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面向精度控制的船体焊接工艺规划技术研究

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：朱志敏孙太石

[导读] 摘要：随着时代的进步与发展，国家对我国造船技术提出了新的目标与要求，尤其是船舶建造的精度控制，这是整个建造过程中的核心部分，也是提高建造质量的基础条件。

        扬州中远海运重工有限公司江苏扬州 225000
        摘要：随着时代的进步与发展，国家对我国造船技术提出了新的目标与要求，尤其是船舶建造的精度控制，这是整个建造过程中的核心部分，也是提高建造质量的基础条件。针对该问题我国船舶建造提出了面向精度控制的船体焊接工艺，并结合计算机辅助工艺设计手段，建立了船体焊接工艺技术规划体系以及焊接工艺精度规划系统，提高了我国的造船技术水平。
        关键词：精度控制；焊接工艺；技术研究
        引言
        我国的造船技术与理念都相对落后，尤其是与其他国家相比，建造精准度控制与工艺水平都要略低一些，这也限制了我国造船技术的发展，不过在进入模块化造船模式后，我国在该方面还是很多提高。尤其在当下的船舶建造过程中，建立了船舶建造精准度控制模式，可以改善船舶建造过程中的问题，包括精度补偿量以及焊接反变形量释放等，促使我国造船技术得到提高，除此之外还能实现更加有效的建造管理，大幅度提升船舶建造的效率与质量。
        一、船体精度控制的重要性
        我国造船技术目前有了很大的进步，但与其他国家相比仍然有一定差距，例如日韩等造船强国已经形成了精益制造的现代工艺，无论建造效率还是船体精度控制，都有大幅度的提升，所以造船技术水平也有较为显著的进步。前期我国的造船重心侧重于建造数量上，并没有针对质量做出有效调整，因此建造进度控制与技术水平未得到最快的发展，更无法与其他国家相比。当下必须要做好船舶建造进度控制管理，尤其是船体结构位置的精度，要以最小的成本，控制船体建造的尺寸偏差以及结构位置，这样才能提高船舶建造效率与质量。由此可见船体建造精度控制是非常重要的环节，必须要以建造精度标准为原则，运用更为现代化的技术手段，提高船体建造的精度分析与控制。
        二、船体分段建造精度管理
        1.胎架管理必须要注意所选的位置，高度、强度都要符合相关标准，例如高度要大于1.2m，其次胎架质量必须要控制好，分段焊接前要做好固定措施，防止出现变形的问题。分段建造过程中要严格控制反变形数据，这是非常重要的环节，要根据施工现场的实际情况，还有分段形式进行合理的选择。
        2.对于平面分段划线来说，分段的首口与下口需要保留合拢补偿值，分段结构必须选择合适焊接收缩值，为了确保船体结构的对位精准度，必须要做好双划线以及洋冲标记。这就需要管理人员做好相关数据技术工作，并针对数据进行分析包括焊接收缩等，以此来为船体建造精度管理，提供更为准确的数据支持。
        3.分段结构装配和焊接，在结构装配过程中，需要调整上板口边线直线度，确保误差可以控制在1mm范围之内，再结合胎架反变形数据，针对结构点做出水平调整。在分段结构焊接过程中，需要从中间开始向周围进行对称焊接，工作人员要做好电流电压的控制，必须符合相关作业标准，其次要确保减少焊接变形，最好安排多名人员进行焊接工作。
        4.分段焊接后精度检验，是整个建造过程最为关键的环节，在甲板同面度的数据检验过程中，工作人员需要保证分段水平检验基准点误差可以控制在1mm内，然后再进行适当的平整度检验，过程中要注意保证分段变形和纵横舱壁平整度，都要符合相关的标准要求。其次要根据分段检验基准线对主尺度、同面度进行检查，并修正板口的检查线，再检查对角线尺寸，避免出现板边不直角的现象。检验过程中必须要以水平测量基准点为主，对分段水平数据进行测量，必须保证数据符合精度控制标准。

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        三、面向精度控制的船体焊接工艺计算机辅助规划设计
        船舶建造过程非常复杂，其中包括生产设计、放样下料、构架加工制作、各类部件装焊等等，最后还要下水测试，其中焊接是最为关键的环节，甚至要占用船舶建造30%~40%的时间，由此可见焊接工艺的重要性，还有对船舶建造效率、精度的影响。船体焊接工艺必须要以精度控制为主，通过对其中的主要环节进行精度分析，以此来制定相关的工艺内容，再结合计算机仿真以及实验手段，针对建造过程进行精度分析，最终实现船体焊接过程的计算机辅助规划设计。整个过程必须要以工艺精度规划系统为基础，并按照相关的精度规范与标准，制定适当的精度控制要求，再结合数据库与专家的经验，基于规则来实现焊接工艺的自动推理，除此之外要针对计算机仿真与实验手段的结合进行精度验证，以此来对工艺参数作出调整和优化。
        四、基于规则推理的船体焊接工艺制定
        焊接工艺其实是较为复杂的环节，尤其是焊接温度与变形等因素的相互耦合关系，很难利用精确的数学模型，建立起焊接工艺与变形、温度场分布等精度控制要求间的联系。当下可以采用更为有效的推理流程，按照知识表达与推理规则，来分析出母材材料与母材组合的方式，还有母材厚度等，并结合母材材料与焊接方法，推断出焊接材料的直径。通过结合焊缝的长度以及其他的推断，判断出坡口的形式，按照结论来选择焊接的参数，包括焊接电流、电压以及速度等。利用这种推理方法，可以有效制定船体焊接工艺流程，还有焊接位置、方法以及决策规则等。
        五、基于固有应变法的船体焊接工艺仿真与验证
        利用焊接工艺的推理，可以获取详细的工艺参数，并通过相应的方法进行精度验证，这对于船体建造精度影响非常大，尤其是焊接变形、温度场分布等，可以借助计算机仿真手段，进行更为精准的预测，需要注意的是大型复杂船体结构，需要解决预测精度与计算成本两个较为重要的问题。当下的焊接工艺仿真，大多会采用热弹塑性有限元法以及固有应变法，第1种方法具有较高的精准度，而且能够直观呈现出焊接过程，包括其中的各个物理现象等，不过计算成本相对较高，对于系统软硬件也有较为苛刻的要求，所以不能满足大型船舶结构焊接工艺的精准度预测、分析。第2种方法将焊接后存在于焊缝区的固有应变，作为初始荷载进行计算，以此来获取整个结构的焊接变形，该方法不仅可以避开复杂的焊接过程，也能降低计算成本，并保证焊接变形预测效果。
        六、船体焊接工艺精度规划系统设计与实现
        船舶分段建造焊接工艺仿真以及精度规划系统，是由7个重要的模块组成，其中包括操作系统、产品信息管理、焊接资源管理、焊接工艺制定、焊接工艺仿真、物理实验以及帮助模块。每个模块可以实现不同的功能，例如操作模块可以实现用户的权限设置，而产品信息管理模块，可以指定船体特定分段的焊接工艺进行查看，每个模块都能发挥出相应的作用，以此来提高船舶焊接工艺精度。船体焊接工艺精度规划系统设计，确实为船舶建造提供了一定帮助，不仅提高了制造精度，也为船舶的质量提供保障，促进我国造船技术水平得到提升。
        结束语
        虽然我国的造船技术仍在发展过程中，但与其他国家相比仍存在一些差距，无论技术还是理念，尤其是目前船舶焊接工艺制定，缺乏较为有效的规划手段与进度控制方法，所以限制了我国造船技术的发展与水平。为了改善该方面的问题，提出了面向精度控制的船体焊接工艺计算机辅助规划技术体系，不仅实现了焊接工艺的合理规划，也能为船体建造提供更高的精度。伴随着该焊接工艺的广泛应用，不仅提高了我国的造船技术水平，也为整个行业做出有力贡献，促使我国造船技术的飞速发展。
        参考文献
        [1]戴凯云. 船舶焊接工艺辅助规划及其仿真验证技术研究[D].
        [2]季洋阳. 基于语义网的船体建造精度控制建模与规划技术及应用研究[D].
        [3]葛华. 船体建造过程中精度控制要点研究[J]. 商品与质量, 2019, 000(017):248-249.
        [4]巩庆涛. 船体大型结构装焊连续工艺模拟方法与应用研究[D].