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從近十年中國船舶製造業佔世界造船市場份額的變化可以看出,中國船舶製造業在全球市場上所佔的比重正在明顯上升,中國已經成為全球重要的造船中心之一。

1 船舶製造 -船舶製造

 

2 船舶製造 -正文

  人類造船已有悠久的歷史。從史前刳木為舟起,在漫長的時期內人類製造的都是利用人力或風力推進的木船。1807年,美國的R.富爾頓建成世界上第一艘蒸汽機船,當時採用明輪推進。1879年,世界上第一艘鋼船問世。從此船舶進入了以鋼船為主、以機器為動力的時代。從20世紀50年代起,船舶推進裝置由汽輪機和柴油機逐步取代蒸汽機,並開始應用核能作為推進動力。由於航運的發展和軍事上的需要,船舶趨於大型化和專業化,造船技術隨之迅速發展,造船業已成為世界上最主要的重工業部門之一。
  船舶由成千上萬種零件構成,幾乎與各個工業部門都有關係。除特有的船體建造技術外,造船還涉及到機械、電氣、冶金、建築、化學以至工藝美術等各個領域。因此,造船是以全部工業技術為基礎的一門綜合技術,反映一個國家的工業技術水平。
  由於船舶的航區、任務和要求不同,船舶產品具有品種多、生產批量小的特點。為了有節奏地生產,縮短製造周期,造船廠從接受訂貨至完工交船為止,都必須有周密的生產管理和技術管理。造船用的材料品種多、數量大,其中以鋼材的使用量為最大。例如,製造一艘裝載量為 1萬噸的貨船需要鋼材3000~4000噸。船體結構用的材料主要是碳素鋼和低合金高強度鋼(見鋼)。採用高強度鋼可減輕船體自重,降低推進功率,達到多裝客貨、增加裝備或提高航速的目的。小型艦艇還採用鋁合金、玻璃鋼或鈦合金作為船體材料。船舶需要在嚴酷的環境下營運,對於船用材料,除保證冶鍊方法、化學成分和機械性能外,在可焊性能和耐蝕性能等方面都有較高的要求。
  造船廠  造船廠均位於沿海或江河之濱,應有一定的岸線長度和水深。廠區內設有船台、造船塢、滑道、舾裝碼頭和大型起重機等專用造船設備。造船廠內設有各種生產車間。①船體加工車間:擔負船體放樣、號料以及船體零件的加工。②船體裝備焊接車間:完成船體零件、部件、分段、總段的裝焊和船體總裝工作。③安裝車間:負責船上機械設備及其附件的安裝和調試。④管子加工車間:進行管子及其附件的加工和安裝。⑤電工車間:負責電器和無線電設備的安裝和調試。⑥木工車間:負責木質傢具、艙室的製作和安裝,以及絕緣工作。⑦油漆帆纜車間:負責除銹、塗漆和帆纜索具的製作和安裝。⑧起重運輸車間:負責船舶的上墩、下水、進出塢以及船台、滑道、碼頭區的起重運輸作業。此外還有各種輔助車間,主要有機修車間、工具車間、動力車間和中央試驗室等。
  車間的劃分常根據船廠的生產規模、性質、習慣而有所不同。
  過去很多造船廠除進行鋼材加工、船體裝配、焊接和設備系統安裝外,還具有一定的鑄、鍛和機械加工能力,在製造船體的同時還製造主機、輔機、鍋爐等設備。20世紀50年代以來,隨著造船及其配套工業的發展,造船廠已向總裝方向發展,即以建造船體為主,大量的機電設備和舾裝件則由專業或非專業的協作廠配套提供,船廠只進行安裝,以提高造船質量和效率。
  造船工序  造船的主要工藝流程可用下面的框圖表示。

船舶製造船舶製造

  鋼材預處理  在號料前對鋼材進行的矯正、除銹和塗底漆工作。船用鋼材常因軋制時壓延不均,軋制后冷卻收縮不勻或運輸、儲存過程中其他因素的影響而存在各種變形。為此,板材和型材從鋼料堆場取出后,先分別用多輥鋼板矯平機和型鋼矯直機矯正,以保證號料、邊緣和成型加工的正常進行。矯正後的鋼材一般先經拋光除銹,最後噴塗底漆和烘乾。這樣處理完畢后的鋼材即可送去號料。這些工序常組成預處理自動流水線,利用傳送滾道與鋼料堆場的鋼料吊運、號料、邊緣加工等後續工序的運輸線相銜接,以實現船體零件備料和加工的綜合機械化和自動化。
  放樣和號料  船體外形通常是光順的空間曲面。由設計部門提供的用三向投影線表示的船體外形圖,稱為型線圖,一般按1:50或1:100的比例繪製。由於縮尺比大,型線的三向光順性存在一定的誤差,故不能按型線圖直接進行船體施工,而需要在造船廠的放樣台進行1:1的實尺放樣或者是1:5、1:10的比例放樣,以光順型線,取得正確的型值和施工中所需的每個零件的實際形狀尺寸與位置,為後續工序提供必要的施工信息。船體放樣是船體建造的基礎性工序。
  號料是將放樣后所得的船體零件的實際形狀和尺寸,利用樣板、樣料或草圖劃在板材或型材上,並注以加工和裝配用標記。最早的放樣和號料方法是實尺放樣、手工號料。20世紀40年代初出現比例放樣和投影號料,即按1:5或1:10的比例進行放樣製成投影底圖,用相應的低倍投影裝置放大至實際尺寸;或將投影底圖縮小到1/5~1/10攝製成投影底片,再用高倍投影裝置放大50~100倍成零件實形,然後在鋼材上劃線。比例放樣還可提供仿形圖,供光電跟蹤切割機直接切割鋼板用,從而省略號料工序。投影號料雖在手工號料的基礎上有了很大改進,但仍然未能擺脫手工操作。60年代初開始應用電印號料,即利用靜電照相原理,先在鋼板表面噴塗光敏導電粉末,進行正片投影曝光,經顯影和定影后在鋼板上顯出零件圖形。適用於大尺寸鋼板的大型電印號料裝置採用同步連續曝光投影方式,即底圖和鋼板同步移動,在運動過程中連續投影曝光。適用於小尺寸鋼板的小型電印號料裝置,則在鋼板上一次投影出全部圖形。這種號料方法已得到較廣泛的應用。隨著電子計算機在造船中的應用,又出現數學放樣方法。即用數學方程式表示船體型線或船體表面,以設計型值表和必需的邊界條件數值作為原始數據,利用計算機進行反覆校驗和計算,實現型線修改和光順,以獲得精確光順和對應投影點完全一致的船體型線。船體的每條型線都由一個特點的數學樣條曲線方程表示,並可通過數控繪圖機(見繪圖用具)繪出圖形。數學放樣可取消傳統的實尺放樣工作,還可為切割和成形加工等後續工序提供控制信息,對船體建造過程的自動化具有關鍵的作用,是造船工藝的一項重要發展。
  船體零件加工  包括邊緣加工和成形加工。邊緣加工就是按照號料后在鋼材上劃出的船體零件實際形狀,利用剪床或氧乙炔氣割、等離子切割進行剪割。部分零件的邊緣還需要用氣割機或刨邊機進行焊縫坡口的加工。氣割設備中的光電跟蹤氣割機能自動跟蹤比例圖上的線條,通過同步伺服系統在鋼板上進行切割,它可與手工號料、投影號料配合使用。採用數控氣割機不但切割精度高,而且根據數學放樣資料直接進行切割,可省略號料工序,實現放樣、切割過程自動化。
  對於具有曲度、折角或折邊等空間形狀的船體板材,在鋼板剪割后還需要成形加工,主要是應用輥式彎板機和滾壓機進行冷彎;或採用水火成形的加工方法,即在板材上按預定的加熱線用氧-乙炔烘炬進行局部加熱,並用水跟蹤冷卻,使板材產生局部變形,彎成所要求的曲面形狀。對於用作肋骨等的型材,則多應用肋骨冷彎機彎製成形。隨著數字控制技術的發展,已使用數字控制肋骨冷彎機,並進而研製數字控制彎板機。船體零件加工已從機械化向自動化進展。
  船體裝配和焊接  將船體結構的零部件組裝成整個船體的過程。普遍採用分段建造方式,分為部件裝配焊接、分段裝配焊接和船台裝配焊接3個階段進行。
  ①部件裝配焊接:又稱小合擾。將加工后的鋼板或型鋼組合成板列、T 型材、肋骨框架或船首尾柱等部件的過程,均在車間內裝焊平台上進行。
  ②分(總)段裝配焊接:又稱中合攏。將零部件組合成平面分段、曲面分段或立體分段,如艙壁、船底、舷側和上層建築等分段;或組合成在船長方向橫截主船體而成的環形立體分段,稱為總段,如船首總段、船尾總段等。分段的裝配和焊接均在裝焊平台或胎架上進行。分段的劃分主要取決於船體結構的特點和船廠的起重運輸條件。隨著船舶的大型化和起重機能力的增大,分段和總段也日益增大,其重量可達800噸以上。
  ③船台(塢)裝配焊接:即船體總裝,又稱大合攏。將船體零部件、分段、總段在船台(或船塢)上最後裝焊成船體。排水量10萬噸以上的大型船舶,為保證下水安全,多在造船塢內總裝。常用的總裝方法有:以總段為總裝單元,自船中向船首、船尾吊裝的稱總段建造法,一般適用於建造中小型船舶;先吊裝船中偏尾處的一個底部分段,以此作為建造基準向船首、船尾和上層吊裝相鄰分段,其吊裝範圍呈寶塔狀的稱塔式建造法;設有2~3個建造基準,分別以塔式建造法建造,最後連接成船體的稱島式建造法;在船台(或船塢)的末端建造第一艘船舶時,在船台的前端同時建造第二艘船舶的尾部,待第一艘船下水后,將第二艘船的尾部移至船台末端,繼續吊裝其他分段,其至總裝成整個船體,同時又在船台前端建造第三艘船舶的尾部,依此類推,這種方法稱為串聯建造法;將船體劃分為首、尾兩段,分別在船台上建成後下水,再在水上進行大合攏的稱兩段建造法。各種總裝方法的選擇根據船體結構特點和船廠的具體條件而定。
  船體裝配和焊接的工作量,占船體建造總工作量的75%以上,其中焊接又佔一半以上。故焊接是造船的關鍵性工作,它不但直接關係船舶的建造質量,而且關係造船效率。自20世紀50年代起,焊接方法從全手工焊接發展為埋弧自動焊(見埋弧焊)、半自動焊、電渣焊、氣體保護電弧焊。自60年代中期起,又有單面焊雙面成形、重力焊、自動角焊以及垂直焊和橫向自動焊等新技術。焊接設備和焊接材料也有相應發展。由於船體結構比較複雜,在難以施行自動焊和半自動焊的位置仍需要採用手工焊。
  結合焊接技術的發展,自60年代起,在船體部件和分段裝配中開始分別採用 T型材裝焊流水線和平面分段裝焊流水線。T 型材是構成平面分段骨架的基本構件。平面分段在船體結構中佔有相當的比重,例如在大型散裝貨船和油船上,平面分段可占船體總重的50%以上。平面分段裝焊流水線包括各種專用裝配焊接設備,它利用輸送裝置連續進行進料、拼板焊接以及裝焊骨架等作業,能顯著地提高分段裝配的機械化程度,成為現代造船廠技術改造的主要內容之一。世界上有些船廠對批量生產的大型油船的立體分段也採用流水線生產方式進行裝焊和船塢總裝。
  船體總裝完成後必須對船體進行密閉性試驗,然後在尾部進行軸系和舵系對中,安裝軸系、螺旋槳和舵等。在完成各項水下工程后準備下水。
  船舶下水  將在船台(塢)總裝完畢的船舶從陸地移入水域的過程。船舶下水時的移行方向或與船長平行,或與船長垂直,分別稱為縱向下水和橫向下水。下水滑道主要為木枋滑道和機械化滑道。前者依靠船舶自重滑行下水,使用較普遍;後者利用小車承載船體在軌道上牽引下水,多用在內河中小型船廠。
  縱向下水之前先將擱置在墩木上的船體轉移到滑板和滑道上,滑道向船舶入水方向有一定傾斜。當鬆開設置於滑板與滑道間的制動裝置后,船舶由於自重連同滑板和支架一起滑入水中,然後靠自身的浮力飄浮於水面。為減少下滑時的摩擦阻力,在滑板與滑道之間常塗上一定厚度的下水油脂;也可用鋼珠代替下水油脂,將滑動摩擦改為滾動摩擦,進一步減少摩擦力。在船塢內總裝的船,只要灌水入塢即能浮起,其下水操作比在船台下利用滑道下水簡單和安全得多。
  下水意味著船舶建造已完成了關鍵性的、主要的工作。按傳統習慣,大型船舶下水常舉行隆重的慶祝儀式。
  碼頭安裝(設備和系統的安裝)  船舶下水后常是靠於廠內舾裝碼頭,以安裝船體設備、機電設備、管道和電纜,並進行艙室的木作、絕緣和油漆等工作。碼頭安裝涉及的工種很多,相互影響也較大。而隨著船舶設備和系統的日趨複雜,安裝質量的要求也不斷提高,故安裝工作直接關係下水后能否迅速試航和交船。為了縮短下水后的安裝周期,應儘可能將上述安裝工作提前到分段裝配和船體總裝階段進行,稱為預舾裝。將傳統的單件安裝改為單元組裝,也可大大縮短安裝周期,即根據機艙和其他艙室設備的布置和組成特點確定安裝單元的組成程度,如主機冷卻單元可包括換熱器、泵、溫度調節器、帶附件的有關管道和單元所必需的電氣設備。在車間內組成安裝單元,然後吊至分段、總段或船上安裝,這樣可使18~25%的安裝工作量由船上提前到內場進行,能使船上的安裝周期縮短15~20%。
  系泊試驗和航行試驗  在船體建造和安裝工作結束后,為保證建造的完善性和各種設備工作的可靠性,必須進行全面而嚴格的試驗,通常分為兩個階段,即系泊試驗和航行試驗。
  系泊試驗俗稱碼頭試車,是在系泊狀態下對船舶的主機、輔機和其他機電設備進行的一系列實效試驗,用以檢驗安裝質量和運轉情況。系泊試驗以主機試驗為核心,檢查發電機組和配電設備的工作情況,以便為主機和其他設備的試驗創造條件。對各有關係統的協調、應急、遙測遙控和自動控制等還需要進行可靠性和安全性試驗。系泊試驗時船舶基本上處於靜止狀態,主機、軸系和有關設備系統不能顯示全負荷運轉的性能,所以還需要進行航行試驗。
  航行試驗是全面地檢查船舶在航行狀態下主機、輔機以及各種機電設備和系統的使用性能。通常有輕載試航和重載試航。在航行試驗中測定船舶的航速、主機功率以及操縱性、迴轉性、航向穩定性、慣性和指定航區的適航性等。試驗結果經驗船機構和用戶驗收合格后,由船廠正式交付訂貨方使用。
  發展  近代造船技術的發展過程是由手工操作向機械化、自動化邁進的過程。自50年代起,船體建造用焊接取代了鉚接,使船體建造由過去長期使用的零星散裝方式改進為分段裝配方式,大大提高了造船效率。由於船體結構和形狀比較複雜,手工操作在船體建造中一直占較大比重。電子計算機和數控技術的應用正進一步改變造船業的面貌。電子計算機首先應用於數學放樣,進而出現數字輸入和圖形輸出的數控繪圖機、數控切割機、數控肋骨冷彎機、數控螺旋槳加工機床和管子加工機床等。同時電子計算技術還在造船廠的生產管理、計劃編製、材料設備供應和成本核算等方面逐漸得到應用。為減少信息準備工作,消除設計與生產之間的脫節現象,又研製成大型造船集成數控系統,它包括船舶設計、生產和管理等所有功能的通用信息,能協調地完成從設計到生產的整個工作過程。因此,繼續擴大計算機在造船中的應用,是現代發展造船技術、進一步提高造船自動化程度的主要方向。
  參考書目
 王勇毅等著:《船體建造工藝學》,人民交通工業出版社,北京,1980。

 

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