книги из ГПНТБ / Юнитер А.Д. Повреждения и ремонт корпусов морских судов

Несмотря на возросший уровень автоматической сварки, со­ вершенствование технологии! сборочно-сварочных работ, трудоем­ кость правки остается еще значительной. Если трудоемкость правочных работ при постройке корпуса судна на стапеле составляет около 8% всех корпусных работ, то в судоремонте этот показа­ тель значительно выше.

Одним из главных, если не решающих, факторов успешного внедрения правки в судоремонт является вопрос повышения про­ изводительности и механизации правочных работ. В первую оче­ редь следует устранить применение тяжелого физического труда.

Специфика правки корпусных конструкций при ремонте судов связана с рядом нерешенных проблем. Некоторое настороженное отношение к правке нагревом (опасность перегрева, пережога и т. п.) со стороны контролирующих организаций, бытующее сре­ ди судоремонтников мнение о том, что заменить деформирован­ ную конструкцию легче, чем выправить ее, необходимость в ква­

звук, гаммаграфирование), то после окончания правки такой воз­ можности пока нет (исключая, естественно, чисто наружный осмотр, при котором можно обнаружить лишь явные дефекты в виде перегибов, изломов, местных вмятин, трещин и оплавления поверхности). Больше того, заведомо известно, что даже при со­ блюдении рекомендованных нормалью параметров правки сни­ жаются механические свойства металла (до 10%).

Опасность ухудшения механических свойств металла возникает при несоблюдении технологии правки. Например, в тех случаях, когда механическое воздействие на листовую сталь (удары кувал­ дой, давление домкратами, талрепами) осуществляется при темпе­ ратуре ниже 600°С, остаточный наклеп может привести к сниже­ нию таких важных свойств стали, как пластичность и вязкость.

Вместе с тем применение правки в определенных случаях яв­ ляется более прогрессивным и экономичным, чем замена конст­ рукции.

Прежде всего возникает вопрос о допустимости правки при ремонте корпуса, так как существуют вполне определенные участ­ ки корпуса, где применение правки запрещено или связано с до­ полнительными трудностями,-

Кроме того, ограничения в применении правки могут быть связаны со свойствами стали, из которой изготовлен корпус суд­ на или отдельные конструкции.

Правка с нагревом. Влияние марки стали на степень и характер деформации. До решения вопроса о целесообразности правки при ремонте корпуса необходимо прежде всего знать о допустимости такого ремонта. В большинстве случаев, где можно применить правку (вместо или попутно с заменой листов), нет причин, огра­ ничивающих такую возможность для обычных корпусных сталей.

100

Имеется в виду корпус, изготовленный из обычной малоуглеро­ дистой спокойной или полуспокойной стали (сталь Ст.4С. ВМ'Ст. Зсп, сталь С и др.).

Особо стоит вопрос о допустимости правки нагревом ответст­ венных конструкций из листов стали повышенной прочности. Известно, что многие марки таких сталей для обеспечения тре­ буемых механических свойств подвергают при поставке термиче­ ской обработке (например, в виде закалки и высокого отпуска).

Для листов корпусной стали, поставленной в термически об­ работанном состоянии, любой температурный режим правки с на­ гревом (либо горячей гибки) повышает критическую температуру хрупкости и значительно снижает ударную вязкость при темпе­ ратуре —40°С. Поэтому для листов наружной обшивки из низко­ легированных сталей, поставляемых в термически обработанном

со съемом с места и прокаткой на вальцах.

Горячекатаную листовую сталь марок 09Г2 и 10ХСНД толщи­ ной до 14 мм (включительно) в принципе можно править нагре­ вом до 900°С.

Листовую сталь марки 10ХСНД толщиной 16 мм и более (т. е. поставляемую в термически обработанном состоянии) допускает­ ся править нагревом до температуры 900°С только для конструк­ ций переборок, набора, платформ и нижних палуб [23].

Степень и характер деформации корпусной конструкции игра­ ют наиболее существенную роль при решении вопроса о методе ремонта. Применение горячей правки на месте возможно исклю­ чительно при деформациях плавной формы и при относительно небольших стрелках прогиба.

Правка недопустима, если:

на поверхности листов обшивки, палубного настила или пере­ борок имеются вмятины или бухтины со следами вдавленного в обшивку гребенчатого набора либо резкого глубокого слома ли­ ста вблизи палубы или рамной связи;

врайоне деформации имеются трещины либо разрывы листов;

врайоне деформации имеются концентраторы напряжений в виде прерывистых связей (либо вваренных в лист массивных де­ талей, арматуры и т. п.);

лист либо участок листа подвергался правке при предыдущем ремонте;

износ деформированного листа обшивки близок 'к предель­ ному.

Правка с помощью пропан-бутана. Известно, что наиболее эф­ фективно применение для правки нагревом кислородно-ацетиле­ нового пламени, дающего высокотемпературный нагрев в относи­ тельно короткое время. Тем самым может быть обеспечено одно из основных условий тепловой безударной правки — нагрев стро­ го ограниченных зон со строго ограниченной глубиной прони­ кания.

Кроме того, известно, что для повышения. интенсивности и мощности кислородно-ацетиленового пламени целесообразно уве­ личивать количество подаваемого в горелку кислорода. Темпе­ ратура пламени ацетилена в смеси с кислородом— 3150°С, что значительно превышает температуру пламени других горючих ве­ ществ. В частности, температура пламени пропан-бутана (85% пропана) в смеси с кислородом составляет 2100°С.

Именно исходя из указанных выше свойств ацетилена правка нагревом пламенем ацетилено-кислородной горелки принята в качестве наиболее предпочтительного среди допустимых отрасле­ вой нормалью методов правки. Что же касается правки нагревом пламенем горелок с другим горючим (например, пропан-бутаном), то применение этого метода допускается нормалью только для конструкций из тонких листов (толщиной 8 мм и менее).

Вместе с тем дефицитность, высокая стоимость и трудность транспортировки ацетилена поставили вопрос о целесообразности применения пропан-бутана при правке корпусных конструкций из листов толщиной более 8 мм.

Применение пропан-бутана для газовой резки как в условиях цеха, так и ремонтного дока также имеет немаловажное значе­ ние для внедрения этого дешевого газа в практику ремонта мето­ дом правки.

На основании проведенных при участии автора исследований и учитывая опыт применения правки нагревом при ремонте судов, можно считать допустимым местный нагрев пламенем горелок, работающих на смеси пропан-бутан — кислород, листовых конст­ рукций из углеродистых судостроительных сталей. При соблюде­ нии рекомендованных параметров нагрева (температура не более 900°С) тепловая правка малоуглеродистых корпусных сталей пропа н-бутан-кислородными горелками не вызывает снижения меха­ нических свойств металла, изменений химического состава и структуры.

С целью внедрения в производство наиболее передовых мето­ дов правки нагревом целесообразно использование многопламен­ ных горелок, в том числе и работающих на смеси пропан-бутан — кислород. Возможность создания больших участков нагрева бла­ годаря использованию многопламенных горелок в сочетании с применением мощных гидравлических домкратов, пневмогидравлических. стяжек и других приспособлений позволят повысить производительность правки при ремонте корпусов судов.

Применение тепловой безударной правки в судоремонте прак­ тически ограничено правкой вновь изготавливаемых тонколисто­ вых конструкций. Тепловая безударная правка штрихами может производиться при правке бухтин плавного характера (в том чис­ ле выпукло-вогнутых) и гофрировки (ребристости) на конструк­ циях толщиной 4—10 мм при стрелках прогиба листов не более 25 мм и отсутствии деформации набора.

Эффективно применение многопламенных (в частности пяти­ пламенных) горелок, позволяющих наиболее полно использозать

102

преимущества штрихового способа правки. Вместе с тем в случае гофрировки обшивки со следами ярковыраженных сгибов листа по обе стороны шпангоута применение многопламенных горелок недопустимо, так как широкая полоса нагрева обшивки над на­ бором может привести к увеличению сгиба листа. В таких слу­ чаях рекомендуется применять обычную горелку, нагревая полосу над шпангоутом, если, конечно, величина указанных сгибов листа над набором незначительна и является следствием сварочных де­

Основным видом правки нагревом при ремонте корпуса являет­ ся комбинированный-метод, т. е. тепловой метод с механическим воздействием.

Повторные нагревы участков обшивки при правке. Отсутст­ вие возможности обеспечить требуемый нагрев листов больших толщин в короткий промежуток времени приводит к необходимо­ сти повторных нагревов при правке.

Применительно к наружной обшивке корпусов морских судов толщина листов, подвергаемых правке нагревом, колеблется в пределах 14—18 мм (имеется в виду район переменной ватер­ линии). Опыт работ по правке наружной обшивки корпусов на судоремонтных заводах Одессы и Ильичевска, а также отсутствие каких-либо признаков повреждений на подвергнутых правке кор­ пусных конструкциях, в том числе с применением многократного нагрева, позволяют ставить вопрос о техническом обосновании такого нагрева для обычных малоуглеродистых сталей.

Отраслевая нормаль запрещает повторный нагрев одних и тех же мест при правке, допуская, однако, однократный нагрев при ремонте корпусов независимо от правки при постройке и преды­ дущих ремонтах.

Для определения влияния повторного нагрева на изменение химического состава, механических свойств и микроструктуры корпусных малоуглеродистых сталей были проведены исследова­ ния подвергнутых двукратному нагреву пластин размером 650X650X12 мм из стали марки ВМСт. Зсп.

Удовлетворительные результаты исследований позволяют счи­ тать допустимым двукратный (в виде исключения трехкратный) нагрев малоуглеродистых корпусных сталей до температуры 750—850°С. При этом перегрев либо науглероживание металла практически отсутствуют, равно как изменение структуры и меха­ нических свойств.

С целью учета при последующих ремонтах корпуса участкоз обшивки, уже подвергавшихся правке нагревом, следует места правки показывать на растяжке наружной обшивки. Такие участ­ ки листов в случае получения повторных недопустимых деформа­ ций должны быть заменены.

Аналогичное требование имеется в инструкции Германского Ллойда для сюрвейеров (1967 г.).

Глава VII. УСТАЛОСТНЫЕ ТРЕЩИНЫ В БОРТОВОЙ ОБШИВКЕ

ИНАБОРЕ СУДОВ

§ 21. ТРЕЩИНЫ В БОРТОВОЙ ОБШИВКЕ

Снова обратимся к статистике последних лет. Можно с доста­ точной уверенностью утверждать, что за последние 10—15 лет на отечественных судах послевоенной постройки не было зарегист­ рировано ни одного случая катастрофического разрушения кор­ пуса по причине недостаточной продольной прочности.

И еще один вывод из анализа той же статистики: практически ни одно из зарегистрированных повреждений 1 корпуса не было таким, которое могло бы привести к общему разрушению кор­ пуса 21.

Отмечается также снижение числа случаев повреждений, ко­ торые косвенно связаны с напряжениями от общего изгиба. Такие повреждения, не представляя опасности для судна, все же явля­ ются нежелательными, так как требуют расходов на ремонт с вы­ водом судна из эксплуатации.

И все же, как свидетельствует аварийная статистика Регистра

СССР, бортовая обшивка является наиболее повреждаемой ча­ стью корпуса, где отмечается 75% всех видов деформаций на­ ружной обшивки.

Но прежде чем перейти к рассмотрению повреждений обшивки в виде остаточных деформаций, остановимся еще на некоторых случаях возникновения трещин.

Трещины от воздействия больших перерезывающих сил. В Пра­ вилах постройки всех классификационных обществ большое вни­ мание уделено вопросам обеспечения общей прочности. Основой для определения размеров связей корпуса до недавнего времени были требования к моменту сопротивления. После первого опыта

зей) из соображений прочности, забыли о жесткости корпуса в целом и отдельных связей в частности.

Позднее для большинства конструкций было добавлено требо­ вание к величине момента инерции связей именно для того, чтобы обеспечить достаточную жесткость.

Таким образом, требования Правил учитывают как напряже­ ния при изгибе, так и деформации корпусной конструкции (жест­ кость связей). Что же касается перерезывающих сил и касатель­ ных напряжений, действующих в основных связях корпуса, то Правила дают лишь указания о минимально необходимой высоте

1 В данном случае под повреждением корпуса подразумеваются повреж­ дения, не имеющие своей причиной столкновение, навалы, пожар или взрыв. Понятие «повреждения»—см. § 6.

2 Случаи катастрофических переломов танкеров и рудовозов имели место в последние годы— см. стр. 81.

104

стенки рамной связи в месте выреза для прохода балки другого

Ранее, когда размеры судов были гораздо меньше, такой проб­

Всвязи с тем что стенка шпангоута резко обрывается, у конца балки сосредоточены значительные усилия, причем в одной точке.

Врезультате многократных нагружений в точке возникает надрез и развиваются усталостные трещины.

Естественно, подобного повреждения могло бы не быть, если бы в плоскости стенки шпангоута была установлена кница либо его стенка была приварена к настилу второго дна.

Кстати, бескничная конструкция в последние годы становится все более популярной, так как при отсутствии кницы увеличивает­

ся грузовое пространство в трюме, особенно при перевозке гене­ ральных грузов.

При освидетельствовании танкеров в доке отмечаются случаи обнаружения усталостных трещин в бортовой обшивке. Часто трещины имеют ветвистую форму, что лишний раз подчеркивает их усталостное происхождение. В большинстве случаев, особенно когда трещина расположена в местах пересечения бортовых про­ дольных ребер с рамными шпангоутами, причина повреждения

105

состоит в больших касательных напряжениях. На танкерах на­ блюдается появление такого дефекта в районе обшивки, располо­ женном под распорками бортовых танков (рис. 41). Обычно такие усталостные трещины появляются после 5—10 лет эксплуата­

ции.

Процесс образования (последовательность развития) устало­ стных трещин на танкерах приведен в работе А. Хааланда [40]. Первоначально трещина возникает в угловом шве приварки ребра жесткости рамного шпангоута к полке бортовой продольной балки. Затем, после разруше­ ния шва, трещины появляются в наружной обшивке, начина­ ясь у кромки выреза для про­ хода бортовой балки, и, нако­

себя, помимо замены участков с трещинами, мероприятия по снижению уровня касательных

потеряет смысл проведенный ремонт. Если же ограничиться одной лишь заменой дефектных мест, то спустя определенное время мож­ но вновь ожидать появления усталостных трещин. Именно для того, чтобы назначить правильный метод ремонта, всегда важно: знать причину повреждения.

Трещины в местах образования «жестких точек». Опыт экс­ плуатации морских судов показывает, что большинство поврежде­ ний в виде усталостных трещин возникают в местах неправиль­ ного конструктивного оформления различных узлов корпусных конструкций. Наиболее часты повреждения в местах наружной об­ шивки, где возникают высокие местные напряжения в точке (так называемой «жесткой точке»). Рассмотрим примеры таких по­ вреждений.

106

На небольших судах (рыболовных траулерах), где толщина

считая от ширстрека, поясьях бортовой обшивки.

Усталостные трещины, часто имеющие ветвистую форму, на­ блюдались на рыболовных траулерах финской постройки (в райо­ не окончания бортового стрингера в машинном отделении и в но­ совых диптанках), на траулерах шведской постройки (в районе окончания бортовых стрингеров в диптанках). Типичные узлы такого соединения показаны на рис. 42. Установка кничного креп­

вой обшивке большого морозильного рыболовного траулера типа «Пушкин». Для исключения «жесткой точки» необходимо крепить конец горизонтального ребра кницей, доведенной до ближайшего шпангоута, либо, срезав конец ребра «на ус», не доводить его до обшивки (рис. 43, б). Последний вариант допустим только вне района повышенной вибрации корпуса.

Другой распространенный конструктивный недостаток, связан­ ный с образованием «жесткой точки» и, как следствие, усталост­ ных трещин в обшивке, заключается в неправильной установке фундаментов под вспомогательные механизмы (речь идет о фун­ даментах, привариваемых к обшивке). Например, на рыболовных траулерах шведской постройки отмечалось большое число тре­ щин в районе установки пародинамо.

На рыболовных траулерах постройки ГДР появились трещины

вобшивке, а также под концами книц в наборе (рис. 44).

Внастоящее время Правила Регистра СССР предусматривают обязательное представление для согласования в стадии рабочего

107

проектирования чертежей фундаментов, в том числе фундаментов вспомогательных механизмов. Для исключения возникновения трещин необходимо, чтобы бракеты и кницы фундамента, прива­ риваемого к бортовой обшивке, опирались на балки набора. При этом рекомендуется избегать соединений внахлестку, обеспечивать

А - А

плавные переходы в местах изменения формы конструкций фун­ дамента, а также в местах крепления к корпусу.

Нельзя применять прерывистые швы, допускается применение лишь сплошных двусторонних швов.

На крупнотоннажных судах, толщина бортовой обшивки ко­ торых составляет 18—22 мм и больше, аналогичные повреждения довольно редки. Вероятнее всего, решающее значение в данном случае имеет толщина обшивки, так как конструктивные дефек­ ты типа «жесткой точки» встречаются и на этих судах. Но прояв­ ляют себя эти дефекты большей частью по отношению к листам поперечных переборок, толщина которых соизмерима с толщиной обшивки небольших промысловых судов.

Пример возникновения усталостных трещин на листе бортовой обшивки крупнотоннажного танкера «Гданьск» (типа «София») дедвейтом 50 000 т, построенного в 1965 г., приведен на рис. 45.

Трещины, обнаруженные во время докования танкера в 1971 г., начинались от коррозионной язвины у конца кницы шель­ фа поперечной переборки, разделяющей грузовые танки № 1 и 2. Возникнув первоначально в стенке продольной бортовой бал­ ки, трещина перешла на лист обшивки (см. рис. 45).

§ 22 ТРЕЩИНЫ В ЭЛЕМЕНТАХ БОРТОВОГО НАБОРА

Трещины в местах приварки бортовых стрингеров к поперечным водонепроницаемым переборкам являются довольно распростра­ ненным дефектом на сухогрузных судах, особенно в том случае, когда при постройке не было выполнено требование Правил

108

Регистра СССР по обязательному шинному креплению бортовых стрингеров на опоре, т. е. на переборке.

Рассмотрим, какие повреждения бортовых стрингеров в райо­ не их крепления к поперечной переборке трюма № 1 были обна­

обнаруженные трещины привели к ремонту данного узла, и трудно

до одной шпации.

В дальнейшем трещин или отрывов стрингеров от переборки обнаружено не было.

Трещины в местах пересечения поясков шпангоутов и поясков бортовых стрингеров. На сухогрузных судах широко распростра­ нена такая, конструкция бортового стрингера, при которой его поясок разрезается на каждом шпангоуте и приваривается к по­ яску последнего. В основном такой узел применяется при шпан­

На одном из сухогрузных судов-лесовозов (типа «Восток-2») после года эксплуатации были обнаружены трещины по сварным швам поясков ледового бортового стрингера, а также по целому металлу пояска и стенки бортового стрингера в середине шпации (рис. 47).

В районе повреждений не было обнаружено следов остаточных деформаций обшивки.

100