现代船舶建造方法

现代船舶建造方法概要现代船体建造技术现状船体建造在整个船舶生产中占据着相当重要的地位，就工作量而言，约占总工作量的30～40％。因此，新厂建设和老厂改造都要将其视为突破口，放在重要位置。最近，美国政府通过征询专家的意见，对船舶工业优先发展的项目排序如下：1、钢料加工(40)；2、船舶经济(37)；3、营销、市场信息(36)；4、设计制造一体化(34)；5、舾装(34)；6、自动化(32)；7、涂装(31)；8、新的设计思想(29)；9、人力资源与培训(27)；10、分段装配与合拢(24)。改革开放以来，我国造船技术获得了较快的发展，在船体建造技术方面，除机器人、柔性制造和集成制造技术外，其它许多单项技术都已达到或接近国外先进水平。但是，在总体建造技术水平和先进制造技术方面，还存在着相当大的差距，主要表现在生产效率低，建造周期长和成本高等方面。为此，在我国船厂由传统造船模式向现代造船模式转变的关键时刻，对现代造船模式主要支撑技术的船体建造技术进行跟踪和研究很有必要。船体建造技术涉及方方面面，内容多、范围广，其中最具代表性的是船体放样、下料、船体加工和船体装配等项工艺技术。现代船体建造技术的几个方面1.1船体放样1.2船体号料1.3船体加工1.3.1钢料切割1.3.2成型加工1.3.1.2数控等离子切割1.3.1.1数控火焰切割1.3.1.3激光切割1.3.1.4水射流切割1.3.2.1板材加工1.3.2.2型材加工1.4船体装配1.4.2分段装配1.4.1部件装配1.4.3船台装配1.5船体建造精度控制1.1船体放样随着造船技术的发展，放样已由手工比例发展到数学放样。数学放佯也有一个发展过程，50年代出现数学放样，60年代在船厂中得到广泛应用，70年代发展为图示放样系统，逐步完善。80年代已在造船界广泛应用，但是由于首尾部线型复杂，仍需借助人工或比例放样，致使许多船厂不得不保留投影放佯的场地。随着计算机技术的迅速发展，现在能对全船的线型和结构实行计算机光顺和放样，还可以用人机对话的方式修改线型和结构布置，并能实现图形显示和自动绘图，且能把所得数据自动存储在数据库中，供下道工序如数控绘图、数控号料和数控切割等使用，从根本上取消了手工放样。目前除船体外，一些线型复杂的舾装件、管系和电缆等放样也都实现了计算机化。1.2船体号料光学号料电印号料数控号料•PneumaticPunchingorScribingCompressedairactuatedpunchmarkersorscribescanbeusedforeconomicalmarkingoflinesandsinglepointmarksontheplatesurface.•ZincMarkingAnoxy-fuelflamefuseszincoxidepowdertotheplatesurface,formingalightgraymark.Thisprocesscanbeusedformarkinglargelayoutsatexceptionalspeeds.1.3船体加工1.3.1钢料切割1.3.2成型加工1.3.1.2数控等离子切割1.3.1.1数控火焰切割1.3.1.3激光切割1.3.1.4水射流切割1.3.2.1板材加工1.3.2.2型材加工1.3.1.1数控火焰切割(1)精度高；(2)切割质量好；(3)自动化程度高；(4)有效切割时间长；(5)钢板尺度不受限制；(6)提高了钢材利用率；(7)热变形小；(8)切割信息易于准备和保存；(9)切割指令易于修改；(10)控制装置稳定可靠。Oxy-FuelCutting1.3.1.2数控等离子切割等离子是一种高效的物理切割方法，它所产生的温度为一般电弧的5～6倍，产生的气流速度达1500m／sec以上。因此，它可以切割氧乙炔焰所不能切割的铜、铝、不锈钢等各种高温难熔金属，尤其擅长于切割薄板。其切割速度是氧乙快焰的3～6倍。由于数控等离子切割的高效生产效率和质量，在造船钢板切割中大有取代氧乙快焰切割趋势。水下等离子弧切割与一般等离子切割相比具有以下一些优点：(1)切割产生的金属粉尘有99％沉淀在水中；(2)噪声频率大大降低，强度极大地减少(85dB／1.8m)；(3)切割质量好，端面无圆角，无挂渣；(4)割嘴寿命长；(5)有害气体被水吸收；(6)等离子弧发出的紫外线光有所减弱等。大型水下等离子弧数控切割系统的组成：1、等离子电源2、割炬3、割炬高度控制系统4、冷却水系统5、水幕系统6、充水平台7、控制系统PlasmaArcCuttingPlasmaBevelCutting•PlasmaMarkingAlowcurrentplasmaarccanbeusedtomarklinesontheplatesurface,forbendlinesandlayoutmarks.1.3.1.3激光切割采用气体(如CO2)激光器和固体(如钕、钇铝石榴石)激光器，产生的功率达105～106W／cm2，这样大的能量完全足以熔化金属。因而，可以用来切割。激光切割精度在已知的所有热切割设备中是最高的，可达0.1～0.2mm。瑞典ESAB公司第一次推出的可移动式激光数控切割机，可切割宽3m、长4.5m的大型工件，该机最大切割厚度可达6～8mm。近年来，激光已向大功率发展，功率5Kw的数控激光切割机，能高质量地切割厚至32mm的低碳钢，切割厚12mm钢板的速度约2500mm／min，与现用的等离子弧切割机相当。数控激光切割将是未来造船钢板切割的发展方向。AlpharexLaserCuttingSystemLaserCutting1.3.1.4水射流切割水射流切割是一种新的切割技术，分为纯水射流切割和添加磨料的水射流切割，其原理是将水加压到数百兆帕的高压，然后高压水通过一个特殊设计的、孔径较小的喷嘴以大约3倍的音速喷射出来。这种具有极高动能的水射流可以用来切割各种材料，特别适用于热切割无法进行或者需要采用昂贵的机械切割工具及割缝需要磨光的场合。水射流切割能够适用于一切材料，如特种钢、钛、铜、铝、铅、玻璃、橡胶、塑料、陶瓷和天然岩石等。在切割8.5mm厚度HY80钢时，速度可达254～355.6mm/min。“库尔斯克”号打捞过程示意图水射流切割与其他切割相比，具有以下特点：①切割不产生热量，因此不会影响金属特性；⑥可得到高质量的割缝，不会产生任何毛刺、挂渣，割缝边缘平直，表面光滑；②水射流切割所形成的割缝较窄，可大大提高零件尺度精度和材料利用率；④水射流切割不会产生环境和治金污染；⑤水射流切割生产效率高，可切割特殊规格大厚度钢板而不需要多道工序一次成形。WaterJetCuttingESAB公司的HydrocutPR5ft.6ft.CuttingWidth5'(1524mm)6'(1828mm)StandardCutLength11'(3352mm)11'(3352mm)MachineWidth106(2692mm)118(2997mm)RailGauge82(2082mm)94(2387mm)InternalClearance72(1828mm)84(2133mm)MachineHeight71(1803mm)71(1803mm)ParkingArea(withoutwaycovers)60(1524mm)60(1524mm)MaximumWaterjetStations11MaximumCarriages11TraverseSpeedRange0.1-1000ipm(2.5-25,400mm/min)PowerRequirement(Gantry)220or460VAC,20A,50/60Hz,SinglePhaseSpecificationsofHydrocutPRESAB公司的MidRailHydrocut美国Flowsystems公司的The4x4BENGALCuttingtablesize48x48inches[1.22x1.22m]Accuracy±.005inches[.127mm]Repeatability±.002inches[.050mm]Speedrange0to300ipm[0to7,620mm]ControllerFlowMaster®Z-axisadjustability8inches,motorized[203.2mm]Operatingpressure50,000psi[3,400bar]CuttingheadPASER®3Pumpsize30or50horsepowerDrivesystemServo,alldigital美国Flowsystems公司的TheAF-6080Three-DimensionalSystemSolutionStandardcuttingtablesBase:6ft,12ft,16ft,20ft;Bridge:8ft;customalsoavailableAccuracy±0.005inchesRepeatability±0.003inchesTraversespeed900ipmX-&Y-axis,450ipmZ-axisContouringspeed400ipmControlsystemAllenBradleySeries9orSiemens840DCNCcontrollersZ-axisadjustability24inches美国Flowsystems公司的TheA-SeriesSystemSolution—ForSpecialApplicationsStandardcuttingtablesBase:4ft-20ft;Bridge:4ft-12ft;customalsoavailableAccuracy±0.003inchesRepeatability±0.001inchesTraversespeed1,200ipmContouringspeed600ipmControlsystemFlowMaster®orspecialZ-axisadjustability10inchesCuttingpressure55,000psi1.3.2成型加工1.3.2.1板材加工1.3.2.2型材加工船体成形加工是将下料后的零件(平面板、型材等)加工成构件所需实际形状。大体上，弯板作业量约占船体钢材加工工作量的10～18％，而型材弯制约占9～16％。1.3.2.1板材加工船用板材线型复杂，其加工一直是造船业最困难的工作。通常对于一般曲率不大的板材零件采用常规的冷加工设备，而对于复杂线型外板(双曲板)，仍需要凭借热加工或水火弯板工艺来加以解决。近几年来国内外船体板材加工工艺和设备没有多大新发展。大、中型船厂主要采用大能力、高工效、多用途的常规液压加工设备。国内外所不同的是，国外船厂加工辅助作业机械化程度相当高，大大减轻了工人劳动强度和零件等待时间。对于常规加工设备的数控化，日本在过去的30年中作了不少努力，但效果不明显。日本新建的三菱重工长崎船厂香烧分厂，可以说工艺技术水平和建设规模是世界第一流的。但纵观其钢料加工设备，也只不过是吨位大、功能多，以及输送辊道长和超重设备全等。香烧分厂钢料加工设备序号设备名称主要规格数量备注l23456789立式三辊弯板机折边压力机油压机油压机三辊弯板机肋骨冷弯机折边压力机撑床撑床200t,1300mm700t1500t，工作台6300X6000mm1500t，工作台6000X6000mm2000t，辊长22600mm500t500t，工作台700X4000mm200t50t11l1l12附2t起重机2台15tL型起重机作设备专用船体曲板加工技术水火弯板是船体外板加工成型的一项重要工艺方法，具有技术性强、难度大的特点。长期以来，这项加工工艺基本属于经验型工艺方法，即需要由熟练的技术工人凭长期积累的经验进行加工。由于船体曲面十分复杂，外板的大小、形状多变，对于有经验的老工人来说确定一块曲板的水火弯板加工方案，并加工成型，大都需要两三次甚至更多次火焰加工才能