船舶鑄鋼尾軸架外形設計與技術要求

2019-10-09 02:08:22馮興璽

馮興璽

（煙臺派格船舶設計有限公司，山東煙臺 264000）

船舶是一個復雜的水上工程，其中尾軸架是船舶的重要組成部分。在船舶航行時，軸支架會同時受到螺旋槳作用的水平推力、垂向升力、螺旋槳轉動時的不平衡力矩，以及由螺旋槳旋轉而產生的局部振動力。軸支架設計還應考慮螺旋槳在最大轉速時有1～2個葉片突然折斷時，仍能保持支撐作用，有足夠的強度抵抗離心力。

軸支架對船體的阻力影響也比較大，設計不良時會影響航行性能，且容易產生振動。設計較佳的軸支架其阻力應不超過裸船體阻力的4%～8%，且可以降低功率損耗。所以軸架支臂應設計成流線型的剖面。

1 概述

尾軸架有受沖擊力大、受力方向不確定、對船舶阻力有影響、所處環境溫度較低等特點。鑄鋼件的靈活性對產品的形狀和尺寸給了最大的設計自由，可以做流線型；相比鍛鋼件，鑄鋼件的力學性能的各向異性并不顯著，滿足軸支架的受力復雜的要求。所以船舶尾軸架一般采用船體結構用鑄鋼件。

本文結合一艘客滾船的尾軸架，提供一種流線型軸支架的外形設計方案，闡述船用鑄鋼件的技術要求。

圖1 船尾主視圖

圖2 尾軸架3D模型

圖3 尾軸架圖

圖4 軸支架剖面形狀

表1 軸支架型值表(參照NACA022)[1]

鑄鋼件應采用鎮靜鋼制成，鑄鋼件的熔煉分析化學成分應符合表2規定。

表2 船體結構用鑄鋼件的化學成分[2] ωB/%

本船鑄鋼件重量約為1.6t，屬于小型鑄鋼件，可以采用正火+回火工藝。一般情況下，正火溫度可控制在900～970℃，空冷。回火溫度推薦在600～620℃，空冷。重新熱處理的次數不超過2次（回火次數不做限制）。

鑄鋼件的試件應與鑄鋼件的同爐鋼水鑄成，并同鑄鋼件附帶一起澆鑄，同爐熱處理。制備1個試件和1個拉伸試樣；并從試件上制取一組三個夏比V型缺口沖擊試樣進行沖擊試驗。

鑄鋼件試件的力學性能如表3所示。

對于焊接結構用鑄件，為了保證鑄鋼件的韌性，防止焊接裂紋，應增加沖擊試驗作為檢驗項目。由于V型缺口更能反映結構破損的實際情況，沖擊試驗應采用標準夏比V型缺口試樣。試樣取自試件距表面t/4處，試驗溫度為0℃，沖擊能力應不低于27J。

表3 船體結構用鑄鋼件的力學性能

鑄鋼件應按照1:1線型制作，澆鑄孔和定位孔在澆鑄后加工，表面和內部應無裂縫、縮孔、冷隔、結疤等明顯缺陷，以及會影響鑄鋼件使用的其他缺陷，如氣孔等。

鑄鋼件表面應打磨光順、無毛刺等尖角，外表面涂底漆，但不可進行敲打或錘打等方式掩蓋其表面的缺陷。鑄鋼件應做以下標記：爐號、船檢印記、船號，以上所有印記均為金屬印記。

表面粗糙度應符合GB6060.1-85，本船尾軸架鑄造面表面粗糙度Ra≤12.5μm，軸轂表面粗糙度 Ra≤6.3μm。

重量公差應符合GB/T11351-89，本船重量公差選取 MT 10級，公差數值為6%，上偏差為3%，下偏差為3%。

鑄鋼件應進行磁粉探傷檢驗和超聲波探傷檢測。

6.2.1 磁粉探傷檢測

軸支架支臂、軸轂、支臂與軸轂結合處應做磁粉探傷檢測，磁粉探傷驗收標準見表4。

6.2.2 超聲波探傷檢測

鑄鋼件超聲波探傷應在熱處理后進行，若探傷發現缺陷須挖掉補焊，補焊區應在去應力處理后，再做探傷檢查。

（1）缺陷部位可用氣割、氣創、鏟鑿、打磨等方法予以清除，缺陷清除后無需焊補的部位，底部應打磨成圓弧，圓周部位應打磨成平滑過渡，不能有顯著變化的部位。

（2）缺陷清除后凹坑深度使壁厚減薄到小于壁厚公差的下限時，應予以焊補，焊補部位應打磨整形適合焊補的形狀。

（3）焊接用的焊條，應使用低氫焊條，焊條使用前應在300～350℃的烘箱內烘烤1小時以上，焊接金屬的力學性能應不低于鑄件的力學性能。

表4 磁粉探傷驗收標準

（4）焊補坡口區及周圍約20mm范圍內，應徹底清除油脂、水分、銹斑及其他雜物。坡口根部的裂紋性缺陷應徹底清除。

（5）焊后熱處理應在爐內進行，加熱溫度550～650℃，保溫時間不小于30分鐘，然后緩慢冷卻。

（6）焊補后應打磨處理，其表面粗糙度Ra≤12.5，并且采用超聲波探傷檢測，以確認其完好性。