船舶修理课题七船体构件的(3)-课件.ppt

课题七船体构件的常见损伤 第三讲 散货船 1 散货船的构造 散货船构造见图3 19 散货船有单壳和双壳两种 单壳的散货船以单壳 有上边舱为主要特征 除货舱内和连接甲板采用横向结构外 其余的部位均采用纵向结构 大多数的灵便型以上吨位的散货船的货舱内横壁采用槽形 且有下壁墩 为了减轻船体的自重和相应的增加载货重量 吨位越大的散货船 高强钢的使用比例越大 日本船东较欧美船东更喜欢用高强钢 使用的比例可高达70 以上 无论哪家船厂制造 散货船的主要构造几乎都是一样的 但在节点的设计上有细微的差异 然而正是这些细微的差异 对船舶的使用寿命 维护保养成本等起着关键的作用 2 腐蚀 2 1货舱中的不均匀腐蚀货舱中的不均匀腐蚀主要是点蚀和焊缝的沟槽状腐蚀 点蚀主要发生在舱壁 外板 肋骨上 而焊缝的沟槽状腐蚀多发生在肋骨与外板的角焊缝处 外板对接焊缝处及上边舱底板对接焊缝处 见彩图3 36 3 40 2 2下边舱斜坡板 内底板的均匀腐蚀由于下边舱的斜坡板 内底板都是不涂装的 或者说即便是进行了涂装 也会在很短的时间里被所装的货物磨损掉 磨粒磨损 且正是由于货物的这种摩擦作用 使得内底板 下边舱的斜坡板 下壁墩的斜坡板的腐蚀以均匀腐蚀为主 一般来讲 以装煤炭 矿石为主的散货船在船龄达到15年左右就会出现如彩图3 41所示的腐蚀及搓板状变形 剩余的板厚也接近于切换和可疑区域下限的边缘 内底板允许凹陷的范围为 凹陷深度在2倍的内底板板厚及50mm中取大值 前提是内底纵骨无变形 见图3 20 2 3上边舱中的应力腐蚀如彩图3 42 3 47及图3 21所示 上边舱中的最易腐蚀区域是在横框架的角隅处 该腐蚀属于应力腐蚀的范畴 其原因在于此处的刚性不足 其次是甲板纵骨 外板纵骨的过梁孔处 甲板纵骨上的透气孔 过焊孔处 外板纵骨的流水孔 过焊孔处 这些过焊孔大都是在分段大合拢时留下的 其边缘的处理 涂装等工作的质量不易像在厂房内预装时做的那么好 再加上残余焊接应力的存在 发生腐蚀开裂的时期也比其他的部位快些 2 4底边舱及双层底中的腐蚀如图3 22所示 内底中的腐蚀先从肋板 纵桁上的开孔 扶强材的自由边处开始 这些自由边在新造时倒角程度的好坏直接影响船舶在运营一段时期后的舱室中的涂装状况 有第一次特检时内底中的涂装状况就被认定为 一般 的船舶 而25年高龄的船的涂装状况仍和新造时一样 好 也不乏其例 由于不像上边舱中那样经常地需要排空 底边舱 双层底中的压载水总是满的 发生吸氧腐蚀的几率较小 所以 同一个船中底边舱的涂装状况维持得通常比上边舱要好 和杂货船一样 底边舱中与燃油舱相邻的隔壁及其上的扶强材较其他部位更易腐蚀 见彩图3 48 2 5无涂装边水舱 双层底然而 有些散货船的双层底中却仅用锌块保护 涂装仅是新造时的车间底漆而已 采用这样的保护方法 可以节省涂装的费用 但至少要每5年新装一次锌块 20年之后的舱内状况有的地方很好 有的地方较差 但尚未进入 显著腐蚀 的范畴 这种舱内的最大特点是不会发生自由边处的边缘腐蚀 knife edgedcorrosion 现象 如彩图3 49 3 53所示 2 6焊缝的沟槽状腐蚀在同样的腐蚀环境中 焊缝会比其周围的母材更易被腐蚀掉 而焊缝的腐蚀多是发生在焊接热影响区域内的沟槽状腐蚀 见彩图3 54 3 55 其原因有 1 焊接残余应力的存在船体结构上的焊缝大部分是在较大的拘束下施焊的 而且焊后也不可能采用回火等方法进行消除应力处理 从而使焊缝中存在着较大的焊接残余应力 即便是没有外加工作应力的作用 该焊接残余内应力也会促使焊缝的周围比其他部位较快地产生应力腐蚀 2 焊缝处的除锈及涂装不良与母材相比 焊缝的表面 尤其是焊缝的边缘是粗糙不平的 细微的锈迹及杂物可能存在于焊缝表面的波纹 咬边 凹坑当中 给彻底的除锈和涂装带来一定的困难 这些潜在的瑕疵也是促使焊缝日后比其他部位较快产生腐蚀的原因 如彩图3 56所示 甲板纵骨与上甲板的角焊缝处发生了严重的沟槽状腐蚀 原有的焊缝几乎全被腐蚀掉了 有的地方甚至已经开裂 同样的腐蚀也出现在甲板纵骨的对接接头处 这种腐蚀多发生在船体的0 4L范围内 而在船首船尾的上边舱中产生这种腐蚀的程度较轻 甚至没有 从其在船长方向上的分布来看 这是一种典型的应力腐蚀 3裂纹 3 1肋骨的上下肘板的焊趾裂纹如图3 23 3 25所示 如果裂纹出现在焊趾处的板材 上下边舱斜坡板 上 则该裂纹是由内外构件的错位引起的 在修理时 除了挖补裂纹的部位外 肘板也要对位重装 若裂纹裂在肘板的腹板焊趾处或面板的焊趾处 则裂纹是由面外应力造成的 切换上加厚板即可 3 2防撞舱壁 横舱壁上下壁墩处的裂纹同样的倾向也出现在横梁的端部肘板与机舱前横壁处 机舱内相同部位等 见图3 26 无论是何种船型 凡是有这样构造的地方都要引起注意 肘板的光顺化 肘板趾端与其反面骨材的对中度是左右裂纹发生与否的关键 横舱壁下壁墩处的裂纹见图3 27 3 28 同样的裂纹 以同样的概率可出现在上壁墩的底板与槽形壁的角焊缝处 见图3 26 对于兼作压载水舱的 前后横壁的上壁墩尤其易出现这种裂纹 尽管有的船厂将上壁墩的底板与斜板的折角设计成一体型 压制成型 但此处的裂纹仍会发生 挖补了多次也照出不误 要想彻底解决此处的问题 只有针对裂纹出现的原因 在顶板或底板的一侧与槽形壁腹板的对齐添加肘板予以加强才能解决 层状撕裂 lamellartear 它是钢材承受的板厚 板长方向为X向 板宽方向为y向 板厚方向为Z向 方向拉伸 剪切应力过大时所产生的撕裂 层状撕裂往往沿金属的层状偏析 夹杂物的层面开裂 钢板抗层状撕裂的性能可用板厚方向拉伸式样的颈缩率来评定 3 3下边舱斜坡板与内底板折角处的裂纹单壳散货船的下边舱斜坡板与内底板的折角有组合型 角焊缝连接 和一体型 压制成型 两种 但都因各种原因发生疲劳裂纹 沿肋板方向的裂纹有之 沿边纵桁方向的裂纹亦有之 有的裂纹裂在内底上 常常因压载水渗入货舱而被发现 有的裂纹裂在肋板上 只有在进行其下舱室的内检时才能被发现 见图3 31 3 37及彩图3 57 船越大 此处发生裂纹的可能性就越大 巴拿马型 好望角型的压载兼用货舱内最易出现裂纹 3 4内底中的裂纹3 4 1裂纹出现的部位及其特征裂纹的性质 典型的疲劳裂纹 裂纹周围的涂装状况良好 发生腐蚀的部位没有发生任何因腐蚀而引起的减薄现象 断口的边缘整齐划一 如刀切一般 1 易出现疲劳裂纹的船型在好望角型 巴拿马型及灵便型散货船的双层底及边舱中都可能出现如彩图3 58所示的疲劳裂纹 但最易发生 且较多发生裂纹的是有7个货舱的巴拿马型散货船 裂纹可能出现在双舱底内的内外纵骨上 也可能出现在边舱内的舷侧纵骨上 而好望角型的散货船的疲劳裂纹则多出现在边舱内的舷侧纵骨上 灵便型的散货船较少发生类似的裂纹 2 易发生疲劳裂纹的区域双层底及边舱中的疲劳裂纹多发生在承受交变应力最大的船中0 4L范围内 就巴拿马型散货船来讲 裂纹一般出现在船中部的第二 第三边水舱及靠近舷侧的两三道纵桁区域中 如图3 38所示 而好望角型的散货船在双层底里 除了压载兼用货舱的污水井下的区域之外 其他部位的纵骨较少发生裂纹 最易发生裂纹的区域在边舱内的舷侧纵骨上 有时在边舱中的外底纵骨上也时有发生 如彩图3 61所示 发生裂纹的纵向区间和巴拿马型相同 一般集中在压载兼用货舱下 3 易发生疲劳裂纹的构件裂纹大多发生在外底 舷侧外板纵骨 较外侧的侧纵桁上 如彩图3 59 3 62所示 裂纹起始的部位有两种 一是肘板及扶强材的趾端 二是流水孔 人孔 过梁孔 过焊孔等开孔的边缘 4 裂纹出现时的船龄一般来讲 上述疲劳裂纹多发生在船龄15年左右的船舶 有的船甚至在第一次特检 5年船龄 就可能发现裂纹 3 4 2裂纹发生的原因裂纹发生的原因有以下几种 1 使用过程中的问题船舶在营运过程中遭遇到严酷的海况以及装卸货程序等安排不当造成在船的中部产生过大的应力 2 节点设计的问题船舶在新造时的节点设计不合理 如肘板 扶强材 半桁等没有进行软趾化处理 相对于与其连接的肘板 扶强材来讲 其下的纵骨的刚性较弱等 3 施工质量问题在新造时由于装配 焊接 打磨施工质量不佳而造成裂纹的始发点 在这三个因素中 由于上下结构的错位所造成面外位移是诱发裂纹的主要因素 见图3 39 包角不完全 咬边 过度打磨在构件上造成沟槽等也是疲劳裂纹发生的根源 另外一个造成疲劳强度低下的原因是由于加工精度不佳而造成肋板框架与纵骨之间不得不进行的强制装配 从而使该焊缝中有较大的拉应力的残留 4 高强钢的使用问题在满足抗拉强度的前提下 与采用普低钢材料的构件相比 高强钢构件的尺寸小 刚性差 较易产生较大的应变 这是高强钢构件比普低钢构件易出疲劳裂纹的原因之一 另外的原因是 为了降低空船重量 20世纪80年代初建造的船舶 高强钢的使用比例一下子提高了很多 但节点的设计仍然沿用软钢 mildsteel 的设计方法 对疲劳强度的考虑欠周全 这就造成了恢时期建造的船舶在投入运营10年到15年的期间裂纹的多发 然而 通过调查发现 同时期建造的同型船舶 尽管高强钢的使用比例相近 裂纹的出现率却因造船厂的不同而大不相同 因此在高强钢的使用问题上如何扬长避短是有必要进行深入研究的课题 3 4 3防止裂纹发生的方法通过上述的分析可以得出以下防止或减少裂纹发生的方法 1 在船舶的营运过程中严格按照规定进行装卸货及压排水程序操作 避免在构件上产生过大的应力 2 通过对节点进行疲劳强度的分析 优化设计 降低应力集中 采用软趾化的肘板或扶强材 避免在产生较大应力的部位设置开孔等 3 在装配时要避免强力装配及错位 包角焊要饱满光顺 避免咬边 开孔的自由边要打磨光顺 避免留下缺口 要避免在高强钢构件上随意起弧 装配用的马板等清除后要打磨光顺避免留下缺口 3 4 4裂纹发生部位的修理方法 1 正确的修理方法对于舷侧外板 外底板纵骨上的裂纹 可按照下述的世界船级社联合会 1ACS 推荐的方法进行修理 见图3 40 在新加的肘板不带加强筋的情况下 肘板直角边的长度与肘板厚度的比不能超过50 l对于微小的发丝状裂纹以及不超过纵骨深度1 3的裂纹可以用刨焊加肘板的方法处理而不用切换 2 不当的修理方法举例A 肘板过小 过小的 形状不佳的肘板 不但解决不了既有的问题 而且还会诱发更多的裂纹出现 彩图3 61 彩图3 62所示的裂纹都是由于所加的肘板尺寸过小造成的 过小的肘板甚至会造成在肘板斜边上的裂纹 该裂纹会扩展到相邻的纵骨上去 B 涂装不良 新加的肘板 新换的纵骨要切实涂装 否则 不经涂装的新加构件会在2 3年内迅速减薄 解决了疲劳裂纹问题又会造成严重的应力腐蚀开裂 如彩图3 63所示 C 应力集中区域的开孔 在新加了肘板后 要确认在肘板的趾端的下方没有流水孔 如正好赶上 则应堵死另开 如彩图3 64所示挖补方法是不能接受的 D 肘板的未软趾化 肘板的软趾化是防止疲劳裂纹再次出现的关键之一 如彩图3 65所示的新加肘板的腹板在趾端留台太高 而且面板也没有回缩回去 在这样 硬 的趾端不久就又会出现裂纹 3 5下边舱中舷侧的裂纹横框架在舷侧纵骨过梁孔处的裂纹见彩图3 66 3 67及图3 41 3 42 3 6主甲板 连接甲板上的裂纹主甲板 连接甲板上的裂纹见图3 43 3 44 3 7舱口围上的裂纹图3 45所示裂纹的发生主要是船舶所受横向弯矩的作用 为了防止此种裂纹的出现 在舱口围的结构设计上要尽量避免过大的截面变化 彩图3 68所示的裂纹发生在船龄15年的灵便型散货船的折叠型 foldingtype 舱盖导板的趾端 发生的部位在第3 第4货舱的左右两舷 虽进行过多次的刨焊 但裂纹仍然会出现 此处裂纹多发的主要原因在于彩图3 69所示的 舱口围面板下的支撑肘板的错位 misdipn ent 该肘板本应装在舱盖导板趾端的正下方 但在彩图3 9中该肘板却被装在了离开导板趾端100