船舶制造基礎(chǔ)知識

1、.船舶制造人類造船已有悠久的歷史.從史前到木為舟起，在漫長的時期內(nèi)人類制 造的都是利用人力或風力推進的木船.1807年,美國的R.富爾頓建成世界上第一艘蒸汽機船，當時采用明輪推進.1879年，世界上第一艘鋼船問世.從 此船舶進入了以鋼船為主，以機器為動力的時代.從20世紀50年代起，船舶推進裝置由汽輪機和柴油機逐步取代蒸汽 機,并開始應(yīng)用核能彳為推進動力.由于航運的發(fā)展和軍事上的需要，船舶 趨于大型化和專業(yè)化，造船技術(shù)隨之迅速發(fā)展，造船業(yè)已成為世界上最主要 的重工業(yè)部門之一.船舶由成千上萬種零件構(gòu)成，幾乎與各個工業(yè)部門都有關(guān)系 .除特有 的船體建造技術(shù)外，造船還涉及到機械，電氣，冶金，建筑，化

2、學以至工藝美術(shù) 等各個領(lǐng)域.因此，造船是以全部工業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)的一門綜合技術(shù)，反映一個國家的工業(yè)技術(shù)水平.由于船舶的航區(qū)，任務(wù)和要求不同，船舶產(chǎn)品具有 品種多，生產(chǎn)批量小的特點.為了有節(jié)奏地生產(chǎn)，縮短制造周期，造船廠從接 受訂貨至完工交船為止，都必須有周密的生產(chǎn)管理和技術(shù)管理 .造船用的材料品種多，數(shù)量大，其中以鋼材的使用量為最大.例如，制造 一艘裝載量為1萬噸的貨船需要鋼材 30004000噸.船體結(jié)構(gòu)用的材料 主要是碳素鋼和低合金高強度鋼（見鋼）.采用高強度鋼可減輕船體自重，降低推進功率，達到多裝客貨，增加裝備或提高航速的目的.小型艦艇還采用 鋁合金，玻璃鋼或鈦合金作為船體材料.船舶需要在嚴

3、酷白環(huán)境下營運，對于船用材料，除保證冶煉方法，化學成分和機械性能外，在可焊性能和耐蝕 性能等方面都有較高的要求.造船廠造船廠均位于沿?；蚪又疄I，應(yīng)有一定的岸線長度和水深.廠區(qū)內(nèi)設(shè)有船 臺,造船塢，滑道，曬裝碼頭和大型起重機等專用造船設(shè)備.造船廠內(nèi)設(shè)有各種生產(chǎn)車間.船體加工車間：擔負船體放樣，號料以及船體零件的加工.船體裝備焊接車間：完成船體零件，部件，分段，總段的裝焊和船體總裝工 作.安裝車間：負責船上機械設(shè)備及其附件的安裝和調(diào)試.管子加工車間：進行管子及其附件的加工和安裝.電工車間：負責電器和無線電設(shè)備的安裝和調(diào)試.木工車間：負責木質(zhì)家具，艙室的制作和安裝，以及絕緣工作.油漆帆纜車間：負責

4、除銹，涂漆和帆纜索具的制作和安裝.起重運輸車間：負責船舶的上墩，下水,進出塢以及船臺，滑道，碼頭區(qū)的起 重運輸作業(yè).此外還有各種輔助車間，主要有機修車間，工具車間，動力車間和中央 試驗室等.車間的劃分常根據(jù)船廠的生產(chǎn)規(guī)模，性質(zhì)，習慣而有所不同.過去很多造船廠除進行鋼材加工 ，船體裝配，焊接和設(shè)備系統(tǒng)安裝外， 還具有一定的鑄，鍛和機械加工能力，在制造船體的同日還制造主機，輔機， 鍋爐等設(shè)備.20世紀50年代以來，隨著造船及其配套工業(yè)的發(fā)展 ，造船廠已 向總裝方向發(fā)展，即以建造船體為主，大量的機電設(shè)備和曬裝件則由專業(yè)或 非專業(yè)的協(xié)作廠配套提供，船廠只進行安裝，以提高造船質(zhì)量和效率.造船工序造船的主

5、要工藝流程如下. 鋼材預(yù)處理在號料前對鋼材進行的矯正，除銹和涂底漆工作.船用鋼材常因軋制 時壓延不均，軋制后冷卻收縮不勻或運輸，儲存過程中其他因素的影響而存在各種變形.為此，板材和型材從鋼料堆場取出后，先分別用多輻鋼板矯平機和型鋼矯直機矯正，以保證號料，邊緣和成型加工的正常進行.矯正后的鋼材一般先經(jīng)拋光除銹，最后噴涂底漆和烘干.這樣處理完畢后的鋼材即可 送去號料.這些工序常組成預(yù)處理自動流水線，利用傳送滾道與鋼料堆場的鋼料吊運，號料，邊緣加工等后續(xù)工序的運輸線相銜接，以實現(xiàn)船體零件備料和加工的綜合機械化和自動化.放樣和號料船體外形通常是光順的空間曲面.由設(shè)計部門提供的用三向投影線表示的船體外形

6、圖，稱為型線圖，一般按1:50或1:100的比例繪制.由于縮尺 比大，型線的三向光順性存在一定的誤差，故不能按型線圖直接進行船體施工,而需要在造船廠白放樣臺進行1:1的實尺放樣或者是1:5,1:10的比例放樣，以光順型線，取得正確的型值和施工中所需的每 個零件的實際形狀尺寸與位置，為后續(xù)工序提供必要的施工信息.船體放樣 是船體建造的基礎(chǔ)性工序. 號料是將放樣后所得的船體零件的實際形狀和尺寸，利用木¥板，樣料或草圖劃在板材或型材上，并注以加工和裝配用標記.最早的放樣和號料方法是實 尺放樣，手工號料.20世紀40年代初出現(xiàn)比例放樣和投影號料，即按1:5或1:10的比例進行放樣制成投影底圖

7、，用相應(yīng)的低倍投影裝置放大至實際尺 寸;或?qū)⑼队暗讏D縮小到1/51/10攝制成投影底片,再用高倍投影裝置放大50100倍成零彳實形，然后在鋼材上劃線.比例放樣還可提供仿形圖，供光電跟蹤切割機直接切割鋼板用，從而省略號料工序.投影號料雖在手工號料的基礎(chǔ)上有了很大改進，但仍然未能擺脫手工操彳.60年代初開始應(yīng)用電印號料，即利用靜電照相原理，先在鋼板表面噴涂光敏 導電粉末，進行正片投影曝光，經(jīng)顯影和定影后在鋼板上顯出零件圖形.適用于大尺寸鋼板的大型電印號料裝置采用同步連續(xù)曝光投影方式，即底圖和鋼板同步移動，在運動過程中連續(xù)投影曝光.適用于小尺寸鋼板的小型電 印號料裝置，則在鋼板上一次投影出全部圖形.

8、這種 號料方法已得到較廣泛的應(yīng)用.隨著電子計算機在造船中的應(yīng)用，又出現(xiàn)數(shù)學放樣方法.即用數(shù)學方程式表示船體型線或船體表面，以設(shè)計型值表和必需的邊界條件數(shù)值作為原始數(shù)據(jù)，利用計算機進行反復校驗和計算，實現(xiàn)型線修改和光順，以獲得精確光順和對應(yīng)投影點完全一致船體型線.船體的每條型線都由一個特點的數(shù)學樣條曲線方程表示，并可通過數(shù)控繪圖機繪出圖形.數(shù)學放樣可取消傳統(tǒng)的實尺放樣工作，還可為切割和成形加工等后續(xù) 工序提供控制信息，對船體建造過程的自動化具有關(guān)鍵的作用，是造船工藝的一項重要發(fā)展.船體零件加工包括邊緣加工和成形加工.邊緣加工就是按照號料后在鋼材上劃出 的船體零件實際形狀，利用剪床或氧乙快氣割，等

9、離子切割進行剪割.部分 零件的邊緣還需要用氣割機或刨邊機進行焊縫坡口的加工.氣割設(shè)備中的光電跟蹤氣割機能自動跟蹤比例圖上的線條，通過同步伺服系統(tǒng)在鋼板上進行切割，它可與手工號料，投影號料配合使用.采用數(shù)控氣割機不但切割 精度高，而且根據(jù)數(shù)學放樣資料直接進行切割，可省略號料工序，實現(xiàn)放樣， 切割過程自動化.對于具有曲度，折角或折邊等空間形狀的船體板材，在鋼板剪割后還需要成形加工，主要是應(yīng)用輻式彎板機和滾壓機進行冷彎；或采用水火成形的加工方法，即在板材上按預(yù)定的加熱線用氧-乙快烘炬進行局 部加熱，并用水跟蹤冷卻，使板材產(chǎn)生局部變形，彎成所要求的曲面形狀.對 于用作肋骨等的型材，則多應(yīng)用肋骨冷彎機彎

10、制成形.隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，已使用數(shù)字控制肋骨冷彎機，并進而研制數(shù)字控制彎板機.船體零件 加工已從機械化向自動化進展.船體裝配和焊接將船體結(jié)構(gòu)的零部件組裝成整個船體的過程.普遍采用分段建造方式，分為部件裝配焊接，分段裝配焊接和船臺裝配焊接3個階段進行.部件裝配焊接：又稱小 合擾.將加工后的鋼板或型鋼組合成板列,T型材，肋骨框架或船首尾柱等部件的過程，均在車間內(nèi)裝焊平臺上進行.分（總）段裝配焊接：又稱中合攏.將零部件組合成平面分段，曲面分段或 立體分段，如艙壁，船底,舷側(cè)和上層建筑等分段；或組合成在船長方向橫截 主船體而成的環(huán)形立體分段，稱為總段，如船首總段，船尾總段等.分段的裝 配和焊接均

11、在裝焊平臺或胎架上進行.分段的劃分主要取決于船體結(jié)構(gòu)的 特點和船廠的起重運輸條件.隨著船舶的大型化和起重機能力的增大，分段和總段也日益增大，其重量可達800噸以 上.船臺（塢）裝配焊接：即船體總裝，又稱大合攏.將船體零部件，分段，總段在船臺（或船塢）上最 后裝焊成船體.排水量10萬噸以上的大型船舶，為保證下水安全，多在造船 塢內(nèi)總裝.常用的總裝方法有：以總段為總裝單元，自船中向船首，船尾吊裝的稱總段建造法，一般適用于 建造中小型船舶；先吊裝船中偏尾處的一個底部分段，以此作為建造基準向船首，船尾和上層吊裝相鄰分段，其吊裝范圍呈寶塔狀的稱塔式建造 法；設(shè)有23個建造基準，分別以塔式建造法建造，最后

12、連接成船體的稱島式建造法；在船臺（或船塢）的末端建造第一艘船舶時，在船臺的前端同時建造第二艘 船舶的尾部，待第一艘船下水后，將第二艘船的尾部移至船臺末端，繼續(xù)吊裝其他分段，其至總裝成整個船體，同時又在船臺前端建造第三艘船舶的尾部，依此類推，這種方法稱為串聯(lián)建造法；將船體劃分為首，尾兩段，分別在船臺上建成后下水，再在水上進行大合攏 的稱兩段建造法.各種總裝方法的選擇根據(jù)船體結(jié)構(gòu)特點和船廠的具體條件而定船體裝配和焊接的工作量，占船體建造總工作量的 75%以上，其中焊 接又占一半以上.故焊接是造船的關(guān)鍵性工作，它不但直接關(guān)系船舶的建造 質(zhì)量，而且關(guān)系造船效率.自20世紀50年代起，焊接方法從全手工焊

13、接發(fā)展 為埋弧自動焊，半自動焊，電渣焊，氣體保護電弧焊.自60年代中期起，又有 單面焊雙面成形，重力焊，自動角焊以及垂直焊和橫向自動焊等新技術(shù).焊接設(shè)備和焊接材料也有相應(yīng)發(fā)展.由于船體結(jié)構(gòu)比較復雜，在難以施行自動焊和半自動焊的位置仍需要采用手工焊.結(jié)合焊接技術(shù)的發(fā)展，自60年代起,在船體部件和分段裝配中開始分別采用T型材裝焊流水線和平面分段裝焊流水線.T型材是構(gòu)成平面分段骨架的基本構(gòu)件.平面分段在船體結(jié)構(gòu)中占有相當?shù)谋戎?，例如在大型散裝貨船和油船上，平面分段可占船體總重的50%以上.平面分段裝焊流水線包括各種專用裝配焊接設(shè)備，它利用輸送裝置連續(xù)進行進料，拼板焊接以及裝焊骨架等作業(yè)，能顯著地提高

14、分段裝配的機械化程度，成為現(xiàn)代造船廠技術(shù)改造的主要內(nèi)容之一.世界上有些船廠對批量生產(chǎn)的大型油船的立體分段也采用流水線生產(chǎn)方式進行裝焊和船塢總裝.船體總裝完成后必須對船體進行密閉性試驗，然后在尾部進行軸系和舵系對中，安裝軸系，螺旋槳和舵等.在完成各項水下工程后準備下水.船舶下水將在船臺（塢）總裝完畢的船舶從陸地移入水域的過程.船舶下水時的移行方向或與船長平行，或與船長垂直，分別稱為縱向下水和橫向下水.下 水滑道主要為木材滑道和機械化滑道.前者依靠船舶自重滑行下水，使用較普遍；后者利用小車承載船體在軌道上牽引下水，多用在內(nèi)河中小型船廠.縱向下水之前先將擱置在墩木上的船體轉(zhuǎn)移到滑板和滑道上，滑道向船

15、舶入水方向有一定傾斜.當松開設(shè)置于滑板與滑道間的制動裝置后 ，船舶 由于自重連同滑板和支架一起滑入水中 ，然后靠自身的浮力飄浮于水面 .為 減少下滑時的摩擦阻力，在滑板與滑道之間常涂上一定厚度的下水油脂 ；也 可用鋼珠代替下水油脂，將滑動摩擦改為滾動摩擦，進一步減少摩擦力.在船塢內(nèi)總裝的船，只要灌水入塢即能浮起，其下水操作比在船臺下 利用滑道下水簡單和安全得多.下水意味著船舶建造已完成了關(guān)鍵性的，主要的工作.按傳統(tǒng)習慣，大型船舶下水常舉行隆重的慶祝儀式.碼頭安裝（設(shè)備和系統(tǒng)的安裝）船舶下水后常是靠于廠內(nèi)曬裝碼頭，以安裝船體設(shè)備，機電設(shè)備，管道和電纜，并進行艙室的木作，絕緣和油漆等工作.碼頭安裝

16、涉及的工種很多， 相互影響也較大.而隨著船舶設(shè)備和系統(tǒng)的日趨復雜，安裝質(zhì)量的要求也不斷提高，故安裝工作直接關(guān)系下水后能否迅速試航和交船.為了縮短下水后的安裝周期，應(yīng)盡可能將上述安裝工作提前到分段裝配和船體總裝階段進 行，稱為預(yù)曬裝.將傳統(tǒng)的單件安裝改為單元組裝，也可大大縮短安裝周期，即根據(jù)機艙和其他艙室設(shè)備的布置和組成特點確定安裝單元的組成程度 如主機冷卻單元可包括換熱器，泵，溫度調(diào)節(jié)器，帶附件的有關(guān)管道和單元 所必需的電氣設(shè)備.在車間內(nèi)組成安裝單元，然后吊至分段，總段或船上安 裝,這樣可使1825%的安裝工作量由船上提前到內(nèi)場進行，能使船上的安裝周期縮短1520%.系泊試驗和航行試驗在船體建造和安裝工作結(jié)束后，為保證建造的完善性和各種設(shè)備工作的可靠性，必須進行全面而嚴格的試驗，通常分為兩個階段，即系泊試驗和航行試驗.系泊試驗俗稱碼頭試車，是在系泊狀態(tài)下 對船舶白主機，輔機和其他機電設(shè)備進行的一系列實效試驗，用以檢驗安裝質(zhì)量和運轉(zhuǎn)情況 .系泊試驗以主機試驗為核心 檢