CN110877699B - 一种用于lng船液货舱船体反面加强筋焊接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋的焊接方法，该方法通过实测施焊位置的板型、板厚、材料等参数，建立同等条件的焊接模型，通过在施焊位置正反面布置测温传感器，按照实船施工同等WPS施焊，记录温度变化曲线，经过大量焊接试验数据累积，得出正反面指定位置的温度对应关系，在实船施工中，通过测温传感器实时监控施焊位置正面指定位置的温度，进而达到控制反面对应位置温度的目的。本发明的方法使得反面温度始终控制在树脂能承受的上限以下，保证树脂的承载能力不受影响，解决了围护系统反面船体施焊难、焊接时货舱面温度不可控、危险系数高的问题，免去了破拆液货舱正面围护系统部件的巨大损失，以达到节约成本、缩短工期的目的。

Description

一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法

技术领域

本发明涉及到船舶建造，特别涉及到一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的工艺。

背景技术

液货舱反面加强筋是液化天燃气船(LNG船)建造过程中的重要部件，是液货舱结构强度的重要保证。然而根据船型的不同，基于受力结构的计算反面加强筋的形式和位置经常改变，船厂现场施工中极易漏焊；或是由于焊接缺陷出现修补。此时通常液货舱围护系统已安装完成。然而加强筋位置货舱面是由承载树脂直接接触在船体货舱面，按照以往工艺，要保证树脂不在焊接高温下失去承载能力，需要破拆围护系统已完工的主次层殷瓦膜和绝缘箱等部件，打磨掉树脂，然后才能安全的施焊，施焊结束后再重新装回涂布好树脂的新绝缘箱和殷瓦材料，绝缘箱和殷瓦材料都价格昂贵，而且这样大面积的殷瓦修补对主次膜的质量也是巨大隐患，并且拆装围护系统耗费的工时巨大，周期漫长，极易影响交船周期。

如果运用常规工艺手段，意味着将要大面积破拆已经完工的液货舱内部主次层围护系统才能安全有效的实施反面加强的焊接，这将会带来巨大的经济、周期和质量损失，仅经济损失就可能超过600万。然而即便本次破拆修补成功了，涉及到液货舱反面结构需要焊接修补工作在LNG船运行生涯中依然有概率出现。如果不破拆，当前常规工艺又不能做到安全有效的反面加强焊接施工，事实上这在LNG领域，国际上也没有先例。

发明内容

本发明专利的目的在于克服上述现有技术不足，一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法。本发明专利的方法要能够做到安全、可靠的进行液货舱反面焊接工作而又不影响货舱围护系统，不破拆围护系统，降低LNG的建造及维护成本。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法，其特征在于，该方法先通过实验得出正反面温控数据函数关系，在通过现场施焊温度控制执行，具体包括如下步骤：

第一步，查阅在LNG船围护系统中，船体反面有加强筋位置的树脂参数，得到树脂的耐温上限；

第二步，通过测量、检查船体及加强筋的厚度、等级和材质，制作模拟实船施焊位置船体和加强筋同等条件的焊接模型；

第三步，通过焊接模型及同等分段试验得出施焊位置正反面温度变化的函数关系，函数关系式为：

Y＝0.743X+22，其中Y为货舱面树脂位置处温度值，X为施焊面温度传感器探测的温度值；

第四步，调整各焊接参数的对比试验，得出有效控制液货舱面焊接温度不超过所述耐温上限的条件，制作焊接执行工艺；

第五步，在实船上进行液货舱船体反面加强筋的焊接操作，严格按照焊接执行工艺操作，实时监控反面温度数据，通过上述函数关系控制围护系统正面的温度。

上述第一步中，由现有围护系统手册上查阅的树脂参数，得到的树脂耐温上限为170摄氏度。

上述第二步中，所述加强筋的基本尺寸为840mm*150*12，碳钢E级板，该处货舱底板厚度21mm，碳钢E级板，建立同等条件的焊接模型。

上述第三步中，建立同等条件的焊接模型后，通过在施焊位置正反面布置测温传感器，按照实船施工同等WPS施焊，记录温度变化曲线，经过大量焊接试验数据累积，得出正反面指定位置的温度对应关系。

上述第三步中，得出的施焊位置正反面温度变化的函数关系为：加强筋侧货舱底板距离加强焊缝转角15mm处温度低于170摄氏度时，货舱面树脂位置处温度低于150摄氏度，不影响树脂的原有性质，可安全可靠实施焊接操作。

上述第四步中，通过调整各参数的对比试验，得出的有效控制货舱面焊接温度不超过170摄氏度的条件为：(1)、110mm至120mm的单次焊接长度；(2)、起焊温度降低至30℃以下；(3)焊接设定电流170A；(4)焊接速度40cm/min；(5)装配间隙在1mm以内。

在本发明用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法中，施工中所用的测温设备均经过国家计量部门的校准与认证。

基于上述技术方案，本发明用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法与现有技术相比具有如下技术优点：

1.本发明的方法通过实测施焊位置的板型、板厚、材料等参数，建立同等条件的焊接模型，通过在施焊位置正反面布置测温传感器，按照实船施工同等WPS施焊，记录温度变化曲线，经过大量焊接试验数据累积，得出正反面指定位置的温度对应关系，在实船施工中，通过测温传感器实时监控施焊位置正面指定位置的温度，进而达到控制反面对应位置温度的目的，使得反面温度始终控制在树脂能承受的上限以下，从而达到保证树脂的承载能力不受影响的目的。

2.本发明的方法用于LNG液货舱反面加强筋焊接和类似修补作业，解决了围护系统反面船体施焊难、焊接时货舱面温度不可控、危险系数高的问题，免去了破拆液货舱正面围护系统部件的巨大损失，从而达到节约成本、缩短工期的目的。

3.采用本发明的方法进行实践操作以后，节约了成本，通过AP项目的13个液货舱避免被拆除，总节约达600多万元，提高了生产效率，补充破拆后单船工期达2个月以上，另外通过大量试验和实船验证，建立起一套完善的反面施焊工艺，达到国际领先水平，为后续建造、修船业务拓展打下了坚实的技术基础。

附图说明

图1是LNG船上液货舱船体反面加强筋的位置示意图。

图2是发明一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法中模拟实船施焊位置船体和加强筋同等条件的焊接模型正反面示意图。

图3是一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法中模拟实船施焊位置船体和加强筋同等条件的焊接模型俯视示意图。

图4是本发明一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法中应用试验温度变化获得的函数关系示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其工艺流程和实现方式，但不能因此来限制本发明专利的保护范围。

如图1所示，图1是LNG船上液货舱船体反面加强筋的位置示意图。图中A的位置为反面加强筋在船体结构上的位置，本发明作为一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法，目的是安全、可靠的进行液货舱反面焊接工作而又不影响货舱围护系统，不破拆围护系统，降低LNG的建造及维护成本，这是本工艺发明重点突破的问题。整体来说，本发明的方法先通过实验得出正反面温控数据函数关系，在通过现场施焊温度控制执行。

在具体实现方式上，本发明的方法包括如下详细步骤：

第一步，查阅在LNG船围护系统中，船体反面有加强筋位置的树脂参数，得到树脂的耐温上限，由现有围护系统手册上查阅的树脂参数，得到的树脂耐温上限为170摄氏度。

第二步，通过测量、检查船体及加强筋的厚度、等级和材质，制作模拟实船施焊位置船体和加强筋同等条件的焊接模型，述加强筋的基本尺寸为840mm*150*12，碳钢E级板，该处货舱底板厚度21mm，碳钢E级板，建立同等条件的焊接模型，如图2和图3所示，图中1和2均为船体液货舱底板，1是压载舱面，2是液货舱面，3是热电偶测温仪，4是树脂位置150度温度控制位置线，5是焊缝，6是反面温度传感器探头安装位置。

第三步，通过焊接模型及同等分段试验得出施焊位置正反面温度变化的函数关系；建立同等条件的焊接模型后，通过在施焊位置正反面布置测温传感器，按照实船施工同等WPS施焊，记录温度变化曲线，经过大量焊接试验数据累积，得出正反面指定位置的温度对应关系，函数关系式为：

Y＝0.743X+22，其中Y为货舱面树脂位置处温度值，X为施焊面温度传感器探测的温度值。

实践中得出的施焊位置正反面温度变化的函数关系如图4所示，具体为：加强筋侧货舱底板距离加强焊缝转角15mm处温度低于170摄氏度时，货舱面树脂位置处温度低于150摄氏度，不影响树脂的原有性质，可安全可靠实施焊接操作。

第四步，调整各焊接参数的对比试验，得出有效控制液货舱面焊接温度不超过所述耐温上限的条件，制作焊接执行工艺，通过调整各参数的对比试验，得出的有效控制货舱面焊接温度不超过170摄氏度的条件为：(1)、110mm至120mm的单次焊接长度；(2)、起焊温度降低至30℃以下；(3)焊接设定电流170A；(4)焊接速度40cm/min；(5)装配间隙在1mm以内。

第五步，在实船上进行液货舱船体反面加强筋的焊接操作，严格按照焊接执行工艺操作，实时监控反面温度数据，通过上述函数关系控制围护系统正面的温度。

为了保证试验精度和可靠性，上述施工中所用的测温设备均经过国家计量部门的校准与认证。

实施例1

下面我们以LNG船的AP6号船建造为例来验证本发明专利的应用。

在实施例中，通过与GTT公司和树脂厂商AXON进行沟通，查阅相关树脂参数文件，并进行了树脂反面的动火试验，根据试验结果，我厂围护系统所用的环氧树脂在150℃以下可以稳定保持GTT文件所要求的硬度、强度、承载能力等物理性质，为保证液货舱围护系统不受影响，必须严格控制焊接参数以保证货舱面温度不超上限。

分析各种焊接参数对反面温度的影响，我们制作了一个小型的模拟舱，在焊缝反面贴上温度传感器来监控焊接过程反面钢板的温度，从而进行最优焊接参数的研究。试验过程采用常规碳钢焊接的电压和电流，并尝试更改了焊接长度，焊前温度等参数，在试验中观察到焊接过程中各种参数对货舱温度都会产生一定的影响。

在试验中反面加强焊接过程影响货舱面温度的因素，通过分析梳理制定标准工艺予以控制。以下为对应因素采取的控制措施：

(1)、在一定长度内，焊缝太长会明显使货舱面温度升高，太短会严重影响焊接质量，在满足焊接质量的前提下，通过反复试验，110mm至120mm的单次焊接长度能较好的控制焊接温度并兼顾效率要求。

(2)、起始温度过高会导致焊后货舱面温度升高，上一段焊缝对下一段的热影响要做到最小。经过反复试验，起焊温度降低至30℃以下时基本不影响焊后温度。

(3)、其他参数一定时，焊接电流较大时线输入能量明显增加，随之焊后温度增加。经过反复试验，在保证焊接质量(熔深、熔宽、半径、硬度)的情况下选取最小电流170A。

(4)、其它参数一定时，焊接速度越慢线输入能量越大，随之焊后温度增加。经过反复试验，在保证焊接质量的情况下选取最大焊接速度40cm/min。

(5)、装配间隙，装配间隙越大，焊接过程中在该位置停留的时间越长，线输入能量也越大，该处温度也越高。经试验得出，装配间隙在1mm以内方能得到较好的焊接质量和合格的反面温度控制。

试验时AP6号船恰好有一个该型号分段泊在零号基地，利用该分段更好的模拟实船焊接环境。利用更加接近实船环境的分段做模拟舱，同时安装了数根加强筋，并保证装配间隙小于1mm，从而更好的验证之前的小型模拟舱得出的参数。常规加强筋焊缝长度为了828mm，我们将其分成8段，采用分段焊接法，每段103.5mm，在小型模拟舱的焊接试验中，该焊缝长度焊接过程中货舱面温度稳定控制在150℃以下的。

由于每开始一段焊接，焊接位置温度必须降到常温(30℃)以下，为了加快焊接效率，我们专门划分了焊接顺序，错开焊接顺序，保证了货舱反面的温度控制，也有利于提高焊接工作效率。

实船操作中货舱内壁货舱面被围护系统覆盖，温度无法监控，货舱面的温度只能靠压载舱固定位置的温度传感器反映出来，为了使温度传感器能更为灵敏且先于货舱面树脂位置处探测到高温点，温度传感器尽可能的贴近焊缝位置15mm，15mm为试验得出最近距离，太近的距离会烧损探头，太远则不能实现既定探测要求，试验中在货舱正面树脂位置同时布置温度传感器探头，采用多通道高精度测温仪记录温度曲线，捕捉到最高温点，经过反复试验，最终得到一组温度比较稳定的焊接数据，并建立了压载舱面温度与反面货舱温度之间的函数关系。

经过分段模拟舱的实验得到了大量的试验数据，通过温控合格的数据分析，制定了一份详细的焊接WPS(焊接工艺规范)并得到了英国LR(劳氏)船级社的认证。

本发明专利中通过同等模拟模型和分段焊接试验得出了：加强筋侧货舱底板距离加强焊缝转角15mm处温度低于170摄氏度时，货舱面树脂位置处温度低于150摄氏度。此时不影响树树脂原有性质。可安全可靠实施焊接。再通过调整各参数的对比试验，得出了有效控制焊接温度的条件：1、110mm至120mm的单次焊接长度2、起焊温度降低至30℃以下。3、焊接设定电流170A。4、焊接速度40cm/min。并且要求装配间隙在1mm以内。

本发明的方法用于LNG液货舱反面加强筋焊接和类似修补作业，解决了围护系统反面船体施焊难、焊接时货舱面温度不可控、危险系数高的问题，免去了破拆液货舱正面围护系统部件的巨大损失，从而达到节约成本、缩短工期的目的。

Claims (6)

1.一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法，其特征在于，该方法先通过实验得出正反面温控数据函数关系，再通过现场施焊温度控制执行，具体包括如下步骤：

第一步，查阅在LNG船围护系统中，船体反面有加强筋位置的树脂参数，得到树脂的耐温上限；

第二步，通过测量、检查船体及加强筋的厚度、等级和材质，制作模拟实船施焊位置船体和加强筋同等条件的焊接模型；

第三步，通过焊接模型及同等分段试验得出施焊位置正反面温度变化的函数关系，函数关系式为：

Y=0.743X+22 ，其中Y为货舱面树脂位置处温度值，X为施焊面温度传感器探测的温度值 ；

第四步，调整各焊接参数的对比试验，得出有效控制液货舱面焊接温度不超过所述耐温上限的条件，该条件包括：（1）、110mm至120mm的单次焊接长度；（2）、起焊温度降低至30℃以下；（3）焊接设定电流170A；（4）焊接速度40cm/min；（5）装配间隙在1mm以内；制作焊接执行工艺；

第五步，在实船上进行液货舱船体反面加强筋的焊接操作，严格按照焊接执行工艺操作，实时监控反面温度数据，通过上述函数关系控制围护系统正面的温度。

2.根据权利要求1所述的一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法，其特征在于，所述第一步中，根据查阅的树脂参数，得到的树脂耐温上限为170摄氏度。

3.根据权利要求1所述的一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法，在所述第二步中，所述加强筋的基本尺寸为840mm*150*12，碳钢E级板，该处货舱底板厚度21mm，碳钢E级板，建立同等条件的焊接模型。

4.根据权利要求1所述的一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法，其特征在于，所述第三步中，建立同等条件的焊接模型后，通过在施焊位置正反面布置测温传感器，按照实船施工同等WPS施焊，记录温度变化曲线，经过焊接试验数据累积，得出正反面指定位置的温度对应关系。

5.根据权利要求1所述的一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法，其特征在于，所述第三步中，得出的施焊位置正反面温度变化的函数关系为：加强筋侧货舱底板距离加强焊缝转角15mm处温度低于170摄氏度时，货舱面树脂位置处温度低于150摄氏度，不影响树脂的原有性质，可安全可靠实施焊接操作。

6.根据权利要求1所述的一种用于LNG船液货舱船体反面加强筋焊接的方法，其特征在于，施工中所用的测温设备均经过校准与认证。

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