船舶构件焊接技术设计方案

船舶构件焊接技术设计方案

目录

1绪论.......................................

1.1课题研究的目的和意义..........................

1.2船舶相关焊接技术发展情况.......................

2船舶建造工序.............................

2.1船体主要结构..................................

2.2造船流程的演变................................

3船体装配..................................

3.1固定平台......................................

3.2胎架设计与制造................................

3.3、胎架基面和胎架型值的确定

4T型梁的装焊...............................

4.1直T型梁及弯T型梁的装配步骤....................

5肋骨框架的装焊..............................

5.1普通肋骨框架的装焊..............................

5.2强肋骨框架的装焊................................

6船舶结构和焊接

6.1船体焊缝布置

6.2焊接工艺要求

6.3焊接过程

7船体结构缺陷补偿

1绪论

1.1课题研究的目的和意义

“产品的质量是企业的生命”，良好的船舶建造质量是

保证船舶安全航行与作业的重要条件，船体的结构强度

要求焊缝保证一定的强度,能承受强风浪的冲击,如果焊

接接头存在严重的焊接缺陷,在恶劣的环境下,就有可能

造成部分结构断裂;甚至引起断船沉没的重大事故.据对

船舶脆断事故调查表明,40%的脆断事故是从焊缝缺陷处

开始的〃笔者所接触的船厂,在造船质量方面存在的主要

问题就是焊缝质量的缺陷.因此,焊接质量检验尤为重要,

做到及早发现焊接缺陷，对焊接接头的质量做出客观的

评价;把焊接缺陷限制在一定的范围内，以确保船舶航行

安全和水上人命财产安全〃

焊接缺陷的种类较多，按其在焊缝中的位置不同，可

分为外部缺陷和内部缺陷。常见的焊接外部缺陷有:焊缝

外形尺寸和形状不符合要求!咬边!焊瘤!弧坑!表面气孔!

表面夹渣及焊接裂纹等；内部缺陷有:气孔!夹渣!焊接裂

纹！未焊透等〃在船舶建造过程中，影响焊接质量的因素

很多，如钢材和焊条质量，坡口加工和装配精度，坡口表

面清理状况及焊接设备!任何一个环节处理不当，都会产

生焊接缺陷，影响焊缝质量。但是最主要原因也是最可以

人为控制的焊接工艺参数，应当合理选择焊接工艺，不

断开展焊接工艺评定工作，提升船舶构架以及船体的连

接强度。

1.2船舶相关焊接技术发展情况

船舶焊接技术是船舶工业的主要关键工艺之一，船

舶焊接技术的进步推动了造船技术的发展，同时造船技

术的发展也促进了焊接技术的发展。

2船舶建造工序

2.1船体主要结构

船舶各部位名称如图所示。船的前端叫船首

(stem)；后端叫船尾(stern);船首两侧船壳板弯曲处

叫首舷(bow)；船尾两侧船壳板弯曲处叫尾舷(quarter)；

船两边叫船舷(shipsside)；船舷与船底交接的弯曲部

叫舱部(bilge)o

连接船首和船尾的直线叫首尾线(foreandaftline

centerline,centreline)。首尾线把船体分为左右两

半，从船尾向前看，在首尾线右边的叫右舷(starboard

side)；在首尾线左边的叫左舷(portside)。与首尾线

中点相垂直的方向叫正横(abeam),在左舷的叫左正横;

在右舷的叫右正横。

船体水平方向布置的钢板称为甲板，船体被甲板分为

上下若干层。最上一层船首尾的统长甲板称上甲板

(upperdeck)o这层甲板如果所有开口都能封密并保证

水密，则这层甲板又可称主甲板(maindeck),在丈量

时又称为量吨甲板。

少数远洋船舶在主甲板上还有一层贯通船首尾的上

甲板，由于其开口不能保证水密，所以只能叫遮蔽甲板

(shelterdeck)

2.1.1船体的基本结构:

船体由甲板、侧板、底板、龙骨、旁龙骨、龙筋、肋

骨、船首柱、船尾柱等构件组成。实际船舶的船体结构

是十分复杂的，而舰船模型的船体结构简单。舰船模型

船体结构参照下图

船体的结构

2.2造船流程的演变

2.1.1系统造船流程

2.1.2区域造船流程

I

-

系

泊

试

验

试

2.1.3总装造船流程

系

泊

|w试

制

I国单验

试

陋

组

«装!

航

装

制

集

|机械设备订-1~~)HH交

fufu—I——I—船

3船体装配

装配就是将加工合格的船体零件组合部件、分

段、总段，直至船体的工艺过程。

船体装配分为船体结构预装焊和和船台装焊，其

中船体结构预装焊又分为部件装焊、分段装焊和总组装

装焊三道工序。

船体结构预装焊所使用的主要设备有起重、电焊、气

割和压缩空气设备，以及管道、平台和胎架。其中平台

和胎架试主要工艺设备。

一、平台的种类和用途

平台一般是由水泥基础和型钢、钢板等组成的具有一

定水平度的工作台，分为固定式和传送带式两大类。

3.1固定式平台

(1)蜂窝平台

由钢筋混凝土基础、型钢框架和开有蜂窝状圆孔的铸

铁平板组成

(2)钢板平台

又称实心平台，其结构如图所示

(3)水泥平台

(4)钢板蜂窝平台

(5)辐柱式输送平台

3.2胎架设计与制造

胎架是装配焊接曲面分段和带曲面的立体分段及总

段的工作台。它的曲形工作面应与分段和总段外形曲面

相符合，其作用是保证分段或总段的型线和尺度，并使

分段和总段装配焊接时具有良好的工作条件。为了防止

胎架在使用过程中产生变形而影响施工质量，胎架的制

作除应保证其工作曲面的型线正确外，还应保证有足够

的结构刚性。止匕外，必须对胎架作定期的检查和矫正。

（1）胎架的组成

模（胎）板由横向布置的多根角钢组成；为了防

止胎架在使用过程中产生变形而影响施工质量，必须使

其具有足够的刚性。

胎架基准面就是用来确定胎架工作曲面的基准

面，由胎板底线组成；基面形式应使分段和总段装配焊

接时具有良好的工作条件。

胎架工作曲面由胎板上缘工作曲线组成，曲形工

作面应与分段和总段外形曲面相符合,其作用是保证分

段或总段的型线和尺度。

纵（横）向连接构件有纵（横）向牵条、边缘

角钢等，其作用使胎板和胎架成为一个整体。

（2）胎架的设计与制造

3.3、胎架基面和胎架型值的确定

1.胎架基面的确定

胎架基面是用来决定胎架工作曲面型值的基准面。根据

它与肋骨剖面和基线面的相对关系，通常分为以下几种:

1）正切胎架

2）正斜切胎架

3）斜切胎架

首先在肋骨型线图上作出胎架基面的投影线，再根据

胎架支柱间距在胎架基面投影线上求出支柱点，然后过

这些支柱点沿胎架基面投影线垂直方向，量取到对应肋

骨线的距离，并减去板厚，即得到胎架的高度型值。

3.胎架结构形式的确定

1）军品或精度要求高，批量大的民品宜选刚性好的单板

式胎架；

2）一般产品、单船建造的分段可选用衍架式胎架；

3）型线曲率小的分段可用支点式胎架；

4）尽量扩大通用胎架的使用范围。

4.胎架制作

1）在平台上划线

2）竖立支杆

3）作水平面

4）量型值

四、船体结构预装焊工艺

船体结构预装焊包括部组件装焊、分段装焊、大型分段

或总段的组装等工作内容。

1.分段装焊工艺

1.1分段的类型

分段是由零、部件组装而成的船体局部结构。

分段的种类很多

’按其外形特征大致可分为以下几类,

如图所示：

1）平面分段

2）曲面分段

3）半立体分段

1)总段

2.分段装焊工艺的基本内容

1）选择分段装配基准面和工艺装备;

2）决定合理的装焊顺序；

3）决定合理的焊接程序；

4）提出施工技术要求。

4T型梁的装焊

T型梁由腹板和面板组成。船体结构中强肋骨、强横

梁、舷侧纵桁、舱壁桁材和单底船的肋板、中内龙骨都

是T型部件。T型梁分直T型梁、弯T型梁两类：凡是面

板平直的为直T型梁，面板弯曲的为弯T型梁。一般都

在平台上进行装焊，直T型梁多采用倒装法，弯T型梁

则采用侧装法。对具有腹板扶强材的T型直梁，待腹板

与面板组装妥后，将其扶强材的位置线来安装置板扶强

材。

4.1直T型梁的装配及弯曲T型梁的装焊步骤

图4.1

(1)简要装焊步骤(见图4.1)

胎架准备一面板、腹板预拼装一吊装面板一在面板

上划线一腹板安装一焊接一检验一矫正

(2)装焊步骤说明

(3)简要装焊步骤(见图4.1)

胎架准备(马板)一铺腹板一面板上划线一面板安

装一焊接一检验一矫正

(4)装焊步骤说明

T型弯梁大多采用侧装法

5肋骨框架的装焊

肋骨框架分普通肋骨框架和强肋骨框架。普通肋骨

框架由肋板、普通肋骨、普通横梁、梁肘板、毗肘板组

成的环形框架；而强肋骨框架由肋板、强肋骨、强横梁、

肘板组成的环形框架。两者装焊都采用侧装法。

肋骨框架装配前，应该先在钢板平台上画出左右对

称的全宽肋骨型线图（见图4-1）。型值由放样间提供。

其画法步骤是：作出全宽肋骨型线图的格子线（包括辅

助水线和辅助纵剖线），按放样型值依次逐根画出左右对

称的肋骨型线及甲板梁拱曲线，再画出纵向结构线和外

板接缝线。全宽肋骨型线图可按肋框形式与结构强弱来

分开画出，或按不同总段（及立体分段）而分别画出，

以便平行作业，提高生产效率，至于分多少，怎样分，

则要根据不同的建造方法来确定。这样，全宽肋骨型线

图就作为肋框装焊时对线定位和检验的依据。

图.1全宽肋骨型线图

5.1普通肋骨框架的装焊

(1)简要装焊步骤

胎架准备一肋板、普通肋骨、普通横梁定位一梁肘

板、毗肘板定位一画线一临时加强一焊接一检验。

(2)装焊步骤说明(见图5.11)

甲板纵桁

船

肘

板

泰

Itt'花欲的材

图5.11普通肋骨框架装配

5.2强肋骨框架的装焊

(1)简要装焊步骤

胎架准备一肋板、梁肘板定位一强横梁、强肋骨定

位一嵌装肋板、梁肋板一焊接一画线一检验

(2)装焊步骤说明：(见图5.2)

励板的战

图5.2强肋骨框架装焊

6船舶结构和焊接

6.1船体焊缝布置

（1）船底结构由下列部件构成：肋板、中内龙骨、旁

内龙骨、觥肘板等；

（2）舷侧结构由下列部件组成：肋骨（主肋骨、中间

肋骨、甲板间肋骨）、强肋骨、舷侧纵桁

（3）甲板结构由下列部件组成：甲板纵骨、甲板纵桁、

强横梁、肘板

（4）舱壁结构由下列部件组成：舱壁板、舱壁骨架：

扶强材（用不等边角钢、T型材）、桁材（焊接T型材或

折边板），或为槽型舱壁

（5）艄端结构由下列部件组成：扶强材、上甲板、制

荡舱壁、强胸横梁、舷侧纵桁、中内龙骨、强肋骨、肋

骨、升高肋板、脑柱：

(6)解端结构由下列部件组成：腥柱、强胸横梁、舷

侧纵桁、中内龙骨、强肋骨、扇形肋骨、升高肋板、制

荡舱壁、下甲板、横舱壁、腥尖舱壁、支柱、托机舱平

台

(7)上层建筑由下列部件组成：船楼结构：两侧壁、

前后端壁、甲板板、横梁、肋骨、纵桁、纵骨、扶强材,

甲板室结构：纵向围壁、前端壁、后端壁甲板及骨架组

成：

(8)其他结构：基座结构、轴隧结构、舷墙、档浪板和

护舷材。

中、小组立工程中的主要焊接接头

图中1_平板对接2—加强筋角焊3一纵骨的角

焊4一大拼板对接5一纵骨的角焊6—横向构件

槽口角焊7一双层底舱内部8—曲面拼板对接9

—曲面肋骨肋板角焊

1一船体外板对接2—内底板对接（纵向）3—内底

板对接（横向）4一傍板对接5一肋骨隔板对接6

一舱底边隔板对接7一上甲板对接（纵向）8-±

甲板对接（横向）9—内底板上与之相关联的角焊

10一纵骨对接

可以看出，船体构件的一般连接为对接，角接

结构。

6.2焊接工艺要求

6.2.1焊接坡口型式及加工尺寸应按Q/SWS

40-001.2-2003《船体结构焊接与坡口型式选用》规定进

行。安装精度应符合Q/SWS60-001.2-2003《船舶建造质

量标准建造精度》要求。

6.2.2焊前，焊工必须对焊接坡口及坡口两侧各宽20mm

范围内，角焊缝在焊接宽度方向两侧各宽20mm内，清除

氧化物，水份，油污等。

6.2.3当焊缝清理后未能及时焊接并因气候或其他原

因影响而积水，受潮、生锈时，在焊接前应重新清理。

6.2.4定位焊所用焊材应与正常焊接所用焊材相一致，

定位焊中不允许有裂纹、气孔、夹渣存在、当定位焊中

有焊接缺陷存在时，在施焊前，必须予以剔除重新定位

焊接。一般强度钢的定位焊长度为30111nl以上；高强度钢

的定位焊长度不小于50mm。

6.2.5施焊规范和要求，应严格按工艺规范要求执行。

6.2.6当焊接采用多道或多层焊时，焊工在每一焊道焊

后须清除焊渣与飞溅，每焊道的接头应相互错开至少

（30〜50）mm。

6.2.7当焊接环境温度低于-5℃施焊一般强度钢的船

体结构（船体外板和甲板等）和环境温度低于0℃施焊高

强度钢时，均需进行预热，预热温度一般大于80C左右。

对有特殊要求的钢种或大厚板（t250nlm）的构件，焊接

时应编制焊接专用工艺，并严格按要求执行。

6.2.8当采用自动埋弧焊焊接时，焊缝起始端与末端

（自由端）必须安装引、熄弧板。其大小尺寸为（150X

150）mm,厚度与焊件相同。当采用单面焊时，引、熄弧

板应按特殊要求选用。

6.2.9当采用手工电弧焊或CO2自动、半自动焊时，焊

缝起始端与末端必须安装引、熄弧板。其大小尺寸为（100

X100)mm,厚度应符合表2要求。

表2引熄弧板选用的

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船体分段在焊接中，分段两端的纵向构件应留

有300mm长度的距离暂不焊接。待分段与分段合拢后再

进行焊接。

6.2.11在拼板上安装构件时，由于拼板焊缝余高的存

在而影响构件与拼板的安装紧密，在构件安装前，应对

构件与板缝交接处的板缝余高批平，长度应不小于构架

板厚。随后安装构件，或将跨过对接焊缝的构件腹板边

缘开通焊孔，以使构件与板材安装紧密，保证焊接质量。

当该处采用单面角焊或间断焊时，则在构件与板缝的交

接处采用双面焊接，焊缝长度大于751ml1。

6.2.12焊缝末端收弧处应填满弧坑，通焊孔或止漏孔

应具有良好的包角。

6.2.13合金钢的焊接则按其专用工艺执行。

6.3焊接过程

1）船体焊接顺序的原则

6.3.1应考虑起始焊接时，不能对其他焊接形成强大的

刚性约束。

6.3.2每条焊缝焊接时，尽量保持其一端能自由收缩。

6.3.3当采用手工焊接，焊缝长度＞2000mm时，应采用

分中逐步退焊法焊接。

6.3.4分段构架焊接，焊工应成双数由中间向四周分散

焊接。

6.3.5焊接顺序举例

a）长方形或圆形工艺孔封板焊接顺序,见图lo

2

3中W300mm①>300mm

图1长方形或圆形工艺孔封板焊接顺序

b）拼板焊接顺序，见图2。

1①1

2②_2

2②2

1①

（图中圆圈数字表示焊工代号）

图2拼板焊接顺序

c）总段环缝焊接顺序，见图3。

图3总段环缝焊接顺序

d）分段焊接顺序，见图4。

先焊外板与外板之间的拼板焊缝，然后焊构架之间的

对接焊缝，再焊构架与构架间的角焊缝，最后焊构架与

外板之间的角焊缝。

2..1

1••2

图4分段焊接顺序

7船体结构缺陷补偿

船舶下水之前，造船厂检验部门将对船体结构（包

括线型）进行全面的测量以及完整性的验收，以便将可

靠的数据及有关资料提供给船级社和验船机构备查审

核。鉴于船体是一个复杂的结构体，尽管在各道工序中

实施了严格的管理措施以及按照工艺规程操作，由于工

作量大，结构复杂，局部处施工条件差，因此仍免不了

还会存在一定数量的缺陷。在这种情况下，采取适当的

补强乃是保证船体结构局部强度的一种有效手段。下面

就以实例来探讨缺陷的补强方法。

(1)分段或总段对接处肋距超差

按照船体建造精度要求，对于已完成的分段或

总段对接大接缝，心须测量其间的肋骨间距，并规定了

极限误差值。因为一旦超差，将在一定程度上影响船体

强度。一般可在大接缝区域适当位置增加中间肋骨或在

相邻两肋骨间增设数道纵桁予以补强，对于局部偏差的,

可在局部增设纵桁，但纵桁两端必须作必要延伸，以防

止产生应力集中。

(2)船体外表变形超差

船体外板线型平顺与否是衡量一艘船舶船体建造质

量的标志之一。根据船体建造精度要求，规定了在一个

肋距内或在一米长度范围内外板的不平度误差。船体外

板的变形超差，最常见于线型变化曲率较大的艄腥部及

相邻分段对接的大接缝区域。当然应首先考虑尽量利用

工装夹具及冷热加工等措施矫正外板超差处的不平度。

对于不平顺面积较小的外板，可按图1所示补强，图中

表示了分段接缝处外板的缺陷及补强办法，如采用扁钢

补强，则扁钢尺寸可取比肋骨型号略小的型材进行补强。

对于相邻肋骨间不平顺面积较大的外板，在不平顺

处采用纵横向十字交叉结构的型材补强，纵横向型材的

两端应分别削斜过渡。

(3)外板上肋骨腹板与理论平面超差

对于中小型船舶的艄艇段，一般在胎架上以甲板为

基准面采用反造法进行建造。这样在吊装肋骨框架定位

时，如若肋骨框架稍有扭曲或定位时未与甲板上的中心

线相垂直，这样就会造成肋骨腹板与外板连接后所形成

的角度不符要求，焊后就称为肋骨腹板变形，对于由此

形成的缺陷，由于结构空间狭窄，特别是在焊后很难矫

正。所以选用肘板进行补强就显得既方便又实际。

(4)船体结构节点构件连接尺寸超差

船体是一个复杂的结构体，船体内部构架密集，各

种型式的构件纵横相交，形成了所谓结构节点。例如纵

骨与肋板相交、龙骨与舱壁相交、横梁与纵桁相交等等。

这些相交的结构节点，若在施工中因技术不熟练或稍有

疏忽大意，就会造成节点处相交构件连接尺寸间隙过大,

致使无法施焊，直接影响结构的刚度和强度。

横梁与肋骨相交处间隙过大