壳体类非标准件制作的质量控制要点

摘 要：矿山企业为了达到降低生产成本、缩短长途运输所消耗的时间、持续生产的目的，根据生产实际，自行设计、制作满足生产需要的非标准件是与之相关的一项重要工作，是取之不尽用之不竭的效益源泉。由于矿山生产设备所涉及的非标准件种类繁多，结构复杂多样，制作过程中，遇到很多质量控制的难题，本文作者通过多年的壳体类非标准件制作经验积累，对遇到的质量问题进行分析研究，总结出了控制质量的方法，并且成功运用于长期的生产实践中，得到了充分的验证。

关键词：水泵趸船；工艺；焊接；变形；质量控制；应力

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.174

0 引言

本文所阐述的壳体类非标准件为凉山矿业股份有限公司拉拉公司绿房箐沟尾矿库库区回水泵站的水泵趸船，船体外形尺寸为16米（长）×8米（宽）×1.3米（高），吃水高0.7米，船体的具体结构及尺寸见图1。由于水泵趸船的外形尺寸大，所采用钢材为4～6mm的薄钢板，制作焊接距离长，焊接所产生的温差造成的应力变形较大，不仅船体的基本外形难以保障，质量控制更是整个制作过程的难点和关键点，并且贯穿于制作的始终。根据水泵趸船的结构及所使用的材料，可以准确预估到制作遇到的困难，采用制作选矿用的泡沫槽、各类球磨机的进矿器、大型储水罐等成功经验，使水泵趸船的质量得到严格的控制和保证。

1 制作前的船体底部固定设施设计、制作及制作材料使用

1.1 船体的支撑固定设施设计及制作安装

船体的支撑固定是整个制作工艺的重要组成部分，固定设施的合理分布、稳固是保障船体质量的关键。根据船体底面尺寸13.6*8米，确定支撑固定点的分布方案为矩形阵列，支撑点之间的距离长2.6米、宽1.3米，数量为44点。支撑点的分布见图1.1-1所示，均匀、密集的支撑点，确保在制作过程中，避免由于钢板的自重等因素造成船底凹陷、变形等。支撑固定设施的具体尺寸及结构见图1.1-2，在浇灌水泥墩之前，先对预埋钢板进行水平矫正并固定，再进行浇灌进一步固定处理，使其全部支撑点在同一水平面上，矫正水平面时，利用水平仪较为精确，也可以简单采用灌满水的透明塑料软管的连通器原理，进行矫正，预埋钢板与船体接触的活动支持构件采用25号H型钢，确保所有的构件高度相同，焊接船体底面时，可以取出活动构件，对支撑点位置进行焊接处理，支撑点的高度依据有限空间作业规定、船底的焊接操作人员现场实际情况设计确定。

1.2 船体制作的钢材材质选定

1.2.1 船体各构件材料

由于水泵趸船体积大、工作环境恶劣，船外壳受尾矿水的化学腐蚀、微生物腐蚀、空气的氧化腐蚀、较大的风浪冲击和交变负荷，制作复杂，对船体结构用钢要求严格。钢材必须具有良好的韧性，其次是较高的强度、良好的耐腐蚀性能、焊接性能、加工成型性能。根据船体的外形尺寸及使用环境，船体底板及外板采用6mm厚的CCS-A钢板（俗称锰钢板），甲板采用5mm厚的CCS-A钢板，舱壁及内部构件采用5mm厚的Q235钢板，人孔盖等采用4mm厚的Q235钢板。

1.2.2 船体制作的钢材规格

在焊接制作过程中，钢材受热、受力不均，船体容易产生应力导致变形，制作质量得不到有效控制。解决问题方法有三个方面：一是减少焊接的焊缝长度，选用宽度1.3米、长度8米钢板，1.3米即船体的高度、支撑点之间的距离，8米即船体宽度，合理减少了焊缝的总长度；二是部分构件采用冷加工等方式，如图1.2.2-1和图1.2.2-2所示的中内龙骨A型材和仓壁扶墙L型材，冷加工在使金属成形的同时，通过加工硬化提高了金属的强度和硬度，可以获得很好的尺寸和表面平整度 ，加工成本便宜，因此薄壁一般采用冷加工方法。

1.2.3 其他材料

在长期使用过程中，由于尾矿水对船体的严重腐蚀，防腐方面，基于红丹防锈漆的渗透性好、润湿性好，漆膜柔软、附着力强等优点，选用红丹防锈漆作为底漆、灰色调和漆作为面漆，有效延长水泵趸船的使用寿命。

2 船体的制作

2.1 船体结构简介

本船舱底由4号、12号、20号、28号四道横舱壁和4号――28号一道中纵舱壁将船体分为八个独立的舱，预防使用中因某一、两个舱浸水，趸船不至于沉没，同时可以通过每一个独立船舱的人孔，往舱内加装水泥块进行调节船舶的M倾和纵倾。甲板上的0号――3号为尾甲板，用作船舶的定位、移动操作，3号――8号为配电室，8号――28号为主甲板，用作安装水泵及管路等其他设备，28号――32号为尾甲板，首尾甲板上均设有抛锚、停泊用的卷扬机、系缆设施，船上设有防雨棚，雨棚支柱上设置了2吨桥式起重机，全船两舷设有0.6米宽的走到，舷边设置0.9米高的栏杆。

2.2 船体的制作

2.2.1 船体底板制作

将1.3米*8米规格的钢板平铺于25号H型钢支撑构件上，钢板8米长度即为趸船的8米宽度，边缘对齐H型钢2两排螺栓孔之间的对称中心线，钢板之间的接缝留有1-2毫米的缝隙，与焊接中钝边作用相同，保证焊透焊实，在支撑构件螺栓孔对应的钢板上切割与螺栓孔大小相等的孔，使用螺栓进行固定处理，避免焊接过程中发生变形、错位、移位等，船底整体固定后，进行焊接制作，为减小薄板焊接中的急速受热变形，采用以下工艺，先断续焊接长度100*100，即焊接100毫米的焊缝，隔100毫米长距离，再进行焊接100毫米的焊缝，以此类推，等焊缝温度降低以后再把剩余部分焊好，最终，船体底部的焊接都达到通焊、双4（双面连续焊、焊脚高度4毫米）要求。

2.2.2 船体外板及舱壁的制作

制作舱壁时，由于气体切割对钢板的加热面积大、切割慢等特点，切割好的薄钢板冷却后，切割边发生严重的变形，由直线变为弯曲的弧线，无法制作垂直度要求严格的舱壁，为减小薄板切割中的急速受热变形，采用以下工艺，先断续切割长度100*100，即切割100毫米的缝隙，隔100毫米长距离，再进行切割100毫米的缝隙，以此类推，钢材温度降低、应力基本消除平衡以后再把剩余部分切割完，达到切割边笔直的效果。板材边缘的直线度及相邻边缘的垂直度是船体外板与舱壁垂直度质量保障的关键。组对舱壁时，先进行4号――28号一道中纵舱壁的制作，其次是4号、12号、20号、28号四道横舱壁的制作，最后再进行船w外板制作。采用先中间后两边制作工艺，有利于尺寸的及时调整和保障。焊接时，先进行点焊组对制作，组对工作结束、焊接点温度冷却、应力消除稳固后，再按要求进行补焊，最终船体外板达到图2.2.2-1所示的焊接要求，船体舱壁达到2.2.2-2所示的焊接要求。

2.2.3 船首及船尾的制作

制作船首及船尾时，由于其特殊的结构原因，先进行船首及船尾部分的支撑架搭设，支撑架的高度及坡度与制作位置相同，把按尺寸制作好的板材敷设到支撑架上，为防止板材在组对焊接过程中发生变形，采用点焊接板材与支撑架接触部分进行固定，组对、固定工作结束后，焊接点冷却去除应力后，进行补焊，焊接要求与船体外板及舱壁的制作相同。

2.2.4 舱壁垂直桁、龙骨等制作

在进行舱壁垂直桁、龙骨等肋焊接时，由于焊缝多、板材薄等原因，船体底板、舱壁无法避免发生凹凸变形，为了使肋边缘焊接部分能够紧贴舱壁、底板等，必须对变形部分进行校平。校平时，采用图2.2.4-1和2.2.4-2方法完成校平工作，通过点焊接固定的辅助工具及液压手动千斤顶、手动钢丝绳拉紧器进行顶压、拉伸等，同时对变形位置进行乙炔火焰均匀加热，消除焊接所产生的应力，再进行舱壁垂直桁、龙骨等肋的焊接，采用的焊接标准如图2.2.2-1所示。

3 船体焊接质量检验及防腐

3.1 船体焊接质量检验

焊接是船体制作的关键，船底及外板的焊接质量，是船体使用效果的决定因素。因此，只对船体底板、外板进行质量检测，其他构件的焊接不做检验要求，按船体制作的规范要求完成后，进行焊缝表面飞溅物、氧化皮的清除即可。薄板焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。对此类缺陷的无损检测方法主要有两种：一是超声波探伤，优点是仪器便于携带、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定位和定量；二是往船体内加注干净的水，优点是快速便捷，无需技术、设备、成本，由于注水检测不够彻底、精细，在使用过程中，受到腐蚀后有漏水的可能，在设时，考虑到上述因素，为了避免漏水造成船体沉没，船体内部分为八个独立的船舱，漏水时不至于沉没。

3.2 防腐

防腐的主要工作是刷漆，一底两面，第二道漆必须待第一道漆干净后再刷，且防锈稠度要适宜。分层涂刷时，每层应往复进行，纵横交错，并保持涂层均匀，不得漏涂或流坠。其余要求按质量标准执行。

4 结语

由于船体体积大、均为薄板焊接、使用条件恶劣等因素，制作的标准高要求严，焊接薄板时容易发生变形、应力集中、焊条击穿、焊缝咬边等情况，遇到的困难囊括了几乎所有非标件制作工艺的难题，因此，本文着重阐述的质量控制要点能够广泛运用于其他非标准件制作的工艺中。

参考文献：

[1]中国船级社.内河小型船舶建造规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[2]中国船级社.内河小型船舶法定检验技术规则[J].北京：人民交通出版社，2007.

[3]中国焊接协会.焊工手册[K].北京：机械工业出版社，1998.

[4]刘同.油漆工手册[K].北京中国建筑工业出版社，2005.