船体修理改装中的变形控制工艺研究

邹光洁

（长航集团武汉青山船厂有限公司工艺室，武汉 430082）

随着国家的综合实力不断提升，海运运输业得到了前所未有的发展和壮大，使得船舶的需求量越来越大。同时，二手船舶的发展前景越来越好，带动了船舶修理行业的发展[1]。根据船舶航运行业的现实情况，我国船舶年龄在15年以上的商船数量达到了总船舶数量的30%。随着船舶年龄的不断增加，很多船舶会因设备老旧而出现大量问题和故障，因此对其进行修理和改造已成为行业发展的必然趋势。近年来，我国的船舶修理行业取得了非常大的进展，船舶修理及改装工作发展飞速。为了确保船舶航行的安全性和效益，必须要高度重视船舶改装工艺，确保船舶改装“高质量、无隐患”。

1 船体结构变形控制现状及重要性分析

1.1 船体结构变形控制现状

就船体改装的实际现状来看，多数改装人员都是依靠自身的工作经验来解决遇到的问题[2]。在船体结构的变形控制工作中，很多大型企业都会结合已经出现的问题制定修理规划，但是这种方式会使修理过程中的问题大大增加。例如：当船厂受理了大型改装项目后，尽管会对船体结构进行电脑模拟和简单的技术性分析，但是工作方式仍停留在自身经验或者专家座谈中，并未对相关技术进行固定化和流程化，从而增加了船体结构改装过程中的变形问题。因此，相关人员必须要充分重视船体维修的重要性及特点，以及船体维修过程中的变形控制工艺等措施。

1.2 船体结构变形原因及控制的重要性分析

就船舶维修的基本特点而言，船体的变形可能是由于破坏了初始力平衡和建立了新的机械平衡所造成的。引起结构变形的主要原因有两个：第一，受到力的作用而产生变形；第二，作用在船体结构上的力发生了变化。就船体的维修和改造工作而言，结构变形是最常见的一种故障。很多变形并不会给船体的正常航行造成过大的影响，但是有些变形会让船体的部分工作失去作用，从而使船体失去本该有的承运能力[3]。

2 船舶变形的危害分析

在船舶修理过程中，若船体出现了变形现象，将会有很大的危害。一方面，船体变形会影响到船舶的美观度和性能。在对船舶进行修理时，可能会由于中垂变形直接影响船舶主机或轴系的正常运行。一旦主机不能正常安装或使用，就会造成船舶的相关性能不断下降，甚至会出现漏油或者是漏水的情况。这样不仅影响船舶的美观度，而且会造成船舶的总体性能不断下降，从而影响船舶的正常使用[4]。另一方面，船舶变形可能会引发安全事故。若船舶的主体出现了变形现象，不仅会造成船舶的阻力增加，影响船舶的航行速度，而且可能会造成各种构件的变形，影响整个船舶的安全性，从而引发一些安全事故，造成财产损失和人员伤亡，甚至影响船舶行业的进一步发展。

3 船体结构变形分类及说明

3.1 大开口工艺孔作业引起的变形

大开口位置主要分布在甲板、船底或旁板上。例如，在开设甲板孔时，很可能会因孔洞面积过大而造成舱口变形。对于船体而言，若甲板、船底或旁板大开口长期处在静水浮态下就会出现左右肋变形，通常应采取加装扶强材料来控制。

3.2 持续受力构件改造中整体强度受损而引起变形

当船体纵向构件受损时，会使整体强度下降，从而导致整体结构变形。对于船体维修而言，承载构件的切割分为部分切割和完全切割，若增加隔板，就会引起局部横截面变形。针对此类问题，在船体伸长改造和实际维修时应注意船体断面附近的 局部变形[5]。

3.3 连续工艺孔引起的变形

连续开孔是船体改造和维修的常见方式。对于双层底、双层甲板的船舶，这种开孔方式会引起船体不断变化，很容易造成壳体承载结构的大面积损伤和大面积变形。这种变形控制在实际维护和改造中很难控制和避免，如果变形过大，可能会引起船体结构的改变和安全问题，从而给船体质量和后期验收造成较大的隐患。

4 常见船体改装结构变形控制方案

4.1 局部变形控制方案说明与分析

船体局部变形主要是指船体局部结构的变形。这种变形的控制方案主要集中在合理的结构临时损伤和永久支撑上，具体方式如下。

第一，合理选择工艺孔的开孔位置。在实际维护过程中，首先，应合理设计工艺孔，选择正确的开孔位置，尽可能不开孔或少开孔，以减少对船体应力平衡的破坏；其次，在选择开孔区域时，要首选结构强度和构件强度较大的区域；再次，需要提高开孔的精度，以确保新开的工艺孔与构件的配合精度；最后，在选择连续开孔的工艺时，要首选间断开孔方式，并避免在横舱壁的位置上开设工艺孔，以降低因应力失衡而造成的损失。

第二，充分利用临时扶强材料。在进行船体结构的变形控制时，临时扶强材料的作用主要是补强切割的构件和开设的工艺孔，从而扶强船体的原有结构。在选择扶强材料时，必须要遵从确保原有结构能够延续的原则，从而对其他部位结构的变形起到一定的预防作用。一般情况下，在进行工艺孔周边位置的扶强时，既可以采用型钢扶强材料，又可以采用扁钢扶强材料，这对工艺孔的变形具有非常显著的控制效果。除此之外，在进行被切断构件的扶强时，可以采用焊接与原构件相同的材料进行。

第三，控制连续受力构件改装过程中的临时代替结构。在对一些船体进行改装时，需要临时性隔开船壁、舱口等位置。在进行此工艺操作时，因为这些部位上的应力比较集中，所以改装人员在进行开口操作时，要先选定合理的替代结构。另外，在选择临时构件位置时，要遵循不应远离原结构的原则和不影响新构件安装工作的原则。例如，在开设舱壁时，要先在舱壁的同向位置处设置相应的临时性扶强构件，但必须要确保构件空间尺寸设置的合理性，不得在没有任何计划的前提下扩大作业空间，从而保障临时扶强构件的扶持效果。

4.2 整体变形控制方案分析与说明

第一，在改装船舶结构之前，相关人员需要先测量改装位置，全面且细致地了解和掌握船体的整体结构和外形及尺寸。这样不仅可以为后期的船体变形评估工作提供参考依据，而且可以为后期的核定提供数据支持。因此，在实际测量过程中，相关人员要先选定专业的高精度测量仪器，而且尽量不要采用人工测绘，然后选定适合的改造工位。同时，需要确保所测量的位置在主甲板之上，以保障测量的精度。在对变形舱体进行切割操作之前，相关人员需要有效测量船体的横向、纵向以及垂直方向等位置的状态，并精准记录测量数据。在实际的改装过程中，还需要通过指定的专业人员对船只进行定期测量，以便在第一时间发现问题，从而及时制定出有效的解决和处理方案，将因变形过大而引发的返工危害控制在 最小范围内。

第二，对浮态（如浮坞状态）下的变形进行有效控制。就船体结构而言，当其处在静水状态下时，主甲板上的拉力非常大。但是，很多船体的改造都需要在此种情形下开展，因此这种改装很容易造成因中拱变形而导致的船体结构材料塑形及尺度等因素的改变。例如：在改装横舱壁与内底板的交接点时，因为该节点属于力集中和力分散的枢纽位置，所以能够保证力的传递作用。但此节点若失去本该有的作用，则力的传递肯定会中断，这样不仅会引发上部结构塌陷的风险，还会致使整个舱室的尺寸、舱口、舱盖等位置发生严重变形。

第三，有效控制和管理连续性工艺孔的开设。在船体的改装过程中，开设连续工艺孔不仅会对舱体的力学平衡造成极大的破坏，而且会增加变形控制的难度。因此，在采用连续性开孔工艺时，必须要遵循交替开孔原则和强度保证原则：交替开孔原则主要指在开设孔洞时，必须要确保操作时间的间断性，只有彻底完成一批封闭焊接之后，才可以进入下一工艺孔的开设过程中，而且需要确保同一舱室区内开设孔的面积控制在总舱室面积的1/2内，工艺孔的布置见图1；强度保证原则主要指在开孔过程中，其力度必须与原有构件的强度一致，若发现问题，需要通过先扶强后开孔的方式进行解决。

5 船体修理改装变形控制的作业保证与讨论

对船体改装过程进行有效管理和控制是降低船体结构变形的主要方式之一。就目前船体改装工作的开展现状而言，很多船体改装过程的管理已经逐步进入了高授权化、高专业化等管理状态。目前，船体改装的管理模式以项目形式化的管理模式为主，不仅具有一定的应急处理能力，而且可以提升改装工作的效率。在进行船体修理改装作业时，需做好以下工作：首先，做好船体进厂前的交接工作，全面了解和勘验船体的变形情况及控制的重点、难点部位，确定改装作业的具体范围和流程；其次，选择合适的改装材料，制定合理的改装方案，做好各项技术的交底工作和材料的验收与管理工作；最后，确保相关人员能够进行交流和沟通，并做好船体测量和变形评估，以便制定出更好的控制变形的策略和方法。

6 结语

通过上文的分析可以发现，船体的修理和改装是确保船舶安全航行的重要保障。随着海上运输行业的不断发展，运输业对船舶吨位的需求越来越大。因此，随着船舶修理及船体改装行业的发展，为了确保船体验收及船舶航行的安全性，相关人员必须要做好船体改装及变形的控制工作。