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船舶工程师论文

2023-12-12 09:50 来源:学术参考网 作者:未知

船舶工程师论文

中小型船舶船体结构的缺陷补偿

摘 要:扼要分析和阐述了中小型船舶船体结构在装配过程中的缺陷,对难于采取返修的典型缺陷,提出了可以采取补强的可行性方案。

关键词:船体结构;结构强度;缺陷;补偿

船舶下水之前,造船厂检验部门将对船体结构(包括线型)进行全面的测量以及完整性的验收,以便将可靠的数据及有关资料提供给船级社和验船机构备查审核。鉴于船体是一个复杂的结构体,尽管在各道工序中实施了严格的管理措施以及按照工艺规程操作,由于工作量大,结构复杂,局部处施工条件差,因此仍免不了还会存在一定数量的缺陷。在这种情况下,采取适当的补强乃是保证船体结构局部强度的一种有效手段。下面就以实例来探讨缺陷的补强方法。

1 分段或总段对接处肋距超差

按照船体建造精度要求,对于已完成的分段或总段对接大接缝,心须测量其间的肋骨间距,并规定了极限误差值。因为一旦超差,将在一定程度上影响船体强度。一般可在大接缝区域适当位置增加中间肋骨或在相邻两肋骨间增设数道纵桁予以补强,对于局部偏差的,可在局部增设纵桁,但纵桁两端必须作必要延伸,以防止产生应力集中。

2 船体外表变形超差

船体外板线型平顺与否是衡量一艘船舶船体建造质量的标志之一。根据船体建造精度要求,规定了在一个肋距内或在一米长度范围内外板的不平度误差。船体外板的变形超差,最常见于线型变化曲率较大的艏艉部及相邻分段对接的大接缝区域。当然应首先考虑尽量利用工装夹具及冷热加工等措施矫正外板超差处的不平度。对于不平顺面积较小的外板,可按图1所示补强,图中表示了分段接缝处外板的缺陷及补强办法,如采用扁钢补强,则扁钢尺寸可取比肋骨型号略小的型材进行补强。

对于相邻肋骨间不平顺面积较大的外板,在不平顺处采用纵横向十字交叉结构的型材补强,纵横向型材的两端应分别削斜过渡。

3 外板上肋骨腹板与理论平面超差

对于中小型船舶的艏艉段,一般在胎架上以甲板为基准面采用反造法进行建造。这样在吊装肋骨框架定位时,如若肋骨框架稍有扭曲或定位时未与甲板上的中心线相垂直,这样就会造成肋骨腹板与外板连接后所形成的角度不符要求,焊后就称为肋骨腹板变形,对于由此形成的缺陷,由于结构空间狭窄,特别是在焊后很难矫正。所以选用肘板进行补强就显得既方便又实际。

4 船体结构节点构件连接尺寸超差

船体是一个复杂的结构体,船体内部构架密集,各种型式的构件纵横相交,形成了所谓结构节点。例如纵骨与肋板相交、龙骨与舱壁相交、横梁与纵桁相交等等。这些相交的结构节点,若在施工中因技术不熟练或稍有疏忽大意,就会造成节点处相交构件连接尺寸间隙过大,致使无法施焊,直接影响结构的刚度和强度。

A 横梁与肋骨相交处间隙过大

如图2所示,横梁与肋骨间间隙安装后为30mm。对于中小型船舶,船体建造精度要求中间间隙应在10~20mm之间,最大不得超过20mm。针对上述缺陷,可以考虑用割换一段肋骨来处理。但由于肋骨与舷侧板焊接已结束,动用割炬切割会使该区域舷侧板因受热而产生局部变形,同时由于肋骨多了一条对接缝,将影响肋骨本身的强度。故可考虑图2中适当加大肘板尺寸的办法予以补强,使肘板与肋骨相交的焊缝长度能满足原有焊缝长度的要求。

B 纵骨穿过构件处割空超差

对于中小型船舶,纵骨架式结构的底部和甲板,当纵骨穿过实肋板或横梁时,规范要求该节点处的纵骨腹板与实肋板或横梁应进行焊接。但往往因装配时划线有误,使切割后间隙过大,难于施焊,如图3a所示,为了弥补该缺陷,一般可采用与实肋板或横梁等厚度的补板予以补强,见图3b所示。补板尺寸可据该处纵骨大小而定。

C 龙骨与横舱壁相交处间隙过大

龙骨包括中内龙骨与旁内龙骨。龙骨与横舱壁均属主船体的主要结构,它们对一艘船舶的纵横向强度起着重要的作用,特别是中内龙骨,是纵向连续构件。在中内龙骨与横舱壁相交的节点处,由于偶然操作不慎在装配时将中内龙骨多割了一部分,使该处腹板及面板与横舱壁无法施焊,见图4a所示,此时,如果因此而将一段连续的中内龙骨割换,则不论对重新装焊还是在外观乃至质量上都将留有不足,如果该处多割的间隙不超过12~15mm,则采用加装垫板的方式进行补强就显得既方便又可行。见图4b所示,垫板厚度可比间隙小3~5mm,其尺寸视该处中内龙骨尺度具体选用。如若多割的间隙较大,那么就不能随意增加垫板厚度,否则该节点将形成为“硬点”。此时应考虑采用割换或其它工艺措施来消除其缺陷。

D 上层建筑扶强材根部与甲板间空隙过大

中小型船舶的上层建筑结构,一般在胎架上制成整体分段后,再在主甲板上进行定位吊装。施工中常见围壁上的扶强材根部与甲板间隙过大,见图5a所示,此时,可在扶强材根部与甲板间加装肘板来补强,见图5b所示。

以上列举的几例,是中小型船舶船体装配中比较典型的常见缺陷。当然,缺陷的形成也有工序间联系不够、管理不善、未遵循工艺要求,有时也有违章作业等原因所致。对船体建造中的各种缺陷必须针对具体问题作具体分析,对不同船型、不同结构型式的船舶提出不同的方案,决不能一概而论。同时在实际工作当中,要多积累经验,改进造船工艺,不断提高船舶的建造质量。

参考文献

[1]船舶设计实用手册[M].北京:国防工业出版社.1998,(12).

[2]华乃导主编.船体修造与工艺[M].大连:大连海事大学出版社,2000,(

急求一篇 船舶工程技术 的毕业论文

浅谈船舶舵机的安全检查

摘 要:由于船舶舵机对于船舶航行安全的重要性,所以对船舶舵机的安全检查是船舶安检人员的经常性工作,本文希望通过对船舶舵机技术规范的介绍以及船舶舵机容易出现的故障分析和对船舶舵机进行安全检查的重点的论述,使安检人员在进行舵机安检工作时能够有所启迪。

关键词:舵 舵机 安全检查

一、前言

船舶能够在水中按照驾驶者的意图航行,使船舶改变航向或维持指定航向,是依靠改变安装在船舶尾部的船舵的位置来实现的。正如鱼儿能够在水中游动自由,是靠摆动它的尾巴一样。可以说船舵就是起着鱼尾的功用。舵对于船舶航行的重要性是不言而谕的,当船舶航行时船舵发生故障,对船舶安全的影响是巨大的。

二、舵机的基本组成

船舵主要由舵叶、舵杆、舵机等部分组成。船舵能够接受驾驶者的命令并按照命令改变船舵的位置是依靠舵机带动舵叶来实现的,而舵机是整个舵系统中比较容易出现故障的部位,也是船舶安全检查人员进行船舶安检时着重注意检查的地方。

船舶舵机按驱动动力分为蒸汽舵机、电动舵机与电动液压舵机(简称液压舵机)。液压舵机具有重量轻、尺寸小、灵敏度高,工作平稳安全可靠,能缓冲风浪对舵叶的冲击,运转噪音低、振动小,而且可实现无级变速,功率的范围广。所以现代化的大中型船舶上,广泛采用液压舵机。故本文以液压舵机作为分析对象。

液压舵机一般采用电动机带动油泵,因而又称电动液压舵机。液压舵机用油液作为传递能量的介质,利用油液的不可压缩性及流量、压力和流向的可控性来实现转舵。舵机通过油泵把机械能转化为油液的压力能,然后通过转舵机构把压力能又转化为机械能,来实现舵的左、右转向。  

液压舵机由三大部分组成:推舵机构、液压系统与操舵控制系统。推舵机构的作用是将液压能转换成机械能,推动舵叶偏转。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能.并设置所需的保护与控制装置。操舵控制系统的作用有二:一是传递舵令,二是控制操舵精度。

按照钢质海船入级与建造规范对舵机的基本要求,其中主要内容有:

1.每艘船舶均应设置1个主操舵装置和1个辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的布置,应满足当它们中的1个失效时应不致使另1个也失灵。

2.具有足够的强度并能在最大营运前进航速时进行操舵,使舵自任一舷的35°转至另一舷的35°,并且于相同条件下自一舷的35°转至另一舷的30°所需时间不超过28s。

3.能在最大营运前进航速的一半但不小于7kn时进行操舵,使舵自一舷的15°转至另一舷的l 5°且需时间不超过60s。

4.驾驶室与舵机室之间,应设有通信设施。

5.操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置,应装设限位开关或类似设备,使舵在到达舵角限位器前停住。装设的限位开关或类似设备应该与转舵机构本身同步,而不应与舵机的控制相同步。

6.舵装置应有保持舵位不动的制动装置。

7.当主操舵装置要求动力操作时,应设有1个固定贮油箱,其容量至少足以使1个动力转舵系统包括循环油箱进行再充液。贮油箱应以管路固定连接,使液压系统能在舵机室内便于充液,并应设有液位计。

8.应设置两个独立的控制系统,见每个系统均应能在驾驶室控制。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。若控制系统是由液压遥控传动装置组成时,除10000总吨及以上的油船、化学品船、液化气体运输船外,不必设置第2个独立控制系统。

9.驾驶室和舵机室应固定展示带有原理框图的适当操作说明。此说明应表明操舵装置控制系统和动力转舵系统的转换程序。

10.由1台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由主配电板设2路独立馈电线直接供电。但其中的1路可以由应急配电板供电。
三、舵机容易出现的故障

对于舵机日常比较容易出现故障的情况,主要分为两大部分。一是属于硬件类的故障,二是属于软件类的故障。

舵机的硬件类的故障是指与舵机相关的机器、设备发生了功能性的障碍,使得舵机不能正常工作发挥效用。常见的主要有:

1.通信系统的故障。驾驶员发出的舵令信号不能输出至舵机,舵机接收不到舵令。驾驶台与舵机间无法通话等。

2.电力系统的故障。动力电路、配电板等电力输出故障,使电动机无法正常运转。两路电力线路只有一路可以使用.

3.液压系统的故障。液压系统密封性能出现问题,有油路泄漏或有旁通现象、主油路锁闭不严、油位过低、液压系统内有空气等问题。使液压系统不能正常运行。

软件类的故障是指与舵机运行有关的管理制度,船员对舵机的操作存在的问题。通常主要是船员对应急舵的操作不熟悉,在需要的时候无法启动应急舵。

四、对舵机安检的重点

针对舵机容易出现的故障点,船舶安检人员就可以有针对性地开展检查工作。

检查应急舵的有效性。按照现代船舶建造规范的要求,船舶应当具有两套以上操舵装置。一套主推舵装置,一套为辅助(应急)推舵装置。这是为了保证在主推舵装置出现故障时,应急舵仍然可以继续保持舵的有效性,保证船舶的正常航行和安全。对应急舵的检查一般要求船方进行应急舵的实操,观察应急舵是否能够使用,运转是否正常。

检查舵的运转情况。在检查舵的运转情况时,一般应有两名船舶安检员相互配合进行。一名安检员在驾驶台发出舵令,另一名安检员在舵机间观察舵机对于舵令的反映。舵机在转舵运行过程中应运转平稳,无杂音无间歇性现象。从一侧满舵运行到另一侧满舵时,应反映灵敏,能够达到28S的时间要求。

检查舵角指示的准确性。在舵机上都安装有舵角指示器,舵角指示器是为了正确显示舵叶转动的准确位置,其所显示的角度指数应与驾驶台操舵转向的角度度数相吻合。当舵角指示器显示不准时,就会影响到驾驶员的对船舶的操纵,使驾驶员的判断产生误差,有可能使船舶发生触碰事故。在检查舵角指示的准确性时,是由两名船舶安检员相互配合进行的。一名安检员在驾驶台观察驾驶台上的检查舵角指示器显示的读数,另一名安检员在舵机间观察舵机上舵角指示器显示的读数。二者应读数相同。

检查舵角限位器的有效性。舵角限位器是起到了对液压油缸的保护作用。

当舵角转动到最大角度时,油缸的活塞继续压缩液油,而舵叶已不再继续偏转,致使油缸内的压力不断增加,容易导致油缸破裂。而舵角限位器的存在就使得当舵角转动到最大角度时触动限位开关,限位开关断开电动机的动力起到了保护油缸的作用。所以安检员在检查检查舵角限位器时,应让船舶驾驶员分别打满左、右舵,观察当舵角转动到最大角度时舵角限位器是否发生作用。否则应当要求船方进行修复。

检查舵的液压系统的密封性能。舵叶的转动是依靠油缸内液体传递的电动机动力来实现的。所以舵机的液压系统要保证不漏油,不漏气和不积气,才能达到传递液压力的目的。液压系统的密封性能对舵机的正常工作有着非常重要的作用。安检员在检查舵机时,应当注意观察舵机表面和舵机间的地面是否干净整洁、是否存在油污,还应当注意检查油缸表面是否存在修补过的痕迹。在检查液压系统的密封性时,应让船方开动舵机,注意观察舵机液压杆与液压油缸滑动处、液压油缸的其他接缝处是否有液压油渗出的现象。以便正确判断液压系统的密封性能。

同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质。液压油是液压舵机正常工作的媒质,是液压舵机保持良好性能的保证。国际海上人命安全公约(SOLAS)对此有规定:液压操纵的操舵设备应设有能针对该液压系统的形式和设计保持液体清洁的装置。国内的船检规范也有类似的条款规定。可见舵机液压油品质是否良好对于舵机的正常运行确实很重要。液压油的品质受到以下因素的影响,一是液压油在运转过程中,机器磨损下来的金属屑和水分混入到油中,对液压油造成了污染。二是液压油与空气接触会发生氧化反映,油品会渐渐下降,达不到机器性能的要求。这时应当更换液压油。但是由于液压油的价格比较昂贵,因此沿海船舶特别是个体船舶很少有更换液压油的。另外在舵机间的液压油补充油柜中液压油应保持一定的油量储备,这也是在检查过程中应当注意的。

在对舵机的检查过程中其他需要注意的,在舵机间应张贴有应急舵的使用操作说明,并通过与机舱工人的交谈,以了解他们是否熟悉应急舵的操作使用。通过以上的检查基本上可以完成对舵机的安检工作,对该船的舵机系统有了比较全面的了解。希望本文能够为船舶安全检查人员有所帮助。

参考文献

[1]《钢质海船入级与建造规范 轮机》.1996.5.

[2] 王福根.《船舶轴舵系装置》.2003.3.

[3] 陈利军.《船舶辅机》.2002.9

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《现代化船舶的适用性》供你参考吧。这方面的论文很少,不行你自己再找一找吧。 地球的表面70%是蓝色的海洋,地球上的生物约有80%在海洋之中,海洋为人类的生存和发展提供了丰富的宝藏和无穷的资源。航海是人类认识、利用、开发海洋的基础和前提,现代化船舶自然应运而生。 在人类社会发展的进程中,欧洲国家率先从封建主义进入资本主义时代,各门类科学技术取得突飞猛进的发展。新的材料、机械、电气、电子、控制、铆焊等技术逐步应用于航海,形成了近代和现代航海科学技术。18世纪炼铁业的发展导致1787年制造出第一艘铁木船,1841年建造出第一艘铁质船。1858年出现了钢,1866年开始用钢造船。1769年双向蒸汽机研制成功,1783年制成蒸汽动力轮船。1876年内燃机研制成功,1903年则制成内燃机船。18世纪机械制造业发展与天文学结合,于1730年发明六分仪,1888年发现电磁波,1895年发明无线电报,尔后船舶采用无线电通信;1935年发明雷达,随即于1937年开始用于船舶探测目标、定位、导航与避碰;1957年发射第一颗人造地球卫星,1964年研制出卫星导航系统。航海科学技术的不断进步,使航海从技艺逐步发展成为科学技术,从帆船时代进入机动船时代,从地文航海和天文航海时代进入现代电子航海时代。目前,现代化船舶按其用途主要有如下种类: (一)干货船(Dry Cargo Ship) 根据所装货物及船舶结构、设备不同,可分为: 1.杂货船(General Cargo Ship) 定期航行于货运繁忙的航线,以装运零星杂货为主的船舶。这种船航行速度较快,船上配有足够的起吊设备,船舶构造中有多层甲板把船舱分隔成多层货柜,以适应装载不同货物的需要。 2.干散货船(Bulk Cargo Ship) 装载无包装的大宗货物的船舶。依所装货物的种类不同,又可分为粮谷船(Grain Ship)、煤船(Collier)和矿砂船(Ore Ship)。这种船大都为单甲板、大统舱。 二、冷藏船(Refrigerated Ship) 专门用于装载冷冻易腐货物的船舶。船上设有冷藏系统,能调节多种温度以适应各舱货物对不同温度的需要。 三、木材船(Timber ship) 专门用以装载木材或原木的船舶。这种船舱口大,舱内无梁柱及其它妨碍装卸的设备。船舱及甲板上均可装载木材。为防甲板上的木材被海浪冲出舷外,在船舷两侧一般设置不低于一米的舷墙和用于绑扎木材的立柱。。 四.集装箱船(Container Ship) 集装箱船可分为部分集装箱船、全集装箱船和可变换集装箱船三种。 (1)部分集装箱船(Partial container ship)。仅以船的中央部位作为集装箱的专用舱位,其他舱位仍装普通杂货。 (2)全集装箱船(Full Container Ship)。指专门用以装运集袋箱的船舶。它与一般杂货船不同,其货舱内有格栅式货架,装有垂直导轨,便于集装箱沿导轨放下,四角有格栅制约,可防倾倒。集装箱船的舱内可堆放三至九层集装箱,甲板上还可堆放多层。 (3)可变换集装箱船(Convertible Container Ship)。其货舱内装载集装箱的结构为可拆装式的。因此,它既可装运集装箱,必要时也可装运普通杂货。 集装箱船航速较快,大多数船舶本身没有起吊设备,需要依靠码头上的起吊设备进行装卸。这种集装箱船也称为吊上吊下船。 五、滚装船,又称滚上滚下船(Roll on/Roll off Ship) 滚装船主要用来运送汽车和集装箱。这种船一般在船侧或船的首、尾有开口斜坡连接码头,装卸货物时,或者是汽车,或者是集装箱(装在拖车上的)直接开进或开出船舱,其优点是不依赖码头上的装卸设备,装卸速度快,可加速船舶周转。 六、载驳船(Barge Carrier) 又称子母船。是指在大船上搭载驳船,驳船内装载货物的船舶。载驳船的主要优点是不受港口水深限制,不需要占用码头泊位,装卸货物均在锚地进行,装卸效率高。目前较常用的载驳船主要有“拉希”型(Lighter Aboard Ship,缩写为LASH)和“西比”型(Seabee)两种。 七、客船 又称邮轮,主要用于旅客运输,一般亦可承载少量货物。 八、特种船 用于原油、化工、天然气等特殊运输要求的船舶。 20世纪下半叶,伴随整个科学技术的迅猛发展,航海科学技术的进步日新月异,其重要标志为: 1) 船舶大型化 在20世纪60年代,1万载重吨的船就可称为“万吨巨轮”,目前最大的散货船为30多万载重吨,特大型的油轮已达50万载重吨(ULCC)。集装箱船近年来也越来越大,我国已有11000标准箱的集装箱船(中远亚洲号)投入营运,大型豪华客轮达到14万吨级。 2) 船舶专业化 长期以来海洋运输船舶主要是客船、普通货船和油船。二十一世纪的今天,集装箱船、滚装船(Roll-Roll)、液化气船(LNG、LPG)等专业化特种船舶迅速增多。 3) 船舶高速化 为了与高速公路、高速铁路运输竞争,近20年来,30节(1节为每小时航行1海里,1海里等于1.852公里)以上的小型高速气垫船、水翼船、水动力船、喷气推进船快速研制并大量投入使用。当前的集装箱船速度可达25-30节,大约比过去的普通货船快一倍。 4) 船舶自动化 20世纪70年代计算机在船上广泛应用,从船舶在机舱设置集中控制室到出现无人值班机舱和驾驶台对主机遥控遥测,船舶机舱自动化成为趋势。随着驾驶台的自动化仪器设备不断研发和应用,近10年来建造的新型船舶基本上都可称之为驾机合一的自动化船舶,其中一部分自动化程度高的船舶被称之为“高技术船舶”。 5) 导航定位电子化 当前,传统的陆标定位、天文定位方法已成为特殊情况下的补充手段,无线电导航定位方法经过了无线电测向仪(1921)、雷达(1935)、劳兰A(1943)、劳兰C(1958)、卫星导航系统(1964)、全球定位系统(1993)的发展历程,进入高精度卫星导航定位时代。全球定位系统(GPS)可在全球范围内全天候为海上、陆上、空中和空间用户提供连续的、高精度的三维定位、速度和时间信息,使船舶、飞机和汽车等运载工具的导航与定位发生了划时代的变革。 6) 避碰自动化 为在能见度不良情况下发现来船而进行避碰,船用雷达发挥很大作用。20世纪70年代研制出的自动雷达标绘装置(APPA)和雷达的结合被称之为自动避碰系统。该系统可自动采取和跟踪目标,自动显示来船的位置、航向、航速、相对运动和碰撞危险数据。20世纪末开发了船舶自动识别系统(AIS),可连续向其他船舶传送船舶自身数据并接收其他船舶的数据,有利于减少因船舶识别和避碰决策失误引起的船舶碰撞事故。 7) 海图电子化 传统的纸质印刷海图已不适应船舶自动化和航海智能化的发展要求,电子海图显示与信息系统在近十几年研发成功并不断完善。该系统不但能很好地提供纸质印刷海图的有用信息,而且取代了传统的手工海图作业,综合了GPS、APPA、AIS等各种现代化的导航设备所获得的信息,成为一种集成式的航海信息系统,被称为是航海领域的一场技术革命。 8) 航海资料数字化 航海所需的各种图书资料原都采用纸质印刷形式。随着计算机技术和互联网技术的发展,航海通告潮汐表、灯标表等出现了电子版和网络版,有利于航海图书资料内容的迅速更新,使用上也更加便捷。 9) 通信自动化 无线电报、无线电话、电传和传真在船上采用,比船舶采用手旗与灯光进行通信已是很大的进步。1957年第一颗人造卫星升空,拉开了卫星通信的序幕。1979年国际海事卫星组织(Inmarsat)宣告成立,1982年开始提供全球海事卫星通信服务,Inmarsat可以为海陆空提供电话、电传、传真、数据、国际互联网及多媒体通信业务。船舶使用了全球海上遇险与安全系统(GMDSS),使船与船、船与岸台全方位和全天候即时沟通信息。GMDSS还能提供紧急与安全通信业务和海上安全信息的播发,以及进行常规通信。GDMSS在船上的使用导致了驾驶与通信合一,传统的船舶报务员已被取消。 10) 航行记录自动化 为了在船舶发生海上事故后查明事故原因,从中吸取教训,采取针对性防范措施,俗称为船舶“黑匣子”的航行数据记录仪(Voyage Data Recorder,VDR)已在船舶普遍配置,有利于海上事故原因分析。 11、航海服务与支持系统 自从无线电报开始用于船岸之间的通信,船公司、岸基航海服务机构和管理部门就开始通过无线电通信影响、协助和控制船舶的航海活动,采用了无线电航行警告系统(Radio Navigational Warning) 、 船舶定线制(Ship Routing)、 船舶报告系统(Ship Report System) 、 船舶交通服务(Vessel Traffic Services)等支持并服务于船舶安全航行的保障系统,极大地提高了船舶的安全系数。 21世纪是海洋世纪,海洋已成为人类第二大生存和发展空间,世界各国未来的竞争将在海洋上展开,充分开发和综合利用海洋资源是世界各国进一步发展的必然要求。国际贸易和大宗货物运输以及未来维护国家权益和安全的领域将主要是海洋。在我们对现代化的船舶有了一定了解的基础上,笔者愿意在下一篇拙文中同您一起登上现代化的巨轮,感受一下船舶的具体工作。

船舶 论文

船舶焊接毕业论文
船舶焊接毕业论文-谈船舶焊接中的常见缺陷的成因和防止措施
摘 要:船舶焊接是保证船舶密性和强度的关键。本文详细介绍了船舶焊接中几种常见的缺陷原因并提出防止措施。
关键词:船舶焊接 缺陷 防止措施

船舶焊接是保证船舶密性和强度的关键,是保证船舶质量的关键,是保证船舶安全航行和作业的重要条件。如果焊接存在着缺陷,就有可能造成结构断裂、渗漏,甚至引起船舶沉没。据对船舶脆断事故调查表明,40%脆断事故是从焊缝缺陷处开始的。在乡镇船舶造船中,船舶的焊接质量尤为突出。在对船舶进行检验的过程中,对焊缝的检验尤为重要。因此,应及早发现缺陷,把焊接缺陷限制在一定范围内,以确保航行安全。
船舶焊接缺陷种类很多,按其位置不同,可分为外部缺陷和内部缺陷。常见缺陷有气孔、夹渣、焊接裂纹、未焊透、未熔合、焊缝外形尺寸和形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等。
一、气孔
气孔是指在焊接时,熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。产生气孔的主要原因有:坡口边缘不清洁,有水份、油污和锈迹;焊条或焊剂未按规定进行焙烘,焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外,低氢型焊条焊接时,电弧过长,焊接速度过快;埋弧自动焊电压过高等,都易在焊接过程中产生气孔。由于气孔的存在,使焊缝的有效截面减小,过大的气孔会降低焊缝的强度,破坏焊缝金属的致密性。预防产生气孔的办法是:选择合适的焊接电流和焊接速度,认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用变质焊条,当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时,应严格控制使用范围。埋弧焊时,应选用合适的焊接工艺参数,特别是薄板自动焊,焊接速度应尽可能小些。
二、夹渣
夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。产生夹渣的原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣;坡口角度或焊接电流太小,或焊接速度过快。在使用酸性焊条时,由于电流太小或运条不当形成“糊渣”;使用碱性焊条时,由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。进行埋弧焊封底时,焊丝偏离焊缝中心,也易形成夹渣。防止产生夹渣的措施是:正确选取坡口尺寸,认真清理坡口边缘,选用合适的焊接电流和焊接速度,运条摆动要适当。多层焊时,应仔细观察坡口两侧熔化情况,每一焊层都要认真清理焊渣。封底焊渣应彻底清除,埋弧焊要注意防止焊偏。
三、咬边
焊缝边缘留下的凹陷,称为咬边。产生咬边的原因是由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因,都会造成焊件被熔化去一定深度,而填充金属又未能及时填满而造成咬边。咬边减小了母材接头的工作截面,从而在咬边处造成应力集中,故在重要的结构或受动载荷结构中,一般是不允许咬边存在的,或到咬边深度有所限制。防止产生咬边的办法是:选择合适的焊接电流和运条手法,随时注意控制焊条角度和电弧长度;埋弧焊工艺参数要合适,特别要注意焊接速度不宜过高,焊机轨道要平整。
四、未焊透、未熔合
焊接时,接头根部未完全熔透的现象,称为未焊透;在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象,称为未熔合。未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷,由于未焊透或未熔合,焊缝会出现间断或突变,焊缝强度大大降低,甚至引起裂纹。因此,在船体的重要结构部分均不允许存在未焊透、未熔合的情况。未焊透和未熔合的产生原因是焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净,或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当,电弧偏在坡口一边等原因,都会造成边缘不熔合。防止未焊透或未熔合的是正确选取坡口尺寸,合理选用焊接电流和速度,坡口表面氧化皮和油污要清除干净;封底焊清根要彻底,运条摆动要适当,密切注意坡口两侧的熔合情况。
五、焊接裂纹
焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。结构的破坏多从裂纹处开始,在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹,在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。一经发现裂纹,应彻底清除,然后给予修补。
焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹,其特征是焊后立即可见,且多发生在焊缝中心,沿焊缝长度方向分布。热裂纹的裂口多数贯穿表面,呈现氧化色彩,裂纹末端略呈圆形。产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等)。由于这些杂质熔点低,结晶凝固最晚,凝固后的塑性和强度又极低。因此,在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下,熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开,或在凝固后不久被拉开,造成晶间开裂。焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时,也易产生热裂纹。防止产生热裂纹的措施是:一要严格控制焊接工艺参数,减慢冷却速度,适当提高焊缝形状系数,尽可能采用小电流多层多道焊,以避免焊缝中心产生裂纹;二是认真执行工艺规程,选取合理的焊接程序,以减小焊接应力。
焊缝金属在冷却过程或冷却以后,在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现,也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。冷裂纹产生的主要原因为:1)在焊接热循环的作用下,热区生成了淬硬组织;2)焊缝中存在有过量的扩散氢,且具有浓集的条件;3)接头承受有较大的拘束应力。防止产生冷裂纹的措施有:1)选用低氢型焊条,减少焊缝中扩散氢的含量;2)严格遵守焊接材料(焊条、焊剂)的保管、烘焙、使用制度,谨防受潮;3)仔细清理坡口边缘的油污、水份和锈迹,减少氢的来源;4)根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等,选择合理的焊接工艺参数和线能量,如焊前预热、焊后缓冷,采取多层多道焊接,控制一定的层间温度等;5)紧急后热处理,以去氢、消除内应力和淬硬组织回火,改善接头韧性;6)采用合理的施焊程序,采用分段退焊法等,以减少焊接应力。
六、其他缺陷
焊接中还常见到一些焊瘤、弧坑及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷。产生焊瘤的主要原因是运条不均,造成熔池温度过高,液态金属凝固缓慢下坠,因而在焊缝表面形成金属瘤。立、仰焊时,采用过大的焊接电流和弧长,也有可能出现焊瘤。产生弧坑的原因是熄弧时间过短,或焊接突然中断,或焊接薄板时电流过大等。焊缝表面存在焊瘤影响美观,并易造成表面夹渣;弧坑常伴有裂纹和气孔,严重削弱焊接强度。防止产生焊瘤的主要措施严格控制熔池温度,立、仰焊时,焊接电流应比平焊小10-15%,使用碱性焊条时,应采用短弧焊接,保持均匀运条。防止产生弧坑的主要措施是在手工焊收弧时,焊条应作短时间停留或作几次环形运条。
有些缺陷的存在对船舶安全航行是非常危险的,因此一旦发现缺陷要及时进行修正。对于气孔的修正,特别是对于内部气孔,确认部位后,风铲或碳弧气刨清除全部气孔缺陷,并使其形成相应坡口,然后再进行焊补;对于夹渣、未焊透、未熔合的缺陷,也是要先用同样的清除缺陷,然后按规定进行焊补。对于裂纹,应先仔细检查裂纹的始、末端和裂纹的深度,然后再清除缺陷。用风铲消除裂纹缺陷时,应先在裂纹两端钻止裂孔,防止裂纹延长。钻孔时采用8~12mm钻头,深度应大于裂纹深度2~3mm。用碳弧气刨消除裂纹时,应先从裂纹两端进行刨削,直至裂纹消除,然后进行整段裂纹的刨除。无论采用何种方法消除裂纹缺陷,都应使其形成相应坡口,按规定进行焊补。
对焊缝缺陷进行修正时应注意:1)缺陷补焊时,宜采用小电流、不摆动、多层多道焊,禁止用过大的电流补焊;2)对刚性大的结构进行补焊时,除第一层和最后一层焊道外,均可在焊后热状态下进行锤击。每层焊道的起弧和收弧应尽量错开;3)对要求预热的材质,对工作环境气温低于0℃时,应采取相应的预热措施;4)对要求进行热处理的焊件,应在热处理前进行缺陷修正;5)对D级、E级钢和高强度结构钢焊缝缺陷,用手工电弧焊焊补时,应采用控制线能量施焊法。每一缺陷应一次焊补完成,不允许中途停顿。预热温度和层间温度,均应保持在60℃以上。6)焊缝缺陷的消除的焊补,不允许在带压和背水情况下进行;7)修正过的焊缝,应按原焊缝的探伤要求重新检查,若再次发现超过允许限值的缺陷,应重新修正,直至合格。焊补次数不得超过规定的返修次数。

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