6-船舶建造精度控制技術(3h)課件

課題六船舶建造精度控制技術

2023/10/61課題六船舶建造精度控制技術2023/10/51§6-1船舶建造精度控制技術概述

船臺無余量裝配技術

精度控制技術研究、應用的現(xiàn)實意義

國內外造船精度控制技術現(xiàn)狀

船體建造精度管理概念2023/10/62§6-1船舶建造精度控制技術概述船臺無余量裝配技術精一、船臺無余量裝配技術船體建造中，船臺裝配是一道技術性強、質量要求高的關鍵工序。長期以來，世界各國的許多造船廠一直采用分段一端加放20—50mm的余量，待分段上船臺后經(jīng)定位（或二次定位）、劃線、切割，然后再合攏。使得船臺裝配階段費時最多、工作環(huán)境最差、勞動強度最大，它對船臺和船臺建造質量有著很大的影響。1.船臺無余量裝配鑒于以上情況，世界各船廠都積極探索、尋求一種省時、省力的船臺裝配工藝——船臺無余量裝配（分段無余量上船臺）技術。2023/10/63一、船臺無余量裝配技術船體建造中，船臺裝配是一道技術性強、質

推行船臺無余量裝配獲得的效益舉例

[舉例1]：某廠承造18000t級散裝貨船時，曾對帶余量上船臺二次定位與預修整上船臺無余量裝配兩個單底分段和舷側分段裝配作業(yè)所花費的工時進行對比（如下表）。余量處理情況留余量二次定位預修整上船臺人×時吊車配合（時）人×時吊車配合（時）分段類型單底分段舷側分段10×2410×32167×87×204分析表明：單底分段采用“預修整法”花費的的工時為“留余量二次定位法”的23%，工效提高3.4倍；舷側分段“預修整法”花費的的工時為“留余量二次定位法”的43%，工效提高1.3倍。2023/10/64推行船臺無余量裝配獲得的效益舉例余量處理情況留余量二次定[舉例2]：某船廠，對建造的40余艘船舶共1500個船體分段經(jīng)過預修整實現(xiàn)船臺無余量裝配的效果進行統(tǒng)計表明：每個分段在船臺上的裝配要節(jié)省44—65個工時；總共節(jié)省了77219工時（還不包括裝配質量提高而減少的焊接工時）。2023/10/65[舉例2]：2023/10/552.船臺無余量裝配的實現(xiàn)途徑兩條途徑：1）分段上船臺前預修整

帶余量制造，上船臺前修整（劃線、切割余量）我國各大、中型船廠已完全掌握該項技術。但此種方法已經(jīng)不再適應當前造船生產(chǎn)發(fā)展的需要。2）分段無余量制造

全過程的無余量（用補償量代替余量）制造實施無余量制造的核心技術——精度管理技術（其主要組成部分是精度控制技術）

2023/10/662.船臺無余量裝配的實現(xiàn)途徑2）分段無余量制造二、船體建造精度管理概念船體建造精度管理的理論基礎數(shù)理統(tǒng)計、尺寸鏈理論船體建造精度管理的技術核心尺寸補償量的加放，以補償量取代余量；船體建造精度管理的工作內容健全精度保證體系、建立精度管理制度、完善精度檢測手段與方法、提出精度控制目標、確定精度計劃、制訂預防尺寸偏差的工藝技術措施等?！源w建造精度標準為基本準則，通過科學的管理方法與先進的工藝技術手段，對船體建造進行全過程的尺寸精度分析與控制，以達到最大限度減少現(xiàn)場修整工作量，提高工作效率，降低建造成本，保證產(chǎn)品質量。

2023/10/67二、船體建造精度管理概念船體建造精度管理的理論基礎三、精度控制技術研究、應用的現(xiàn)實意義是轉換造船模式、實現(xiàn)殼舾涂一體化的基礎高水平的精度控制技術，是贏得船舶市場分額的有力保障

是提高生產(chǎn)技術綜合水平、促進科學管理、縮短造船周期、提高造船質量、降低造船成本的重要手段例如，推行船臺無余量裝配，大幅度減少船臺吊裝的現(xiàn)場修整作業(yè)量，減少作業(yè)工時。

2023/10/68三、精度控制技術研究、應用的現(xiàn)實意義是轉換造船模式、實現(xiàn)殼舾四、國內外造船精度控制技術現(xiàn)狀1.國外（日、韓）已經(jīng)形成了一整套精度控制管理體制體系，將精度控制管理貫穿于造船的全過程。即每年制定一個精度管理計劃，確定基本方針、工作重點，各階段精度控制項目，控制的目標值、實際測量值，責任單位，工藝流程，基準線系統(tǒng)等，并配有先進的三維坐標測量系統(tǒng)。目前，日、韓幾乎都達到了分段100%無余量上船臺，除艉柱分段外，所有分段精度控制成功率為80%～95%。另外，日本船廠很注意對設備的維護，他們的觀點很清楚：加工精度的保證主要靠設備，而設備靠人去管理，否則再好的設備也不能保證精度。2023/10/69四、國內外造船精度控制技術現(xiàn)狀1.國外（日、韓）2.國內部分船廠精度控制水平較高，已經(jīng)基本達到內部構件無余量下料，全船分段無余量上船臺合攏，但大部分船廠還沒達到這個水平。又如：南通中遠川崎公司（2003年）“遠明湖”30萬噸VLCC建造中，實施造船精度管理，實現(xiàn)無余量造船，利用統(tǒng)計技術和信息技術建立了造船生產(chǎn)全過程的精度控制和管理，從而真正實現(xiàn)了分段對接誤差為零的無余量造船。同還時使得鋼材利用率達到92%。但是總體上，我國在精度控制工作方面與國外先進的國家相比存在一定的差距。據(jù)國內專家評價：我國在精度造船和綜合管理水平方面要比日本船廠落后10～15年。例如：2001年，大連造船廠在推廣應用新技術、新工藝方面取得顯著成效。4.5萬噸化學品／成品油輪、4.6萬噸原油／成品油輪首制船的分段無余量制造比例分別達到31.5％和34.9％，船臺無余量合攏比例分別達到67.8％和64.4％，創(chuàng)歷史最高水平。2023/10/6102.國內部分船廠精度控制水平較高，已經(jīng)基本達到內部構§6-3精度控制計劃精度控制的階段劃分精度計劃2023/10/611§6-3精度控制計劃精度控制的階段劃分精度計劃2023/一、精度控制的階段劃分船體建造是一種工序多、周期長、手工操作量大的生產(chǎn)過程。因此，要實施精度控制，有必要把整個船體建造過程分解成若干控制階段，通過各階段的有效控制，達到尺寸精度的最終目標。1.誤差與補償補償量的作用是抵償工件的變形與補償量對應的工件變形，主要指施工的各工序中發(fā)生的尺寸和形位誤差2.船體建造全過程的總補償量（系統(tǒng)補償量）的組成

總補償量式中，Δi——第i道工序的補償量。亦即零件、部件、分段、船臺裝配等階段的補償量。2023/10/612一、精度控制的階段劃分船體建造是一種工序多、周3.精度控制階段劃分

一般，尺寸精度控制的階段劃分與船體建造的階段劃分相對應。例如，船體建造劃分為：號料及加工、部件裝配、分段裝配和船臺裝配，精度控制也按這4個階段分別施行。這樣，前一階段的控制結果，是后一階段的基礎。從理論上把船體建造過程的尺寸精度控制分解為若干個控制階段，以滿足最終的精度要求是完全合理的。

2023/10/6133.精度控制階段劃分2023/10/513二、精度計劃1.精度計劃的作用船體建造的精度計劃，是對建造過程的精度進行分析，并在此基礎上采取相應的尺寸精度控制措施。而精度分析，是為了對建造全過程的精度狀況有一個數(shù)量上的了解，以便發(fā)現(xiàn)問題，并采取相應的補償和控制措施（包括加放余量與選擇余量的切除時機），以確保尺寸精度能控制在允許的范圍內。2023/10/614二、精度計劃1.精度計劃的作用2023/10/5142.精度計劃的編制要領

通過實測、理論分析、試行、反饋、研究……（反復循環(huán)）

獲得符合本企業(yè)的精度分析結果；

依據(jù)建造方法和工藝流程，劃分精度控制各階段；

分析各階段誤差形成及積累過程，確定各階段的允許誤差；

按照允許誤差值，決定施工要領和工藝技術方法。即：在精度分析的基礎上，采取各種相應措施，其中最重要的措施是加放系統(tǒng)補償量、余量以及合理選擇切除余量的時機等。2023/10/6152.精度計劃的編制要領2023/10/5153.精度計劃的編制步驟1）測算標準偏差

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)和技術水平，測算各個控制階段的標準偏差，作為制訂精度計劃的基礎，也是確定各個控制階段加放補償量、余量的重要依據(jù)。測算方法：大量采集實測數(shù)據(jù)，采用“直方圖”求得標準偏差。需要測算的標準偏差種類：

零件加工方面板材割縫的偏差、切割熱變形偏差、火工板材成形偏差等分段裝配方面平面板列拼焊收縮量、構件裝焊收縮量與施工偏差、分段火工矯正收縮量、分段裝配中板材與骨材收縮量及施工偏差等2023/10/6163.精度計劃的編制步驟2023/10/5162）各控制階段補償量的確定+a+b+c+d+a+b+c+d+a+b+c+a+b船臺裝配補償量a分段裝配補償量b部件裝配補償量c零件加工補償量d材料（號料）±03）零件的系統(tǒng)補償量（或余量）的確定根據(jù)上面確定方法，結合各自廠的生產(chǎn)及精度管理水平確定；系統(tǒng)補償量中一般只不包括施工偏差值。4）對補償量的修正根據(jù)施工的標準偏差，對各工藝階段的補償量和系統(tǒng)補償量予以修正。4.精度計劃舉例

[教材P108表6-1]2023/10/6172）各控制階段補償量的確定+a+b+c+d+a+b+c+d+

系統(tǒng)補償量及其特性§6-4補償量與精度控制

尺寸精度的補償

尺寸精度控制的相關方法2023/10/618系統(tǒng)補償量及其特性§6-4補償量與精度控制尺寸精度的一、系統(tǒng)補償量及其特性1.系統(tǒng)補償量

2.系統(tǒng)補償量的特性

①對第n道工序及其以后工序的工件尺寸補償，其補償量的加放一定要發(fā)生在n-1道及其以前工序的工件上；②加放了補償量的工件，不存在第二次劃線及切割問題；③精確的補償量，取決于定型（或材質、尺寸及形狀相當）的工件或產(chǎn)品、穩(wěn)定的工藝、補償量的不斷反饋及修正。2023/10/619一、系統(tǒng)補償量及其特性1.系統(tǒng)補償量2.系統(tǒng)補償2.精確補償?shù)钠渌嚓P因素及對策影響精確補償?shù)囊蛩?/p>

生產(chǎn)條件；船型；分段結構形式、劃分方式及建造方法；各部件在分段結構中所處的部位、裝配方法及工藝流程；分段焊接方法、工藝；船臺裝焊順序、工藝；船廠的生產(chǎn)組織和管理水平等。對策各廠的精度控制必需建立在自身實際生產(chǎn)狀況和精度控制經(jīng)驗的基礎上，綜合考慮各影響因素，作出相應處理，逐步完善和確定本企業(yè)的系統(tǒng)補償系統(tǒng)，把尺寸精度控制納入企業(yè)的常規(guī)工藝，并規(guī)范化。

2023/10/6202.精確補償?shù)钠渌嚓P因素及對策2023/10/520二、尺寸精度的補償1.尺寸精度補償?shù)牡脑瓌t由于船體建造過程中引起工件變形的原因很多，變形趨勢及大小受上述諸多相關因素的影響，因此必須規(guī)定一定的原則，方能進行有效的尺寸精度補償?？紤]工件或產(chǎn)品相同（相似）的原則考慮穩(wěn)定工藝的原則考慮嚴格的質量控制的原則考慮焊接收縮變形為主的原則考慮尺寸精度控制經(jīng)濟性的原則2023/10/621二、尺寸精度的補償1.尺寸精度補償?shù)牡脑瓌t2023/10/52.補償量的確定1）船體結構焊接補償量的確定

線能量計算法

經(jīng)驗公式計算法

經(jīng)驗數(shù)據(jù)查表法[教材P111]2）船體分段補償量的確定

分段變形因素分析[教材P112]

圖譜計算法

經(jīng)驗公式計算法[教材P114]

直接經(jīng)驗估算法2023/10/6222.補償量的確定1）船體結構焊接補償量的確定2023/10在船臺上大合攏時，船體主尺度變形趨勢是主尺度尺寸縮短；船形變形一般是首尾上翹，龍骨基線向下?lián)锨?/p>

加放主尺度縮短補償量的經(jīng)驗方法：船長——橫骨架式，大接縫肋距加放5～15mm；縱骨架式，大接縫肋距加放10～20mm。船寬——萬噸級船舶加放6～10mm；千噸級船舶加放4～15mm。

型深——萬噸級貨船加放5～6mm；萬噸級油船加放10～15mm；千噸級船舶加放2～5mm。3）船體主尺度及船型補償量的確定2023/10/623在船臺上大合攏時，船體主尺度變形趨勢是主尺度尺

加放船底撓曲和首尾上翹的反變形經(jīng)驗方法：

在設定龍骨基線時，由定位分段開始，分別向首、尾逐漸由小到大加放反變形量。201A201B211P/S212P/S202203P/S101A101B213P/S222P/S221P/S223P/S301302303602601A601B701613612611基線反變形線

對于中小型船舶采用總段建造時，每1米長累計加放-1mm;

對于大型船舶采用塔式或島式建造法時，每1米長累計加放-（0.5～0.8）mm。對于具有長上層建筑及長護舷材的船舶，其反變形值（尤其是首尾部分），應考慮進一步加大。2023/10/624加放船底撓曲和首尾上翹的反變形經(jīng)驗方法：201A三、尺寸精度控制的相關方法1.放樣、號料和加工的尺寸精度控制1）板縫的合理排列

分段縱縫盡量排列成水平或直線，并盡量避開型線曲率變化劇烈的部位；

分段內（或分段邊緣）的板縫若因厚度不一致并需要“修斜”處理時，盡量排列成直線可采用機加工方式，盡量避免使用“碳弧氣刨。2）放樣和號料環(huán)節(jié)的精度控制

針對不同的的板形選擇合理的展開方法；

須經(jīng)火工加工的板，應特別地加放加工收縮補償量；

零件號料用的板材須平整，已成形工件的二次號料時應處于自由狀態(tài)；

零件號料時應加放割縫的補償量，具有公共邊的兩個零件號料時更應該注意。2023/10/625三、尺寸精度控制的相關方法1.放樣、號料和加工的尺寸精度控3）氣割工序的精度控制

根據(jù)板厚選用合適的割嘴和進給速度；

氣割割縫補償，注意兩工件共邊縫和不共邊縫的不同處理（結合號料）；

手工和半自動氣割變形量較自動氣割大，為減小變形，切割順序應合理。

高精度門式切割機和數(shù)控切割機切割，設備保養(yǎng)（保持精度），控制切割過程中的熱變形；

幾種控制熱變形的方法：

厚度小于6mm的板，宜采用等離子切割；

選擇合理的割嘴走向；使零件與板材分離的最后一條邊切割時，應使余料均勻受熱，以求零件變形最??；

合理地利用“過橋”或采用水冷的方法減少熱變形；

采用檢驗線檢查變形，分析并提高變形控制方法。2023/10/6263）氣割工序的精度控制2023/10/5264）板材成形加工

加工前合理加放余量；

復雜曲度板加工，宜先冷彎大曲度方向，后水火彎小曲度方向；

正確地檢驗。2023/10/6274）板材成形加工2023/10/5272.部件裝配的尺寸精度控制1）板列拼焊的精度控制

現(xiàn)行采用板列拼焊后預修整（主要修整長度尺寸）工藝；

板與板間定位方法，采用對合線；拼焊前后檢驗，共用“直檢驗線”。2）T型材裝焊的精度控制

剖面的不對稱性引起裝焊后的彎曲變形和面板倒邊

3）減小變形的焊接程序和方法

制定焊接程序時的一般性原則①首先焊接那些不對后續(xù)焊縫收縮形成剛性約束的焊縫；②每條焊縫焊接時，應保持其另一端能自由收縮；③手工焊時，對較長的焊縫應采用逐步退焊法或分中逐步退焊法；④盡量采用“線能量”低的焊接方式和方法。

應用舉例

2023/10/6282.部件裝配的尺寸精度控制2023/10/5283.分段裝配的尺寸精度控制

分段裝配的尺寸精度控制直接影響船體尺寸及形位精度；

分段裝配的尺寸精度問題較突出，經(jīng)過的階段多，相關的因素多，較難控制。1）系統(tǒng)誤差反饋、分析、修正，不斷循環(huán)，完善精度計劃制定并不斷完善精度計劃，即通過“建造

測量

系統(tǒng)誤差反饋

修正補償（或反變形）

再建造……”的反復循環(huán)，逐步提高船體建造精度水平。

2）階段性尺寸精度控制分階段控制精度：胎架；鋪板、劃線；構件安裝；分段焊接……2023/10/6293.分段裝配的尺寸精度控制2023/10/5294.船臺裝配的尺寸精度控制

船臺船體精度控制水平衡量

幾何尺寸精度控制能力

現(xiàn)場修整率（含現(xiàn)場修割率和焊縫墊板率）現(xiàn)場焊縫修割率——修割縫長度占船臺對接縫總長的百分比現(xiàn)場焊縫墊板率——墊板縫長度占船臺對接縫總長的百分比現(xiàn)在提法：*分段精度控制成功率*船臺無余量裝配成功率

船臺無余量裝配的實現(xiàn)途徑

通過分段預修整實現(xiàn)

通過無余量制造實現(xiàn)2023/10/6304.船臺裝配的尺寸精度控制2023/10/530思考題：1.什么是船體建造精度管理？2.船體建造精度管理的工作內容是什么？3.什么是補償量？什么是余量？二者的區(qū)別是怎樣的？4.船體結構焊接補償量確定的常用方法有哪些？2023/10/631思考題：2023/10/531

“余量”概念——指相對工件基本尺寸多加放的量值。該值以備后續(xù)的生產(chǎn)工序所積累的尺寸偏差，以及冷熱加工所產(chǎn)生的彈性變形和熱塑性變形的伸長、收縮作部分抵償。剩余的部分，則選擇適當時機（船體建造到某一階段），為使工件的實際尺寸能控制在它的規(guī)定公差范圍內而作必要的切除。余量是在尚未認識產(chǎn)生尺度偏差規(guī)律性的條件下，為后續(xù)工序用以控制尺寸精度的一種對策。余量一般可分為加工、焊接收縮與裝配余量三種。

2023/10/632“余量”概念——指相對工件基本尺寸多加放的量

“補償量”概念——指相對工件基本尺寸多加放的量值。該值該值以備后續(xù)的生產(chǎn)工序所積累的尺寸偏差，以及冷熱加工所產(chǎn)生的彈性變形和熱塑性變形的伸長、收縮作全部抵償。因而，這種加放量無需切除就可控制工件基本尺寸能在所規(guī)定的公差范圍內。

2023/10/633“補償量”概念——指相對工件基本尺寸多加放的船體建造過程中，引起工件基本尺寸收縮變形因素很多，因此，相應的尺寸精度補償也有多種類型，歸納起來可分為非系統(tǒng)補償和系統(tǒng)補償兩大類。非系統(tǒng)補償——是指單獨地對一個因素或一道工序或一種變形的工件尺寸的補償。相應的補償量，可簡稱補償量。例如：氣割補償、焊接補償、部件裝配補償、分段制造補償、火工矯正補償……等。系統(tǒng)補償——是指在船體建造整個工藝系統(tǒng)中，為了彌補由于各種因素引起變形而給予的補償總量。

“系統(tǒng)補償”與“非系統(tǒng)補償”

2023/10/634船體建造過程中，引起工件基本尺寸收縮變形因素很線能量（熱輸入），指的是焊接時由焊接熱源輸入給單位長度焊縫上的熱能。（單位：cal／cm

）

線能量

線能量計算式1式中，

——熱利用系數(shù)；

qn——線能量，cal／cm

；

v——焊接速度，cm／s。線能量計算式2（由焊縫尺寸求線能量）

qn=F式中，F(xiàn)——焊縫熔化金屬的截面積，cm2；

——加熱系數(shù)，cal／cm3

。對于采用普通低氫型手工焊條的手工焊及埋弧自動焊，取

≈15500cal／cm3

。2023/10/635線能量（熱輸入），指的是焊接時由焊接熱源輸入給用線能量計算對接焊縫的橫向收縮量，計算式為:式中，

——焊接件板厚，cm

——約束條件系數(shù)，cm3／cal，可查圖獲得[教材P111圖6-3]。(cm)