造船分类

根据船厂的生产规模、性质和习惯,车间的划分往往是不同的。

过去很多船厂不仅进行钢材加工、船体组装、焊接和设备系统安装,还具备一定的铸造、锻造和机械加工能力。同时,他们还制造了主机、辅机、锅炉等设备。从20世纪50年代开始,随着造船及其配套产业的发展,船厂向总装方向发展,即以建造船体为主要任务,大量机电设备和舾装件由专业或非专业的合作工厂提供,船厂只进行安装,以提高造船质量和效率。

造船过程造船的主要工艺过程可以用下面的框图来表示。

钢材的预处理在标记前对钢材进行校正、除锈和涂底漆的工作。船用钢在运输和储存过程中,由于轧制不均匀、轧后冷却收缩不均匀或其他因素,往往会产生各种变形。为此,板材和型材从钢筋场取出后,分别用多辊钢板矫直机和钢板矫直机进行矫直,以保证正常的划线、切边和成型加工。矫正后的钢材一般先打磨除锈,再喷涂底漆,烘干。这样,加工好的钢材就可以送去打标了。这些工序往往形成一条自动化的预处理流水线,输送滚道与钢场的提钢、划线、边缘加工等后续工序的输送线相连,实现船体零件备料加工的全面机械化和自动化。

放样和标记船体形状通常是一个光滑的空间曲面。由设计部门提供的以三维投影线表示的船体轮廓图,称为线条画,一般以1:50或1:100的比例绘制。由于比例较大,型线的三维光顺存在一定误差,不能直接根据型线进行船体建造,而应在船厂的放样平台上进行1:1或1:5、1:10比例的全尺寸放样,使型线光顺,得到正确的型线。船体放样是船体建造的基本过程。

划线是将放样后得到的船体零件的实际形状和尺寸,用模板、样品或草图画在板材或型材上,并注上记号,以便加工装配。最早的放样和划线方法是全尺寸放样和人工划线。上世纪40年代初,出现了比例放样和投影标注,即按照1:5或1:10的比例将放样制作成投影底图,用相应的低倍投影设备将投影底图放大到实际尺寸。或者把投影底图缩小到1/5 ~ 1/10做一张投影底片,然后用高倍投影设备放大50 ~ 100倍,形成立体部分,再在钢标上。比例放样还可以为光电跟踪切割机直接切割钢板提供复制图,省去了编号过程。虽然投影打标在人工打标的基础上有了很大的改进,但仍然无法摆脱人工操作。20世纪60年代初,应用了电标记材料,即利用静电照相原理,先在钢板表面喷涂光敏导电粉,然后进行正投影曝光。在显影和固定之后,部件被展示在钢板上。本发明适用于大尺寸钢板的大型电印打标装置采用同步连续曝光投影方式,即底图和钢板同步移动,在移动过程中连续投影曝光。一种适用于小型钢板的小型电打标装置,可以一次将所有图形投射到钢板上。这种标记方法已被广泛使用。随着计算机在造船中的应用,数学放样方法再次出现。即利用数学方程表示船体型线或船体曲面,以设计值表和必要的边界条件值为原始数据,通过计算机反复验证计算,实现对船体型线的修改和光顺,从而得到精确光滑且与相应投影点完全一致的船体型线。每条船体线由一个特征数学样条曲线方程表示,可以用数控绘图仪绘制(见绘图工具)。数学放样不仅可以取消传统的全尺寸放样工作,还可以为切割、成型等后续工序提供控制信息,对船体建造过程的自动化起到关键作用,是造船技术的重要发展。

船体零件的加工包括边缘加工和成型加工。边缘加工是根据划线后在钢材上画出的实际形状,用剪板机或氧乙炔气割、等离子切割对船体零件进行切割。有些零件的边缘还需要用气割机或刨边机加工。气割设备中的光电跟踪气割机,通过同步伺服系统自动跟踪刻度尺图上的线条,切割钢板,可配合人工划线和投影划线使用。使用数控气割机不仅切割精度高,而且直接根据数学放样数据进行切割,可以省略编号过程,实现放样和切割过程的自动化。

对于有曲率、角度或折边的船体板,钢板切割后需要成型,主要使用滚弯机和卷板机进行冷弯;或者采用水热成型的加工方法,即按照预定的加热线,用氧-乙炔焰炬对板材进行局部加热,然后用水冷却,使板材局部变形,弯曲成所需的曲面形状。用于用作肋的型材等。,肋骨冷弯机常用来将其弯曲成各种形状。随着数控技术的发展,数控冷弯机得到了应用,进而发展了数控卷板机。船体零件的加工已经从机械化发展到自动化。

船体装配和焊接将船体结构部件装配成整个船体的过程。一般采用分段施工,分为构件组焊、分段组焊和滑道组焊三个阶段。

①部件组装焊接:也叫小折叠。将加工好的钢板或型钢组装成板材、T型钢、肋骨框架或船舶首尾柱的过程,是在车间的组装焊接平台上进行的。

②分段组装焊接(一般分段):也叫中封。将零件组装成平面段、曲面段或立体段,如舱壁、底部、侧部和上层建筑;或者组合成向船长方向穿过主船体的环形立体剖面,称为总剖面,如船头总剖面和船尾总剖面。分段的组装和焊接在组装和焊接平台或夹具框架上进行。分段的划分主要取决于船体结构的特点和船厂的吊装运输条件。随着船舶的大型化和起重机容量的增加,分节段和一般段也越来越多,其重量可达800吨以上。

③船台(船坞)组装焊接:即船体组装,又称大合拢。船体零件、段和段最后在泊位(或船坞)上组装和焊接形成船体。对于排水量超过654.38+万吨的大型船舶,为了保证下水安全,大部分都是在船厂组装。常见的组装方式有:以总段为组装单元,从船舶中部向船头、船尾吊装,一般适用于中小型船舶建造;先吊装船舶偏心处的一节底节,以相邻节段吊装至船头、船尾和上层为施工基准,吊装范围呈宝塔形,称为塔架施工法;有2 ~ 3个建造基准,分别用塔建造法建造,最后连接形成船体称为岛建造法;当第一艘建造在船台(或船坞)的末端时,第二艘的尾部同时建造在船台的前端。第一艘下水后,将第二艘的尾部移到船台末端,继续吊装其他分段,直到整个船体组装完毕。同时,第三艘船的尾部建在船台的前端,以此类推。这种方法称为系列构造法。将船体分为首节和尾节两部分,分别在船台下水,然后在水上进行大合拢,这就是所谓的两段施工法。各种装配方式的选择取决于船体的结构特点和船厂的具体情况。

船体组装和焊接的工作量占船体建造总工作量的75%以上,其中焊接占一半以上。因此,焊接是造船的关键工作,不仅直接关系到造船的质量,也关系到造船的效率。自20世纪50年代以来,焊接方法从全手工焊发展到自动埋弧焊(见埋弧焊)、半自动焊、电渣焊和气体保护焊。从20世纪60年代中期开始,出现了单面焊双面成形、重力焊、自动角焊、立焊和卧式自动焊等新技术。焊接设备和焊接材料也有了相应的发展。由于船体结构的复杂性,在自动焊接和半自动焊接难以实施的位置,仍然需要手工焊接。

结合焊接技术的发展,从20世纪60年代开始,T型梁装配和平面分段装配线分别用于船体零件和分段装配。t形截面是平面分段骨骼的基本组成部分。平面分段在船体结构中占有相当大的比重,例如在大型散货船和油轮上,平面分段可以占到船体总重量的50%以上。平面分段装焊装配线包括各种专用装焊设备。它利用输送装置连续进行送料、拼焊组装和焊接骨架,可显著提高分段组装的机械化程度,成为现代造船厂技术改造的主要内容之一。世界上一些造船厂也采用流水线生产,在大批量生产和船坞组装中对大型油轮的三维分段进行组装和焊接。

船体总装后,必须对船体进行密性试验,然后在尾部对中轴系和舵系,安装轴系、螺旋桨和舵。完成各种水下项目后准备下水。

船舶下水是将在泊位(码头)组装的船舶从陆地移动到水上的过程。船舶下水时的运动方向要么与船长平行,要么与船长垂直,分别称为纵向下水和横向下水。下水滑道主要有木枋滑道和机械化滑道。前者依靠船的自重滑入水中,应用广泛;后者用小车运载船体,在轨道上拉进水中,多用于中小型内河船厂。

垂直下水前,将停靠在桥墩上的船体转移到滑板和滑道上,滑道向船入水方向倾斜。当滑板和滑道之间的制动装置松开时,船由于自身重量,连同滑板和支架一起滑入水中,然后依靠自身浮力漂浮在水面上。为了减少下滑时的摩擦阻力,滑板与滑道之间往往会涂上一定厚度的下水油脂;还可以用钢珠代替污水油脂,将滑动摩擦改为滚动摩擦,进一步减少摩擦。船坞里组装的船,只要倒入船坞就可以浮起来,其下水操作比船台下下水要简单安全得多。

下水意味着船舶建造完成了关键和主要的工作。根据传统习俗,当一艘大船下水时,通常会举行盛大的庆祝仪式。

船坞安装(设备和系统的安装)船舶下水后,往往依靠工厂内的舾装船坞安装船体设备、机电设备、管道和电缆,进行舱室的木工、绝缘和油漆工作。码头安装涉及的工种多,相互影响大。随着船舶设备和系统的日益复杂,对安装质量的要求也在不断提高,因此安装工作直接关系到船舶下水后能否快速试航交付。为了缩短下水后的安装周期,上述安装工作应尽可能提前到分段组装和船体组装阶段进行,称为预舾装。将传统的单件安装改为单元组装也可以大大缩短安装周期,即根据机舱和其他机舱设备的布局和组成特点来确定安装单元的组成程度。例如,主发动机冷却装置可以包括热交换器、泵、温度调节器、带有附件的相关管道以及该装置所需的电气设备。在车间组装安装单元,然后吊装到分段、一般分段或船舶上进行安装,可将18 ~ 25%的安装工作量从船上提前到内场,缩短船上安装工期15 ~ 20%。

系泊试验和航行试验船体建造安装完成后,为了保证建造的完善性和各种设备的可靠性,必须进行全面而严格的试验,通常分为两个阶段,即系泊试验和航行试验。

系泊试验,俗称船坞试运行,是在系泊状态下对船舶的主机、辅机和其他机电设备进行的一系列检查安装质量和运行情况的实际试验。系泊试验以主机试验为核心,检查发电机组和配电设备的工作情况,为主机和其他设备试验创造条件。相关系统的协调、应急、遥测遥控和自动控制也需要进行可靠性和安全性测试。在系泊试验过程中,船舶基本处于静止状态,主机、轴系及相关设备系统不能表现出满载运行的性能,需要进行航行试验。

航行试验是全面检查船舶在航行状态下主机、辅机及各种机电设备和系统的性能。一般有轻载试航和重载试航。在航行试验中,测量指定航区的航速、主机功率、操纵性、回转性、航向稳定性、惯性和适航性。测试结果被船务机构和用户接受后,船厂将正式交付订货方使用。

现代造船技术的发展是一个从手工操作到机械化和自动化的过程。自20世纪50年代以来,在船体建造中铆接被焊接取代,使船体建造从过去长期使用的零星散装模式改进为分段组装模式,大大提高了造船效率。由于船体结构和形状的复杂性,人工操作在船体建造中一直占有很大的比重。计算机和数控技术的应用正在进一步改变造船业的面貌。电子计算机最早应用于数学放样,随后出现了数字输入和图形输出的数控绘图仪、数控切割机、数控肋骨冷弯机、数控螺旋桨加工机和管材加工机。与此同时,电子计算技术已逐步应用于造船厂的生产管理、计划、材料设备供应和成本核算。为了减少信息准备,消除设计与生产的脱节,开发了大型造船集成数控系统,该系统包括船舶设计、生产、管理等所有功能的通用信息,能够协调从设计到生产的整个工作过程。因此,继续扩大计算机在造船中的应用是发展造船技术,进一步提高造船自动化程度的主要方向。

文献学

王永艺等,船体建造技术,人民交通工业出版社,北京,1980。