當(dāng)定位焊中

有焊接缺陷存在時，在施焊前，必須予以剔除重新定位

焊接。一般強度鋼的定位焊長度為30111nl以上；高強度鋼

的定位焊長度不小于50mm。

6.2.5施焊規(guī)范和要求，應(yīng)嚴(yán)格按工藝規(guī)范要求執(zhí)行。

6.2.6當(dāng)焊接采用多道或多層焊時，焊工在每一焊道焊

后須清除焊渣與飛濺，每焊道的接頭應(yīng)相互錯開至少

（30?50）mm。

6.2.7當(dāng)焊接環(huán)境溫度低于-5℃施焊一般強度鋼的船

體結(jié)構(gòu)（船體外板和甲板等）和環(huán)境溫度低于0℃施焊高

強度鋼時，均需進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般大于80C左右。

對有特殊要求的鋼種或大厚板（t250nlm）的構(gòu)件，焊接

時應(yīng)編制焊接專用工藝，并嚴(yán)格按要求執(zhí)行。

6.2.8當(dāng)采用自動埋弧焊焊接時，焊縫起始端與末端

（自由端）必須安裝引、熄弧板。其大小尺寸為（150X

150）mm,厚度與焊件相同。當(dāng)采用單面焊時，引、熄弧

板應(yīng)按特殊要求選用。

6.2.9當(dāng)采用手工電弧焊或CO2自動、半自動焊時，焊

縫起始端與末端必須安裝引、熄弧板。其大小尺寸為（100

X100)mm,厚度應(yīng)符合表2要求。

表2引熄弧板選用的

厚度mm

1416182022242628

拼板<t<t<t<t<t<t<t

板厚WWWWWWW

1618202224262830

弓I熄

1618202224262830

弧板

6.2.10船體分段在焊接中，分段兩端的縱向構(gòu)件應(yīng)留

有300mm長度的距離暫不焊接。待分段與分段合攏后再

進行焊接。

6.2.11在拼板上安裝構(gòu)件時，由于拼板焊縫余高的存

在而影響構(gòu)件與拼板的安裝緊密，在構(gòu)件安裝前，應(yīng)對

構(gòu)件與板縫交接處的板縫余高批平，長度應(yīng)不小于構(gòu)架

板厚。隨后安裝構(gòu)件，或?qū)⒖邕^對接焊縫的構(gòu)件腹板邊

緣開通焊孔，以使構(gòu)件與板材安裝緊密，保證焊接質(zhì)量。

當(dāng)該處采用單面角焊或間斷焊時，則在構(gòu)件與板縫的交

接處采用雙面焊接，焊縫長度大于751ml1。

6.2.12焊縫末端收弧處應(yīng)填滿弧坑，通焊孔或止漏孔

應(yīng)具有良好的包角。

6.2.13合金鋼的焊接則按其專用工藝執(zhí)行。

6.3焊接過程

1）船體焊接順序的原則

6.3.1應(yīng)考慮起始焊接時，不能對其他焊接形成強大的

剛性約束。

6.3.2每條焊縫焊接時，盡量保持其一端能自由收縮。

6.3.3當(dāng)采用手工焊接，焊縫長度＞2000mm時，應(yīng)采用

分中逐步退焊法焊接。

6.3.4分段構(gòu)架焊接，焊工應(yīng)成雙數(shù)由中間向四周分散

焊接。

6.3.5焊接順序舉例

a）長方形或圓形工藝孔封板焊接順序,見圖lo

2

3中W300mm①>300mm

圖1長方形或圓形工藝孔封板焊接順序

b）拼板焊接順序，見圖2。

1①1

2②_2

2②2

1①

（圖中圓圈數(shù)字表示焊工代號）

圖2拼板焊接順序

c）總段環(huán)縫焊接順序，見圖3。

圖3總段環(huán)縫焊接順序

d）分段焊接順序，見圖4。

先焊外板與外板之間的拼板焊縫，然后焊構(gòu)架之間的

對接焊縫，再焊構(gòu)架與構(gòu)架間的角焊縫，最后焊構(gòu)架與

外板之間的角焊縫。

2..1

1??2

圖4分段焊接順序

7船體結(jié)構(gòu)缺陷補償

船舶下水之前，造船廠檢驗部門將對船體結(jié)構(gòu)（包

括線型）進行全面的測量以及完整性的驗收，以便將可

靠的數(shù)據(jù)及有關(guān)資料提供給船級社和驗船機構(gòu)備查審

核。鑒于船體是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體，盡管在各道工序中

實施了嚴(yán)格的管理措施以及按照工藝規(guī)程操作，由于工

作量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，局部處施工條件差，因此仍免不了

還會存在一定數(shù)量的缺陷。在這種情況下，采取適當(dāng)?shù)?/p>

補強乃是保證船體結(jié)構(gòu)局部強度的一種有效手段。下面

就以實例來探討缺陷的補強方法。

(1)分段或總段對接處肋距超差

按照船體建造精度要求，對于已完成的分段或

總段對接大接縫，心須測量其間的肋骨間距，并規(guī)定了

極限誤差值。因為一旦超差，將在一定程度上影響船體

強度。一般可在大接縫區(qū)域適當(dāng)位置增加中間肋骨或在

相鄰兩肋骨間增設(shè)數(shù)道縱桁予以補強，對于局部偏差的,

可在局部增設(shè)縱桁，但縱桁兩端必須作必要延伸，以防

止產(chǎn)生應(yīng)力集中。

(2)船體外表變形超差

船體外板線型平順與否是衡量一艘船舶船體建造質(zhì)

量的標(biāo)志之一。根據(jù)船體建造精度要求，規(guī)定了在一個

肋距內(nèi)或在一米長度范圍內(nèi)外板的不平度誤差。船體外

板的變形超差，最常見于線型變化曲率較大的艄腥部及

相鄰分段對接的大接縫區(qū)域。當(dāng)然應(yīng)首先考慮盡量利用

工裝夾具及冷熱加工等措施矯正外板超差處的不平度。

對于不平順面積較小的外板，可按圖1所示補強，圖中

表示了分段接縫處外板的缺陷及補強辦法，如采用扁鋼

補強，則扁鋼尺寸可取比肋骨型號略小的型材進行補強。

對于相鄰肋骨間不平順面積較大的外板，在不平順

處采用縱橫向十字交叉結(jié)構(gòu)的型材補強，縱橫向型材的

兩端應(yīng)分別削斜過渡。

(3)外板上肋骨腹板與理論平面超差

對于中小型船舶的艄艇段，一般在胎架上以甲板為

基準(zhǔn)面采用反造法進行建造。這樣在吊裝肋骨框架定位

時，如若肋骨框架稍有扭曲或定位時未與甲板上的中心

線相垂直，這樣就會造成肋骨腹板與外板連接后所形成

的角度不符要求，焊后就稱為肋骨腹板變形，對于由此

形成的缺陷，由于結(jié)構(gòu)空間狹窄，特別是在焊后很難矯

正。所以選用肘板進行補強就顯得既方便又實際。

(4)船體結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)件連接尺寸超差

船體是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體，船體內(nèi)部構(gòu)架密集，各

種型式的構(gòu)件縱橫相交，形成了所謂結(jié)構(gòu)節(jié)點。例如縱

骨與肋板相交、龍骨與艙壁相交、橫梁與縱桁相交等等。

這些相交的結(jié)構(gòu)節(jié)點，若在施工中因技術(shù)不熟練或稍有

疏忽大意，就會造成節(jié)點處相交構(gòu)件連接尺寸間隙過大,

致使無法施焊，直接影響結(jié)構(gòu)的剛度和強度。

橫梁與肋骨相交處間隙過大