18000TEU超大集装箱船舵鳍分段结构特点及建造工艺研究

韩俊王颢李超

（上海外高桥造船有限公司，上海200137）

摘要：舵鳍分段是船舶结构的重要组成部分，是连接船舶操纵装置舵叶的分段，其重要性不言而喻。设计及建造过程中如何保证其结构顺利装配及建造精度，关系到后续舵系的拉线照光、镗孔和安装是否顺利，进而会影响到整个船舶的建造进度。现重点分析上海外高桥造船有限公司承接的首艘18000TEU超大集装箱船舵鳍分段的结构特点、生产设计及建造相关工艺，并对比三大主流船舶在该分段的主要差异点。

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关键词 ：舵鳍；舵筒；建造精度

0引言

舵是实现船舶操纵的主要设备，舵系工作的好坏将直接影响船舶的推进特性及正常航行，对船舶稳定性有直接影响。目前散货船、油轮以及集装箱船采用半悬挂式半平衡舵，舵安装在艉部舵鳍分段上，舵鳍分段由纯铸钢或钢板和铸钢组合的挂舵臂与艉部划分出的一部分船体结构组合而成，此分段的建造质量和精度直接决定了后续的舵系安装质量，进而会影响到船舶建造质量和进度。

18000TEU集装箱船舵鳍分段立体模型如图1所示。本文在此基础上分析总结了超大集装箱船的舵鳍分段结构特点、生产设计及建造过程，为今后超大型集装箱船该分段的建造提供相关设计及工艺参考。

118000TEU集装箱船舵鳍分段结构特点

此舵鳍分段由舵筒与船体结构组合而成。该分段是在船体结构全部烧焊完成，无损探伤结束后，将舵筒整体插入，船体结构与舵筒之间存在诸多对接及交接焊缝，这些焊缝的焊接质量直接决定舵筒与船体结构连接的牢固度，因此这些对接及角接处的坡口选择及焊接顺序很重要，且船体结构在这些连接处的板材板厚及材质相较此分段其他区域更厚、更高。

2设计过程

随着公司造船效率的不断提升，生产部门对设计图纸的质量要求也在提高。设计是生产的先行，设计时考虑得越周到细致，给生产现场带来的便利就越大。因此，在舵鳍分段的结构设计过程中对具体的焊接坡口、具体的建造方式以及为顾及施工方便而进行合理化设计等各方面都需要予以全面细致的考虑，以确保分段建造的质量。

2.1焊接坡口

此分段焊接坡口的型式及朝向要求特殊，在设计阶段需充分考虑各方因素。

（1）舵筒由外部厂家提供，其与船舶主体结构存在诸多对接坡口，因此船体设计开设坡口时要充分考虑厂家提供的舵筒相关结构坡口朝向，避免平行坡口的出现，从而避免质量事故的发生。

（2）舵鳍内部结构与舵筒圆箍处的坡口要求为深熔焊。

（3）舵筒上端面与17846平台对接缝的坡口方向朝上。

（4）一般情况下船体外板板厚朝外，而此分段舵鳍外板由于板厚朝里，导致其内部结构在建模时要偏一个舵鳍外板板厚，不能简单地参照SURFACE建模，否则内部构件会偏大一个板厚，影响钢板订货及结构安装。

由于舵鳍外板曲率较大，内部构件与其形成角焊缝时要开设自然坡口，但因建模时偏了一个板厚导致自然坡口不能自动建模，设计人员需逐一剖取图面量取角度后手工开设坡口。

（5）为了保证舵筒的安装精度，舵筒底板与舵鳍底板的对接处，中纵剖面、FR2横剖面船体结构与舵筒结构的对接处，取消对接缝的坡口6mm的间隙设置。

2.2舵鳍建造方式

（1）舵鳍要单独制作DAP。舵鳍右舷外板上胎，左舷外板散贴，此时要注意右舷外板板缝处内部构件开设KU40×5的NOTCH孔，而左舷外板板缝处内部构件开设KU40×10的过焊孔，保证陶瓷衬垫的贴附及焊接的顺利进行。

（2）在舵鳍上截取6个面，每个面均需制作模板以供制作胎架使用。

（3）对剖取的截面进行加工，制作逆直线和标尺水平线用于现场定位安装。注意每个截面的数据必须保证正确，否则一旦模板不对，舵鳍的制作精度就无法保证，进而会影响整个分段的质量。

2.3设计合理化

（1）由于舵鳍内部存在狭小空间不利于内部结构焊接，因此设计时需考虑在舵鳍左舷外板上开设两个临时工艺孔，以便施工人员进行内部作业，待内部结构焊接结束后再将其封死。为保证施工人员的安全，现场部门应采取相应的安全防护措施。

（2）进行临时工艺孔封死烧焊作业时内部要贴钢衬垫，以保证焊接质量。

3建造过程

由于此分段最后连接舵叶，因此在建造过程中如何更好地控制精度尤其关键。

3.1分段定位

（1）舵筒在分段（包括舵鳍）阶段进行定位、装配，此分段船体结构焊接、无损探伤工作全部结束后，将舵筒整体插入分段内。

（2）如图2所示，将舵筒竖立在分段胎架上，使舵筒上端面与17846平台在同一平面上，并作出舵筒上下端面B、A两点，用扁铁条钉焊在舵筒上下端面，开一个小圆孔，B点为舵筒上端面，A点为舵筒下端面，通过A、B两点用铅锤荡一根直线，延伸至基面的对准点划一个十字线得到C点，找出舵筒中心线。

（3）舵筒在分段阶段进行装配定位不焊接，等分段总组、搭载阶段焊缝焊接结束后再进行舵筒的焊接。

3.2总段定位

（1）在此分段总组、搭载两个阶段焊接时，应控制舵筒中心线，偏差值要求控制在±4mm之内。

（2）当总段搭载焊缝全部焊接结束后，在舵筒上下端面中心作出B、A两点，通过A、B两点向下延伸一根直线，直至与艉轴中心延长线相交，得到十字相交点C。

3.3焊接要求

（1）焊接前应检查坡口清洁状况，坡口两边缘20mm范围内是否有铁锈、垃圾等污物。

（2）定位马安装的间隔约为400mm，当衬垫与衬垫连接时，为使衬垫与钢板粘合紧密，必要时，可在该连接处增加定位马。

（3）焊前预热要求：当环境温度低于0℃时，所有焊缝焊接前至少要预热至21℃；当母材厚度大于38mm时，预热温度应≥65℃。

（4）在焊接过程中要有专人进行测量，当舵筒的中心线与轴线中心线前后左右偏离值超出±6mm时，测量人员应立即通知焊工采取措施，调整焊接顺序。尤其是在焊接1/3板厚的焊缝时，要边焊接边测量，严格控制舵筒中心线的变形。

（5）焊接时应采用多道多层焊，除打底层外，其他各层的焊缝厚度应控制在2～4mm以内，焊工在每一焊道焊后须清除焊渣与飞溅，第一层焊缝焊接结束后，第二层焊缝要立即盖上去，层间温度应控制在150℃以下。

（6）首先焊接舵筒上端面与17846平台处的对接焊缝，焊接方法采用CO2衬垫单面焊，由两名焊工对称焊接，焊接时需满足（4）、（5）两点要求，焊接顺序如图3所示。

（7）焊接分段外板与舵筒中段圆箍处的角焊缝，也由两名焊工对称焊接。

（8）焊接舵筒结构与舵鳍内部结构的对接焊缝，焊接方法采用CO2半自动焊，焊接时要严格控制焊接顺序，应采用双数焊工对称焊接，首先焊接中纵板的对接焊缝，再焊接FR2处的肋板对接缝，最后焊接FR1、FR3处嵌补板与舵鳍、舵筒结构的对接焊缝，焊接需满足（4）、（5）两点要求。

（9）最后焊接舵鳍内部结构与舵筒结构的其他焊缝。焊接过程中应注意控制舵筒本体的温度不能大于60℃。

（10）焊接结束后按无损探伤布置图的要求对焊缝进行无损探伤检查。

（11）根据涂装要求，对尾鳍内部焊缝进行车间底漆补漆处理，并应放置相

应的气相缓蚀剂，按50g/m3的比例均匀放置；气相缓蚀剂应固定在尾鳍内部结构上，不允许直接散放在尾鳍底板上。

（12）对尾鳍左舷外板处的临时工艺孔进行焊接，焊接要求同（4）、（5），相应的焊接顺序如图3所示，临时工艺孔焊接完成后应进行100%超声波探伤检查。

（13）由于在密闭舱室内施工，内部施工时应注意加强通风，防止发生安全事故。

3.4检验

（1）焊接结束后，焊工必须敲清焊渣及焊缝周围的飞溅，并检查焊缝表面质量是否符合验收要求。

（2）焊缝无损检验按船级社认可的无损探伤布置图中的要求进行。

（3）焊缝无损检验后，如果焊接缺陷超过标准要求时，焊工应严格按照Q/SWS41?011—2005《焊缝返修通用工艺规范》要求对缺陷进行返修。

3.5精度测量

舵筒焊接结束后要对其内径进行精度测量，并将实际测量值报舵筒厂家，测量值需经厂家签字认可。

4与散货船和油轮在此分段上的差异点

散货船和油轮在此分段上结构几乎一致，其分段整体立体模型如图4所示。

比较图1和图4可以看出，散货船和油轮的舵鳍分段是由纯铸钢或钢板和铸钢组合的挂舵臂与主结构对接形成舵鳍分段，而18000TEU集装箱船是由舵筒和主体结构构成，且主体结构中包含舵鳍，舵筒为成品，不需要镗孔，建造过程中需要对

舵筒的安装和焊接进行精度控制，以保证舵系的安装精度，增加了整个分段的建造周期及建造难度。

散货船和油轮此分段的铸钢件与主体结构的焊接在分段阶段烧焊完成，而不是到搭载阶段焊接，在分段搭载结束后，须拉线照光再进行镗孔，以保证整个舵系的安装精度。

5结语

超大型集装箱船的建造长期被日韩所垄断，18000TEU集

装箱船为我公司首次承接建造，标志着我国正式进入超大型集装箱船的建造领域。该船从设计到施工没有借鉴度高的经验，因而做到保质保量地完成具有里程碑式的意义。该船舵鳍分段设计难度高、作业空间小、焊接要求高、制作精度要求高，是典型的复杂分段，本文通过对该分段的设计和建造过程进行分析研究，梳理、总结了其中的重难点以及工艺流程，对整个分段制造的控制具有典型性，对公司后续超大型集装箱船在该分段的设计及建造上具有一定的借鉴意义。

收稿日期：2015?07?09

作者简介：韩俊（1986—），男，江苏人，助理工程师，从事船体生产设计工作。