Đóng tàu theo block

ĐÓNG TÀU THEO BLOCK – PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI ĐỂ ĐÓNG CÁC TÀU CÓ TRỌNG TẢI LỚN

Thế kỷ XXI là thế kỷ của kinh tế biển. Vươn ra biển là một trong những sách lược quan trọng của Việt Nam mà ngành đóng tàu là một điểm nhấn được Đảng, chính phủ tạo cho những hành lang pháp lý thuận lợi xây dựng thành một ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nước. Những con tàu 6500 tấn, 13.500 tấn, và sắp tới là 22.000 tấn và 53.000 tấn đạt tiêu chuẩn quốc tế lần lượt xuất xưởng từ các đơn vị thành viên là các Nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, Nam Triệu, Hạ Long… đánh dấu một bước tiến quan trọng về ứng dụng công nghệ mới của Ngành công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam.

Hầu hết các Nhà máy của VINASHIN đã từng bước áp dụng công nghệ cao của các nước tiên tiến chuyển giao để cho ra đời những con tàu có chất lượng đạt tiêu chuẩn quốc tế. Xu hướng đóng tàu theo block là biện pháp tốt nhất để các cơ sở đóng tàu của ta thực hiện thành công các đơn hàng của nước ngoài vốn đã đầy ắp cho nhiều năm tới. Nó là tiêu chí bắt buộc để các dự án nâng cấp hoặc xây dựng mới các nhà máy đóng tàu cần tính đến nhằm tiết kiệm kinh phí đầu tư, lựa chọn trang thiết bị và xây dựng các quy trình công nghệ phù hợp.

Với những ưu điểm vượt trội so với cách làm thông thường, phương pháp đóng tàu theo block rút ngắn đến 40% thời gian tàu nằm trên đà (con số khiêm tốn do ta mới bắt đầu ứng dụng công nghệ này) so với phương pháp đấu đà hình tháp bởi vì thời gian nằm đà lúc này chỉ là công việc đấu ghép các block với nhau, hơn nữa cùng một lúc có thể triển khai được nhiều bộ phận chuyên môn khác như: hệ thống đường ống, hệ thống điện, hệ thống neo, hệ thống lái…. mà trước đây các bộ phận này thường phải chờ nhau. Trong bài viết này, tác giả xin giới thiệu phương pháp công nghệ đóng tàu theo block đã được thực hiện thành công và hiệu quả tại các nước phát triển như: Ba Lan, Đan Mạch, Nhật Bản, Hàn quốc… từ hàng chục năm về trước.

Về cơ bản phương pháp đóng tàu theo block là việc lắp ráp con tàu từ các tổng đoạn khối (Block) trên đó đã lắp đặt sẵn các trang thiết bị cố định. Các công đoạn chế tạo phân tổng đoạn hoàn toàn không có gì mới, nhưng phải đảm bảo độ chính xác cao hơn về lượng dư gia công, vị trí lắp đặt hệ ống… và đặc biệt các thiết bị trên tàu được lắp ráp ngay từ những công đoạn đầu. Do đó đòi hỏi Nhà máy phải có điều kiện cơ sở vật chất đạt đến một trình độ nhất định, đồng bộ giữa khâu thiết kế công nghệ và thi công, trình độ của người thợ… phải được trang bị công nghệ tự động hoá tối thiểu như triển khai tôn vỏ bằng phần mềm chuyên dùng kết hợp với việc trang bị các trang thiết bị: cẩu đủ lớn để nâng được một đơn vị là block lớn nhất của con tàu được đóng (thường trên 150 tấn đối với tàu cỡ 15.000 DWT), máy sơ chế tôn, máy hàn cắt tự động, bãi lắp ráp đủ tiêu chuẩn…
Đóng tàu theo block thường được thực hiện theo các bước sau:

1. Phân nhóm công nghệ:
Nguyên vật liệu để đóng vỏ tàu là thép hình và thép tấm sau khi nhập về được tiến hành làm sạch trong phân xưởng vỏ (xử lý bề mặt và sơn lót), Vỏ tàu thủy được hình thành bởi rất nhiều các tấm phẳng, cong, các thanh dầm và các chi tiết từ đơn giản đến phức tạp. Do vậy để thuận lợi cho chế tạo, cần phân nhóm các hệ chi tiết cũng như trình tự gia công để đảm bảo rằng một chi tiết sau khi được gia công hành trình của nguyên vật liệu qua các nguyên công trong dây chuyền sản xuất theo con đường ngắn nhất.
Nhóm 1: Gồm các tấm phẳng lớn như: đáy trong, ngoài, mạn, vách, thượng tầng…
Nhóm 2: Các tấm cong một chiều có thể vạch dấu gia công hoàn toàn trước khi uốn (hông, mạn, boong tàu…)
Nhóm 3: Các tấm cong 2 chiều phải vạch dấu sơ bộ trước khi uốn, sau khi uốn lấy dấu lại trước khi gia công tinh (các tấm mạn phần mũi, phần lái)
Nhóm 4: Các chi tiết được cắt bởi mỏ cắt hay máy cắt cơ khí (các loại mã, đà dọc ngang…)
Nhóm 5: Các chi tiết gia cường thẳng (sườn mạn, nẹp vách, xà boong)
Nhóm 6: Các chi tiết có bán kính cong lớn (các sườn vùng hông tàu, vùng mũi, vùng đuôi).
Nhóm 7: Các tấm cong nhỏ: đà ngang vùng hông, các tấm mã dưới đáy đôi liên kết sườn với các dầm dọc đáy…

2. Chế tạo chi tiết thanh thép chữ T
Trong kết cấu tàu thuỷ thường sử dụng chi tiết có kết cấu tiết diện T là các chi tiết gia cường chính (đường sườn chính, dầm dọc đáy, xà dọc boong…). Việc chế tạo các chi tiết kết cấu được tiến hành theo các bước sau:
- Lắp các chi tiết với nhau và ép giữ các chi tiết đó theo dấu đã vạch sẵn trên vật liệu
- Hàn đính các chi tiết.
- Hàn chính thức theo phương pháp tự động và bán tự động
- Kiểm tra lại hình dáng và nắn thẳng nếu cần.
- Việc hàn đính phải tuân theo trình tự hàn để đảm bảo ứng suất và biến dạng hàn nhỏ nhất. Nếu dùng phương pháp tay thì phải hàn lùi từng đoạn để tránh tập trung ứng suất.

3. Chế tạo cụm chi tiết tấm
Cụm chi tiết tấm được chế tạo bằng cách lắp ghép nhiều tấm riêng biệt với nhau. Quá trình chế tạo cụm chi tiết tấm có thể tiến hành trên diện tích phẳng (đối với cụm chi tiết tấm phẳng hoặc cong ít) hoặc cũng có thể trên các bệ lắp ráp chuyên dùng đối với những cụm có độ cong tương đối lớn hoặc có dạng phức tạp. Quá trình chế tạo cụm chi tiết tấm bao gồm những bước sau:
- Kiểm tra đồng bộ của nguyên liệu từ kho chi tiết tới sau đó tất cả các tấm bao theo đúng vị trí trên bản vẽ qui định trên vị trí lắp ráp; Rà khớp các mép tấm với nhau, hàn đính chúng lại; Hàn các mối nối đấu đầu ;
- Kiểm tra nắn thẳng
- Việc hàn đính sau khi rà khớp cũng được tiến hành tương tự như các trường hợp lắp ráp khác nghĩa là chiều dài mỗi mối khoảng từ 30 đến 40 mm và khoảng cách giữa 2 mối ít nhất là 300 mm, ngoài ra mối hàn đính đối với cụm chi tiết tấm cần cách mép ngoài cùng 100 mm. Hàn đấu đầu giữa các tấm với nhau theo phương pháp tự động dưới chất trợ dung và hàn đồng thời cả hai phía.

4. Chế tạo phân đoạn phẳng
Các phân đoạn phẳng tiêu biểu là: phân đoạn vách dọc, vách ngang, phân đoạn mạn, phân đoạn boong, phân đoạn đáy đơn… Để chế tạo phân đoạn phẳng cần phải tuân theo trình tự sau:
- Chế tạo cụm chi tiết tôn bao
- Lấy dấu trên cụm chi tiết tôn bao và lắp đặt các khung xương nhóm I (các cơ cấu thường)
- Hàn các khung xương nhóm I với tôn bao
- Lắp đặt các chi tiết khung xương nhóm II và một số các trang thiết bị (cơ cấu khoẻ)
- Hàn các chi tiết khung xương nhóm II;
- Nắn phẳng phân đoạn;
- Lấy lại dấu đường bao và cắt phân đoạn theo kích thước (chú ý lượng dư lắp ráp)
- Thử kín nước và nghiệm thu phân đoạn trước khi chuyển đến kho bán thành phẩm.
- Khi lắp đặt khung xương theo vị trí vạch dấu trên tôn bao cần ép lần lượt từng khung xương sát với tôn bao trên đường vạch dấu hàn đính. Trong lắp đặt cần phải đảm bảo khe hở hàn giữa khung xương và tôn bao theo tiêu chuẩn. Phải tuân thủ đúng qui trình hàn để đảm bảo biến dạng sinh ra do hàn là nhỏ nhất, các lỗ chui và đường ống cũng được thi công trong gia đoạn này

5. Chế tạo phân đoạn khối
Phân đoạn khối được chế tạo từ các phân đoạn phẳng và các cụm chi tiết, việc chế tạo phân đoạn khối hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện cẩu của nhà máy. Một phân đoạn khối điển hình đáy đôi bao gồm cụm tấm bao đáy trong và phân đoạn đáy ngoài. Trình tự chế tạo phân đoạn khối đáy đôi như sau:
- Chế tạo cụm chi tiết tấm bao đáy ngoài và đáy trong.
- Lắp đặt các khung sườn nhóm I lên cụm chi tiết tấm bao đáy trong đã được lật ngược sau đó hàn bằng máy hàn tự động kết cấu đó với nhau ;
- Lắp đặt các khung sườn nhóm II và hàn bằng phương pháp hàn thủ công;
- Cẩu lật cả phân đoạn đáy trong;
- Các phân đoạn khối được tiến hành trên bệ lắp ráp chuyên dùng sẽ đảm bảo độ chính xác

6. Chế tạo các tổng đoạn.
Sau khi đã có các phân đoạn phẳng và phân đoạn khối ta tiến hành lắp ráp tổng đoạn. Ví dụ để chế tạo tổng đoạn giữa tàu được tiến hành theo trình tự sau:
- Đặt phân đoạn đáy, trước hết đặt dọc theo các mặt phẳng đường sườn, sau đó theo mặt phẳng đối xứng và ở chiều nằm ngang dựa vào mặt phẳng đường nước;
- Đặt phân đoạn vách ngang dựa vào đường nước và trục đối xứng vạch trên vách. Do phân đoạn vách còn lượng dư nên phải đặt vách cao hơn vị trí một lượng bằng lượng dư đã tính toán.
- Lấy dấu chính xác của phân đoạn vách, sau đó cắt phần dư không cần thiết và hạ vách xuống. Nếu tổng đoạn chỉ có một vách ngang thì đầu kia phải lắp đặt thêm vách lắp ráp
- Lắp đặt các phân đoạn mạn tàu dựa vào đường nước và mặt phẳng đường sườn
- Lắp đặt phân đoạn boong, vị trí phân đoạn boong được xác định dựa theo dấu mặt phẳng đối xứng mặt phẳng đường sườn và chiều cao mạn
- Trong quá trình lắp ráp cần phải sử dụng thiết bị kính ngắm để đảm bảo quá trình lắp ráp chính xác.

7. Chế tạo bệ máy
Khi chế tạo bệ máy thường thực hiện hiện trên bệ lắp ráp. Trình tự tiến hành: trên bệ lắp ráp phải vạch dấu chính xác vị trí các chi tiết kết cấu của bệ, sau đó đặt tấm trên cùng của bệ xuống dưới. Trên tấm đó đặt các kết cấu khung dọc, ngang của bệ và cuối cùng là các mã. Khi lắp đặt các chi tiết cần hàn đính ngay và kiểm tra độ chính xác của việc lắp đặt. Sau khi lắp ráp và hàn đính toàn bộ, tiến hành hàn theo trình tự: trưóc hết hàn các mối hàn đầu ngắn, tiếp đến hàn các mối hàn đứng và cuối cùng là hàn giữa khung và bệ tấm trên cùng một lúc

8. Lắp đặt các chi tiết kết cấu phụ và trang thiết bị.
Việc lắp đặt các chi tiết kết cấu phụ và trang thiết bị trong giai đoạn chế tạo Block tạo điều kiện thuận lợi cho lắp ráp vỏ tàu và là một trong những yếu tố cơ bản để nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. Các trang thiết bị có thể lắp đặt trong giai đoạn chế tạo phân tổng đoạn là các đường ống, thiết bị điện, lớp cách ly, thiết bị trên boong, bệ máy…. Công tác lắp đặt các thiết bị phụ và trang thiết bị tuỳ thuộc vào mức độ phức tạp ta có thể phân thành các loại công việc và tiến hành ở từng giai đoạn chế tạo khác nhau.

9. Đấu các block trên đà
Sau khi thi công hoàn chỉnh các block: Block chuẩn, buồng máy, lái, mũi…, bước tiếp theo là tiến hành lắp tổng thành trên đà tàu đây là giai đoạn lắp ráp quan trọng nhất và đòi hỏi chất lượng cao nhất có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của con tàu nên cần giám sát chặt chẽ từng bước, kiểm tra và nghiệm thu để đảm bảo các đặc tính kỹ thuật, tính thẩm mỹ, tính bền của con tàu sau khi hạ thuỷ.
Nhìn chung, để đóng các tàu có trọng tải lớn thường phải sử dụng phương pháp công nghệ là đóng theo block, đây là phương pháp có tính chuyên môn hoá – tự động hoá cao và nó đòi hỏi sự đồng bộ giữa các quá trình công nghệ. Ngoài hiệu quả nâng cao chất lượng công trình, thay thế dần lao động thủ công bằng lao động máy móc có hiệu quả kinh tế cao phương pháp này còn đảm bảo an toàn lao động và hạn chế được bệnh nghề nghiệp cho người thợ. Hiện nay, công nghệ đóng tàu theo block bước đầu đã được áp dụng ở một số nhà máy đóng tàu lớn ở nước ta như Bạch đằng, Hạ long…, tuy vậy mới ở mức độ sơ khai, các bước công nghệ chưa đồng bộ hiệu quả chưa đạt được mong muốn nên có ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất lao động cũng như chất lượng sản phẩm. Dẫu sao các sản phẩm tiêu biểu như loạt tàu container 1.016 TEU, tàu hàng 13.500 DWT đã khẳng định tính vượt trội về các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật so với các tàu trọng tải lớn đã từng được xuất xưởng tại đây.

KS. Hà Duy Kiên-Ban KHCN&NCPT