1000t沿海起重船吊臂建造工艺

摘要：本文介绍了1 000 t沿海起重船吊臂的建造工艺及吊装到负荷试验的全过程。

关键词：吊臂；三维建模；策划；热处理；火工矫正；镗孔；整体吊装

Building of the Davit’s Structure for 1 000tCoastal Derrick Boat

LIAO Aiming

(Guangzhou Hangtong Shipbuilding and Shipping Co., Ltd. Guangzhou 510290)

Abstract: This article introduces the building technique and the process from hoisting to load test for davit of 1000t coastal derrick boat.

Key words: Davit; Three-dimensional modeling; Devise; Heat treatment; Distortion correction by flame; Boring hole; Integral hoisting

1工程概况

广州航通船业有限公司承接佛山捷信起重打捞有限公司1 000 t沿海起重船起吊载荷1 000 t之臂杆钢结构工程（俗称扒杆）。应用业主提供的，由广州市建航船舶设计有限公司设计、江苏科技大学船舶与海洋工程学院负责扒杆强度校核的成套图样进行施工；根据相关法律、法规规定，该设计取得了广东省船舶检验局广州分局（ZC）审核同意。在该项目具体施工过程中，ZC验船师实施全过程监督并完成竣工检验。

1.11 000 t沿海起重船主尺度

总长：85 m设计水线长：85 m

两柱间长：83 m型宽：32 m

型深：6 m设计吃水：4 m

首尾弦弧：0.7 m 梁拱：0.64 m

1 000 t起重船主船体由业主按排,在番禺灵山船舶修造厂建造。因为1 000 t起重船的关键是起重臂杆系的制造，而限于灵山船舶修造厂的技术、能力，业主要求我们公司建造、安装荷重1 000 t的整座大臂杆（包括千斤柱、支座在内）。

1.2臂杆主要参数

长：86.96 m 宽：20.87 m

架高：3.7 m

臂杆全貌见图1。

扒杆主体重420 t、千斤柱重155 t（整个起重机总重946 t）。

根据合同、设计图样的技术要求和本公司对产品所设定的质量目标，产品完工后应满足：

① 臂杆销孔（臂杆下）中心距19 520 mm，允许偏差±3mm；

② 臂杆直线度为1/1 500且只允许上拱，臂杆旁弯度为1/2 000且只允许外弯；

③ 臂杆桁材架成形后臂杆销孔中心至副钩中心距离86 957 mm，允许公差±87 mm。至主钩中心 距离75 000 mm，允许公差±75 mm；臂杆中心线垂直臂杆下销孔轴线（左右对称）允许公差3 mm；

④ 臂杆下销轴同轴度公差（镗孔后）±0.5 mm。

2施工策划与建造

航通公司历史上曾成功建造母公司――四航局“粤工桩九”（桩九）打桩、起重船，其上的桩架为三角形整体式，桩架主体部分由九层“塔平台”组成，吊锤平台高度距设计水线约86 m，主体结构由钢管和型钢焊接而成。因为有几近相似的管节点、彼此差异不太大的主尺度，为建造1 000 t起重臂杆提供了有利的经验。

2.1管节点、相贯线、胎架

在公司技术中心按起重臂杆设计图样进行结构建模、放样以后，对于设计图样上那些很难装、焊的节点，沿用“桩九”的经验，在征得原设计公司认同之后，将二条或二条以上管子交于一点的管节点所造成的装、焊死点，适当拉开一定的距离；既保证节点强度，又方便保证装配、焊接质量。

结构建模、放样之后，因为每一个构件的尺寸都拿掇得很准确，不仅降低成本、减少物耗，而且为精确切割零部件创造了条件。

考虑公司现有场地和起重设备等因素，将整个臂杆分为三段建造见图2。

整条起重臂杆长可近90 m，高度3.7 m，从安全生产和日后“三段结构”预拚装的角度出发，胎架设计必须保证有足够的强度和刚性，意思是此时的胎架不能光顾节省材料,胎架够强够硬，某种意义上等于一个刚性底座既方便固定、控制扒杆装焊变形，还起到下桁管装焊过程中的临时性加强作用（如图3）；而且胎架布置应当尽可能靠近，方便预拚（现场胎架布置好如船舶姐妹分段那样，基本联在一起）。

关于臂杆相贯线；臂杆杆系间相交连接之相贯线在臂杆结构建模之后，使用既定的计算机程序作每一节点的放样、展开，由于本公司缺少多维切割机，在设计人员提交每一节点的内外缘相贯线实样之后，施工人员按样围管逐个切割，然后使用手提砂轮机打磨，修正，确保坡口光滑，内外缘相贯型线准确。

2.2典型节点装焊与质量控制

梳状结构下料与装配：臂杆和千斤柱设计的一个特点是梳状结构多。整个臂杆中不少的连接节点采用了梳状结构；的确是一种有效、可靠的连接方式，既保证构件间的连接又方便力传递。但此类节点多，客观上为下料、装配工序增添了难度；因此，号料及舯段开工上胎前，首先对相关工种施工人员进行技术交底，取一样杆作典范，由工艺技术人员作划线示范，要求按装配程序细致画出梳状开口；同时对切割工进行专门培训，具体要求割缝细小、平直（割缝≤3 mm）。装配时，除要求装配工耐心、细致、逐个插叉以外，臂杆的定位焊应尽量减少，其质量应与施焊的焊缝质量相同，长度应控制在30～50 mm之内，因为是荷重千吨的大扒杆，特别需要强调安全，所以对有缺陷的定位焊无论是板缝还是角缝，施焊前全部剔除干净。根据相关规定，在查对焊接工艺评定的复盖状况之后，还补充了厚板、管子的工艺评定。

臂杆建造的又一个特点是电焊工作量大，对焊接工人的操作技能要求高，所以具体要求是：每个焊工都必须持证上岗，必须按施工图样的要求保证每个焊透节点确实焊透，需要深溶焊的节点焊接坡口保证准确。亦因为此质量检验部在作焊前、装配报验时，焊接坡口准确与否是检验的一项重要内容。

臂杆主杆（指Ф500 mm的四条直杆）其对接接头按施工图样上的要求应在内缘，沿整圆周长贴覆-5×50的工艺垫板，为了确保实船施工质量，先作了实样模拟试验。待到模拟样管按图示坡口、贴覆垫板完毕之后，进行试焊；随后剖切断面作目视和金相检测。并据此编撰作业指导书，规范杆系对接接头焊接程序。

2.3厚度大于30 mm的Q345B钢板的检验与焊接

按照设计图样规定:臂杆、千斤柱等本体主要材料的材质均为Q345B优质低合金高强度钢。对于低合金高强度钢Q345B，根据以往的使用经验：在一般情况下，国内各大钢厂出品质量都比较稳定，机械性能、化学成分可以保证，加工性能、可焊性也都比较好。但对于厚度较厚的板材其材质往往就容易出现些问题了。为了保证千吨重吊臂杆的安全运作，应十分重视Q345B厚板进货验证，公司明确规定：

1）所有Q345B钢料进厂，使用前供应部会同质检部应核对材质，证书、生产批号。

2）对厚度大于等于30 mm的钢板，应使用测厚仪检测每块钢板，不使用钢板实际厚度误差大于标准许可负公差的钢料。

3）对于厚度40 mm和60 mm的钢板，每一张板表面都应进行超声波探伤，存在分层或局部较大面积夹灰的钢板应予退货、换板。

尔后的钢料接货检验表明，这些规定是正确的。特别是第3）点，首批到厂的厚板（40 mm及以上者）都发生问题，供应商遂作全部换板处理。

对于Q345B钢料、厚度30mm以上的结构焊接，本公司按臂杆设计中的图示要求，采用与母材相匹配的焊接材料之外，强调焊接时应考虑对焊接接口预热（温度应在150 ℃左右）并控制线能量和道间温度，且要求主杆合拢口以及臂杆结构总图（JH0802-241-01）中零件组装焊接施工后应作退火处理（见图4），以消除焊接后的残余应力；而为了避免强度损失，退火温度应控制在600 ℃以下；然后缓慢冷却（因为采购热电隅受限于时间和价格等问题，现场装焊一匣状炭炉，置工件/合拢口接缝于其内，灌满木炭后，燃炭焚烧，待炭净后空冷；达到了预期的效果）。

臂杆结构装配使用J502焊条（焊条直径3.2 mm）；焊前对装配点焊的质量均予检查，发现有缺陷的点焊全部剔除。

2.4对于火工矫正的规定

Q345B高强度钢中Mn作为一种主要合金元素起着提高材料抗拉强度和屈服点的作用，但毕竟对钢材的热、冷加工性能会有影响，对于臂架结构板厚、焊接节点复杂，溶敷量大的特点，尤其应注意预防材料发生冷脆，所以本公司臂杆项目部作为一项强调执行的工艺纪律：火工矫正时严禁采用水火矫正工艺，无论是矫正变形还是加热“骨”消除残余应力都禁止淋水，而必须空冷。

实践表明：由于对火工矫正强制了这项规定不仅避免了节点发生裂纹，而且既使是整条臂架涂装之后，表面光洁、不起皱折；外观质量受到船东、船检及参观人员等的一致好评。

2.5臂杆与支座镗孔

为了确保镗孔精度，选用XD系列铣削动力头来进行臂杆和支座的镗孔加工（如图5臂架镗孔；动力头参数：型号 XD4060-A ，功率7.5 kW）。

3整体吊装和试验

如前所述，臂架三段呈姐妹段在胎架上分别组立，随即合拢成臂架整体不仅实现了项目质量目标，而且涂装之后外观很漂亮。佛山捷信公司安排自己公司的150 t、250 t和500 t三台浮吊联吊上船安装。因为建造精度控制好，在本公司的码头不足一天时间就顺利吊装完毕（图7 ）。

千吨扒杆的负荷试验，以一艘58.7 m工作船的裸船体（～1 000多t）作负载（图8 负荷试验）。

当整船缓缓吊起，臂杆慢慢变幅、迥转，一艘58.7 m工作船被平稳吊下水时，航通公司的千吨扒杆也就制作、安装、试验成功了。