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集装箱船舶工艺设计简析

 论文栏目:工艺设计论文     更新时间:2013-12-10 10:23:47   

为了满足货舱部甲板大开口结构的疲劳强度,大量采用高厚度、高强度、高韧性的钢板,上甲板、舷顶列板、纵壁顶板的最大厚度达到60mm,强度等级最大为EH40,同时,由于纵向舱口围结构连续的特点,作为参与总纵强度的主要构件,在抵抗结构疲劳损伤方面,发挥着非常关键的作用,因此,在纵向舱口围的腹板、面板、及其纵向龙筋等构件,采用了新开发的EH47级极厚钢板,厚度达到70mm。在大型集装箱船上,随着极厚板的大量应用,脆性裂纹产生的风险也越来越大,而一旦在极厚板中出现裂纹,该裂纹将会沿着焊缝不断传播、扩散,有时即使裂纹转向至母材,该裂纹也不会停止,因此,作为安全设计的双保险之一,本船在中部货舱的上甲板处,应用了新开发的防裂纹传播的高强度钢板,与舱口围EH47钢板侧重于防止脆性裂纹产生相比,上甲板的抗裂纹钢更能够防止一旦舱口围产生的裂纹扩散至主船体结构的危险。与传统的高强钢板生产工艺相比,上述两个新品种除了仍采用TMCP轧制工艺外,压延温度更低,冷却速度更快,钢材组织晶粒更细微化。EH40钢板在板厚为65mm时,在机械缺口状态下,断裂韧性指数Kc超过了3820N/mm1.5,其抑制脆性裂纹扩展能力的特性值在-10℃时超过了6000N/mm1.5;EH47钢板在板厚为70mm时,在机械缺口状态下,断裂韧性指数Kc超过了4350N/mm1.5。该船所采用的FAB、FCB以及SEGARC焊接都属于大线能量焊接工艺,其焊接线能量分别达到335、255和550kJ/cm。为了确保高强钢焊缝的韧性,所有采用FAB、FCB及SEGARC焊接工艺的钢板,必须是大线能量焊接专用钢板。

1焊接工艺

小组拼板主要是采用HIVAS双面埋弧自动焊来完成;采用普通埋弧焊或KX法来完成分段内平直主板的拼接;对于部分分段间的立向对接焊缝,初次引入新颖的SEGARC焊接。这是一种单面施焊,双面成形的焊接方式。借助于轨道,采用KL-4陶瓷衬垫气体保护焊,应用于外板和纵壁立向焊缝处。焊接线能量最大达550kJ/cm。不仅可以垂直焊接,上向倾斜20°、下向倾斜45°的立向焊缝也可以焊接,见图6、7。焊接速度非常快,达到180g/min(焊丝熔敷量380A时)。其适用板厚范围广、焊接速度快、成型效果好。另外根据其焊接姿势、主板线型、施工空间等情况,可以选择FAB单级或多极焊接,或者是CO2单面焊,或者是手工双面焊。

2工艺优化

2.1提高钢材利用率

1)针对不规则部材,在初套料后产生的较大面积余白,通过对现场增加的施工成本和节约的材料成本的比较,调整或增加拼板板缝。2)将小物部材的板厚代用范围由2mm调整为3mm,增加较大的边角余材的二次利用率。3)对部材进行镜像处理,实现契合套料。4)原则上以分段为单位进行套料,但对于初次套料后产生的大面积余白,在考虑加工间隔的长短以及加工顺序的基础上,考虑大、小组部材或不同分段间的混套。5)充分利用钢板厂家的板边制作余量,长、宽尺寸分别减10mm后订购。6)对长短不同的条材进行分类套料,对端部削斜的条材进行契合套料。通过以上举措,本系列船首制船的一次钢材利用率达到92.5%,在国际同型船中处于领先水平。

2.2施工工艺优化

1)横向舱口围板与横舱壁一体化。传统的横向舱口围、横舱壁与上甲板的结构形式见图8。通过对施工工艺的研讨,将图8结构改为如图9所示结构,将横向舱口围与横舱壁连成一体,并作为一个分段。此改善的优点主要有:①降低焊接工作量,减少定盘预合拢及船坞搭载量;②更加精确地保证舱口围与横舱壁的上下一线对齐;③更大程度地实现预舾装,改善工作环境和缩短造船周期。2)集装箱导轨下端形式优化。以往集装箱导轨下端是直接沿伸至底部甲板的,而本船的导轨下端终止于最下层集装箱顶部向下300mm,并且对端部进行了折弯处理,见图10。这样做单船节约型钢约3400m。3)集装箱导轨提前取付。公司在建造1万TEU时因吊机起吊能力的限制,集装箱导轨多数在坞内取付,不仅焊接难度大,还极度占用吊机的使用。该船在满足施工条件的基础上,将多数导轨提前到分段装配时或定盘预合拢时进行取付,既改善了施工条件,又减少了吊机的使用,对缩短工期有很大作用。4)燃油舱结构优化。燃油舱的结构为前后舱壁加上各层平台,原设计方案是横舱壁在各层平台处断开,以各平台为单位进行分段划分,见图11。分段装配时以平台为基准面,考虑到现场施工的方便性,将分段划分改为以前后横舱壁为单位,并以横舱壁为基准面进行分段装配,横舱壁在各平台处为连续构造,见图12。改善后的优点体现如下:①由于分段数量由8个减少为4个,因此吊耳数量、吊机及定盘的占用时间会相应地减少;②减少焊接的工作量;③减少脚手架的搭设数量;④减少了横舱壁与各平台间的密性试验的工作量。

3结束语

超大型集装箱船在南通申远川崎船舶工程有限公司为首次建造,根据现有的建造计划,采用半串联的方式连续建造,工期非常紧张,任何一艘船的计划如不能按期推进,都会影响到其它后续船的顺利建造。因此,针对该船的特点、技术难点、工艺难点等事先做好充分的研讨,有针对性地制定行之有效的措施,显得尤为重要。

作者:瞿荣泽 潘志远 翟亚军 单位:南通中远川崎船舶工程有限公司

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