某海損大型散貨船舵系的修復(fù)工藝

摘要：本文介紹了某大型散貨船半懸掛舵海損后舵系的修復(fù)過程，針對舵葉、掛舵臂、上舵承、舵柄、舵機油缸柱塞桿變形后的修復(fù)、舵桿及舵銷因彎曲變形嚴(yán)重需換新的技術(shù)難點，提出了合理的工藝措施，可為同類海損船舶的修復(fù)工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：舵系;變形;矯正;修復(fù)

中圖分類號：U671.95

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 前言

某大型散貨船于2018年8月進(jìn)廠緊急修理。該輪曾在某碼頭離港航行時，舵葉擱淺。經(jīng)過水下檢測發(fā)現(xiàn)，掛舵臂鑄鋼件與尾船殼板相連焊縫處，左邊有長約2.0m、右側(cè)有長約0.8 m的裂紋;舵葉已變形，從底部往上2.8 m的部分已經(jīng)往右舷折彎約15°，舵角顯示舵葉偏離8°，如圖1所示。為此，需要對整個舵系進(jìn)行拆解、檢查和修復(fù)。

該輪擱淺后，舵葉遭受極大外力的擠壓，舵葉、掛舵臂、舵銷、舵桿、上舵承、舵柄、舵機油缸柱塞桿等均有不同程度的變形，需要矯正或換新。該類修復(fù)工程，技術(shù)含量高、工藝程序多、過程控制至關(guān)重要。雖然舵葉及掛舵臂的鑄鋼件、舵桿及舵銷的鍛鋼件、舵機油缸柱塞桿屬中碳鋼，可焊性較好，但存在結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、厚度大、剛性大、拘束度大等特點，因此采用火焰矯正或焊接修復(fù)時，必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的工藝程序要求，否則容易產(chǎn)生變形、應(yīng)力集中、焊接裂紋等缺陷。

2 修復(fù)方案

對整個舵系進(jìn)行拆解、檢查和測量：對重要部件的應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行打磨出白，然后做無損探傷檢查;測量舵系的軸線，包括舵葉上的舵桿錐孔與舵銷錐孔的同軸度、掛舵臂軸承座孔與上舵承的同軸度，舵系軸線與推進(jìn)軸系軸線相交點的偏差等。海損后的舵葉如圖1。

2.1舵葉變形的修復(fù)

2.1.1舵葉上胎架檢查

（1）舵葉拆卸后，根據(jù)舵葉結(jié)構(gòu)圖確認(rèn)舵葉各區(qū)域鋼板以及鑄鋼件的材質(zhì)及厚度，測量舵葉上的舵桿錐孔和舵銷錐孔的尺寸;

（2）根據(jù)舵葉實物尺寸及線型圖進(jìn)行CAD放樣，依據(jù)放樣的各個剖面線型與剖切位置制作胎架板;

（3）在鋼板平臺上以舵葉的舵軸軸線及舵葉的中心面為基準(zhǔn)安裝胎架板，縱、橫向分別焊接連接加強板使胎架牢固可靠，胎架內(nèi)輪廓主尺度與舵葉主尺度相同，并用全站儀配合測量檢查胎架板的兩側(cè)上端面的水平面，保證胎架高度為1 350 mm（該平面也即舵葉的中心面）;將損壞的舵葉平放在胎架上，左舷朝下，右舷（折彎翹起側(cè)）朝上，使舵桿錐孔的中心線對正胎架的上端面連線，舵葉的下側(cè)面貼合胎架的放樣弧面;

（4）對舵葉變形部分以及換新部分進(jìn)行劃線并做記號;

（5）將舵葉下部嚴(yán)重變形部分進(jìn)行整體切除，切割線安排在原板縫處，盡量擴(kuò)大焊縫間間距，減少焊接應(yīng)力，如圖2所示。

2.1.2 剩余舵葉的修復(fù)

（1）對剩余舵葉的應(yīng)力集中區(qū)域以及焊縫進(jìn)行打磨出白，做無損探傷檢查;

（2）檢驗舵葉輪廓與胎架輪廓之間的間隙，利用重塊壓載、千斤頂推拉以及火焰加熱等方法對舵葉剩余部分進(jìn)行校調(diào)，使舵葉輪廓盡可能接近胎架輪廓;對變形較大且無法矯正的舵葉殼板及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)性切割后再矯正;

（3）舵葉下部鑄鋼件扭曲量大約30 mm，連接部分為箱型強結(jié)構(gòu)，剛性大，直接采用上述矯正法難以達(dá)到矯正效果。為此，先將一舷與鑄鋼件焊接的舵葉殼板焊縫割開，調(diào)整舵銷錐孔位置，若矯正不到位，再割開另一舷殼板繼續(xù)校調(diào)，直至舵銷錐孔中心線對正舵桿錐孔中心線;然后將舵葉殼板與胎架點焊固定，防止反彈變形;再將兩部分對接縫重新起坡口，進(jìn)行裝配和焊接，如圖3所示;

（4）鑄鋼件碳刨或焊接時，嚴(yán)格遵照焊接工藝程序，做好碳刨及焊接前的預(yù)熱溫度、層間溫度、保溫緩冷、焊后熱處理等控制措施;

（5）先焊內(nèi)部結(jié)構(gòu)，后焊舵葉殼板，再與鑄鋼件焊接;

（6）舵葉矯正及焊接過程以舵軸軸線及舵葉的中心面為基準(zhǔn)，通過拉細(xì)鋼絲線檢查舵桿錐孔與舵銷錐孔的同軸度，根據(jù)變形量及變形方向調(diào)整焊接順序和焊接方法，以減少舵葉變形;

（7）矯正焊接后，要求舵桿錐孔與舵銷錐孔的同軸度誤差φ≤4 mm，如圖4所示。

2.1.3 割換部分的制作

（1）換新構(gòu)件根據(jù)線型變化制作下料樣板，四周預(yù)留好合適的裝配和焊接余量，并對曲度板進(jìn)行冷彎或熱彎成型，必要時使用火焰矯正工藝;

（2）參照原舵葉結(jié)構(gòu)，左舷直接燒對接焊，右舷墊扁鐵后焊單面焊，并按規(guī)范裝配內(nèi)部結(jié)構(gòu)及殼板，預(yù)留好塞焊孔的工藝孔板;殼板內(nèi)部焊接完成后，再墊扁鐵裝配焊接工藝孔板;

（3）先安裝左舷殼板，使殼板與胎架模板吻合，并與舊殼板平緩過渡;安裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，再安裝右舷殼板，使新殼板與舊殼板平緩過渡;

（4）裝配時，對接焊縫坡口型式參考原舵葉圖紙要求，焊接遵照焊接工藝程序要求;

（5）嚴(yán)格控制好裝配間隙，做好反變形措施，以免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及焊后扭曲變形;

（6）焊后，新、舊構(gòu)件須平順過渡，不得有錯位、鼓起、折彎等現(xiàn)象。

2.1.4 舵葉修復(fù)

（1）焊后所有焊縫成型要美觀、飽滿、圓滑，不允許有夾渣、咬邊、弧坑、焊瘤、裂紋、未焊透、未熔合等缺陷存在，發(fā)現(xiàn)上述缺陷應(yīng)及時修補;

（2）舵葉所有熱工作業(yè)完成24小時后，重新復(fù)核舵葉的中心面尺寸、舵葉高度及寬度的主尺寸;測量舵桿錐孔與舵銷錐孔的同軸度，要求誤差（b≤4一，如有必要對舵葉進(jìn)行微調(diào)矯正，以減少舵桿錐孔、舵銷錐孔的切削加工量，保證鑄鋼件的強度;

（3）所有應(yīng)力集中區(qū)域的新焊縫均做IOO%UT和100%MT，完工后舵葉做0.2 bar的氣密密性試驗;

（4）以舵軸軸線為基準(zhǔn)，焊接就地鏜孔的輔助工裝，安裝鏜桿及設(shè)備，激光效驗中心線，以最小的切削量鏜正舵桿錐孔和舵銷錐孔，鏜正后復(fù)測報驗。

2.2 掛舵臂變形的修復(fù)

2.2.1 舵系軸線的確定

該船掛舵臂變形偏移，舵系軸線已失中。本次修理尾軸沒有拆檢工程，不能從尾軸管直接拉線配合測量，為此需要另外設(shè)計方案，找出原船推進(jìn)軸系的軸線。

（1）拆卸螺旋槳導(dǎo)流帽，根據(jù)尾軸軸線延長法，用鋼管和法蘭焊接制作校線專用工裝，并上車床車制出定中止口及校線基準(zhǔn)圓;

（2）將校線工裝安裝至尾軸軸頭上，從校線專用工裝件到尾部塢底支架間鋪設(shè)細(xì)鋼絲線;

（3）先盤車檢查，校驗校線工裝與尾軸的同軸度;

（4）拉緊細(xì)鋼絲線至規(guī)定拉緊力，調(diào)整尾部塢底支架上細(xì)鋼絲繩的位置，使得鋼絲線與校線基準(zhǔn)圓四周的距離均等，此時鋼絲線也即是尾軸（推進(jìn)軸系）軸線的延長線;

（5）以上舵承軸承座孔中心點為舵系軸線上端基準(zhǔn)點，根據(jù)原船圖紙，從尾軸軸線向后延伸至距離尾軸管端面5050 mm處為下端基準(zhǔn)點，連接這兩個基準(zhǔn)點得到舵系軸線，如圖5所示;

（6）焊接輔助工裝，將舵系軸線轉(zhuǎn)移至船殼固定件上，并以此作為矯正掛舵臂的基準(zhǔn)。

2.2.2掛舵臂的矯正

實測該輪掛舵臂最大偏移量約為37 mm，但掛舵臂箱體殼板厚，剛度大，現(xiàn)場采用機械、液壓方法配合矯正，受力支點選取困難。為此，采用先修復(fù)掛舵臂與船體殼板連接根部的兩側(cè)長裂紋，后采用火焰矯正的方法，盡可能將掛舵臂中心線矯正至可接受范圍之內(nèi)。

（1）連接根部焊縫裂紋的修復(fù)

掛舵臂材質(zhì)為：掛舵臂箱體殼板100E和鑄鋼件KSC-42W;裂紋處船體殼板材質(zhì)為85E。由于掛舵臂鑄鋼件碳當(dāng)量高、冷裂敏感性大、厚度大、拘束度大，為此對裂紋修補的工藝有嚴(yán)格要求：

①先在左右兩側(cè)的裂紋的末端分別鉆直徑18 - 20 mm、深度30 - 40 mm的止裂孔;

②用碳刨的方法消除裂紋。碳刨前，為保證掛舵臂箱體殼板受熱均勻，需將裂紋及周圍預(yù)熱至150℃- 200℃，并保溫2h后再開始碳刨;采用用U型坡口槽，可以使焊接收縮率最小化。U型槽外口寬度50 - 80 mm，深度至完全消除裂紋為止，槽底部圓弧半徑gt; 15 mm，并去除末端止裂孔，使坡口端部與焊道緩坡過渡;在不影響焊接的前提下，控制U型坡口槽的寬度，槽內(nèi)不得有尖角，目的是減少母材熔人量，以減少坡口根部應(yīng)力集中;

③碳刨后，把U型坡口槽內(nèi)表面打磨圓滑、平整，清除碳跡和槽外附近表面雜物，目測合格后進(jìn)行著色探傷檢查，確定裂紋完全清除為止;

④在裂紋焊補周圍鋪設(shè)電加熱毯和保溫棉進(jìn)行預(yù)熱，溫度控制在150℃- 200℃，預(yù)熱范圍在焊縫上下150 mm范圍內(nèi)，以確保加熱并熱透;

⑤預(yù)熱后先焊2道打底焊，采用小焊條（如直徑3.2mm）、小電流（如90 - 130A）、慢焊速的低氫堿性焊條焊接，以減小熔池，減少母材熔人量，防止熱裂紋;焊完2道打底焊后，用保溫棉覆蓋緩慢降溫至室溫，再進(jìn)行清渣、打磨、著色探傷檢查，確保2道打底焊完成后，再無裂紋產(chǎn)生為止;然后再重新加熱至預(yù)熱溫度，方可繼續(xù)用直徑4 mm的低氫堿性焊條進(jìn)行填充及蓋面，焊接電流為140 - 180 A，層間溫度控制在150℃- 200℃：

⑥焊條在使用前應(yīng)烘干處理，烘干溫度350℃- 400℃，保溫1- 2h，使用時應(yīng)配備保溫桶，做到隨取隨用;

⑦采用多層多道焊，要求每焊一道都徹底打磨干凈焊渣和瑕疵，經(jīng)報驗合格才能焊接下一道;每道焊后可以用圓頭錘敲擊以減輕收縮應(yīng)力，但不要敲擊第一道和最后一道焊;為了減少焊接殘余內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)盡量采用逐段退焊法施焊，每段長300 mm，每層間焊縫方向相反，其接頭起點和終點相互錯開30 - 50 mm;

⑧為防止熱裂紋產(chǎn)生，焊接過程中應(yīng)保證填滿弧坑和確保接頭處有良好焊縫成型，蓋面層焊完后，還再加焊一層作為表面退火層;

⑨原則上施焊過程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，雙人從中間往兩邊對稱施焊，如中途停頓要及時覆蓋好緩冷保溫毯;再次焊接前，必須保證加熱至預(yù)熱溫度后才能繼續(xù)焊接;

⑩焊后即時做熱處理，用電加熱毯和多層保溫棉對修補后的焊縫進(jìn)行覆蓋，利用溫控儀控制慢慢加熱到550℃- 600℃，然后保溫4h，加熱升溫速度為50℃/h，保溫時間按25 min/cm的要求;再緩慢冷卻至室溫，以消除焊縫的焊接應(yīng)力，減少脆裂傾向;

（11）焊縫完全冷卻后，打磨清除表層的退火層，并使上下焊趾處圓滑過渡，不應(yīng)有咬邊出現(xiàn);

（12焊縫外觀目視檢查合格，24小時后做100%UT和100% MT探傷，做到無裂紋、無缺陷。

（2）掛舵臂變形矯正方法

按照掛舵臂箱體殼板的變形量、變形位置以及變形方向進(jìn)行計算，根據(jù)計算結(jié)果制定矯正方案。

采用氧氣一乙炔中性火焰加熱矯正方法，既能保證矯正的效果，又能保證矯正后的質(zhì)量。

①在掛舵臂變形位置（起拱部位）以及變形的相反方向，采用線狀加熱矯正，用軟鋼尺和記號筆畫出用氧氣一乙炔中性火焰的加熱線，如圖5所示;

②根據(jù)加熱溫度與變形量成正比的關(guān)系，加熱溫度控制在550℃- 600℃，加熱寬度約80 mm，紅熱深度約占?xì)ぐ灏搴竦?0%;

③矯正加熱分多批次進(jìn)行，雙人作業(yè)，從兩端沿著加熱線往中間進(jìn)行快速集中地加熱;加熱過程應(yīng)該均勻，不得有過熱或過燒現(xiàn)象，加溫位置最多允許加熱3次;

④每次矯正后，均用多層保溫棉對加熱線及周圍進(jìn)行覆蓋，緩冷至室溫為止。冷卻過程嚴(yán)禁澆水冷卻，防止發(fā)生脆變;

⑤每次矯正后，均記錄好掛舵臂的實際矯正量以及矯正方向，掌握其矯正的變化規(guī)律;

⑥矯正后，掛舵臂下軸承座孔與上軸承座孔的同軸度誤差控制在φ≤4 mm內(nèi)，以盡量減少上下軸承座孔的切削量，保證鑄鋼件的強度;

⑦火焰矯正完工24小時后，對矯正加熱線及周圍進(jìn)行打磨出白，100%UT和100%MT探傷檢查，做到無裂紋、無缺陷。

2.2.3 掛舵臂軸承座孔鏜正

根據(jù)舵系軸線安裝就地鏜孔機，以最小切削量鏜正掛舵臂上的上、下軸承座孔，并刮平軸承座孔的端面.要求鏜正后的軸承座孔表面粗糙度為Ra3.2μm，圓度≤0.05 mm，同軸度φ≤0.10 mm，鏜正后復(fù)測報驗。

2.3 舵柄變形的修復(fù)

測量檢查舵柄撥叉的開檔，發(fā)現(xiàn)最大有0.5 mm的張口變形。

（1）由于舵柄撥叉上下端與滑塊接觸的兩個側(cè)面面積大，加工和安裝精度高，根據(jù)廠里的現(xiàn)有加工設(shè)備，專門定制了2把加強型的刀刃長度60 mm的新銑刀進(jìn)行加工，如圖6所示。

（2）舵柄上鏜床，以錐孔中心線以及鍵槽中心線為基準(zhǔn)校正，用新銑刀以最小切削量鏜正舵柄撥叉上下端與滑塊接觸的兩個側(cè)面;

（3）鏜正后，撥叉上下端與滑塊接觸的兩個側(cè)面的表面粗糙度為Ra3.2μm，與基準(zhǔn)中心線S和L的平行度≤0.05 mm，兩側(cè)等分;

（4）根據(jù)鏜正后的撥叉?zhèn)让鎸挾龋屡浜詽櫥哪湍ャ~滑塊，裝配間隙為0.20 - 0.25 mm。

2.4 上舵承的修復(fù)

（1）上舵承解體清潔、無損探傷檢查;

（2）推力盤上車床檢查，以最小切削量光正推力面，光正后支承端面粗糙度為Ral.6μm;

（3）舵承本體上車床檢查，以最小切削量光正軸承座孔和平面滑動推力軸承底座平面，光正后的表面粗糙度為Ra3.2μm;

（4）根據(jù)光正后的軸承座孔直徑，制作新軸承銅套。新軸承銅套與軸承座孔取r6/H7過盈配合，新軸承銅套與舵桿上的護(hù)套軸頸的裝配間隙為0.60±0.03mm;平面滑動推力軸承換新;

（5）上舵承與基座的連接螺栓均有變形、折邊，按照原材質(zhì)S45C全部換新;

（6）上舵承調(diào)正位置后臨時固定，現(xiàn)場用鉸孔機按對稱間隔鉸制螺栓孔;新制的緊配螺栓與鉸制孔過盈配合，過盈量0 - +0.01 mm。

2.5 舵桿及舵銷變形的處理

（1）舵桿及舵銷分別上車床檢查，發(fā)現(xiàn)舵桿中部最大彎曲量達(dá)48 mm、扭曲18°，舵銷中部最大彎曲量達(dá)5.8 mm。由于舵桿及舵銷尺寸大、變形嚴(yán)重、矯直及堆焊工作量大、修復(fù)時間長及成本高昂，經(jīng)綜合考慮后決定換新;

（2）新舵桿、新舵銷以及護(hù)套的訂購周期長，必須提前訂購，并做粗加工，預(yù)留舵桿錐體和舵銷錐體的增大裕量;

（3）按鏜正后的舵桿錐孔和舵銷錐孔尺寸，設(shè)計新舵桿、新舵銷的精加工圖;新舵桿及新舵銷的錐體均需要預(yù)留0.20 - 0.25 mm的增大量，與錐孔拂配和確保舵葉的總體裝配尺寸;

（4）新舵桿、新舵銷按照原材質(zhì)SKF45和新圖紙進(jìn)行鍛造，并提供船級社產(chǎn)品檢驗證書;

（5）與新舵桿、新舵銷相配的護(hù)套，按照原材質(zhì)SUS304進(jìn)行鑄造，并提供船級社產(chǎn)品檢驗證書;

（6）根據(jù)新舵桿上各軸頸的實際尺寸，設(shè)計加工與各軸頸相配的護(hù)套，護(hù)套與新軸頸配合采用S6/H7過盈配合;護(hù)套采用紅套安裝，烘烤最高溫度不超過300℃;護(hù)套采用立式套裝到位，自然冷卻至室溫后，舵桿方可上車床校正，精加工護(hù)套到新設(shè)計尺寸，壁厚滿足規(guī)范要求;按同樣的方法進(jìn)行舵銷護(hù)套的安裝和精加工;

（7）新舵桿上部錐體與舵柄錐孔拂配、下部錐體與舵葉的舵桿錐孔拂配，結(jié)果應(yīng)滿足船舶舵系修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求：錐體與錐孔接觸均勻，結(jié)合面在全長上均勻貼合;接觸面積不少于總面積的70%，用藍(lán)丹檢查，每25 *25 mm的面積內(nèi)不得少于2個接觸點;

（8）進(jìn)行新舵銷錐體與舵葉的舵銷錐孔拂配，結(jié)果應(yīng)滿足船舶舵系修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.6舵機油缸柱塞桿變形的修復(fù)

（1）柱塞桿上車床作直線度檢查，找出柱塞桿最大彎曲變形量為0.40 mm;

（2）將柱塞桿跳動量的最大點旋轉(zhuǎn)至正上方，從正上方處用烘槍的中性火焰進(jìn)行點狀加熱，反變形矯正;觀察柱塞桿上百分表的讀數(shù)，直到目測跳動量增大至1.5倍左右時停止加熱;

（3）使用多層保溫棉對加熱周圍進(jìn)行覆蓋包扎，繼續(xù)開動車床慢慢轉(zhuǎn)動柱塞桿，直到加熱處軸頸緩冷到常溫時停止;在常溫下再測量，確保最大變形處的跳動量≤0.10 mm;

（4）矯正位置以及兩側(cè)150 mm長度的圓周范圍內(nèi)，進(jìn)行無損探傷檢查，確保無裂紋等缺陷;

（5）柱塞桿兩端軸頸重新鍍鉻處理，精磨修復(fù)至原始尺寸;

（6）修復(fù)后，確保兩端軸頸同軸度Φ≤0.05mm，兩端軸頸的軸線與柱塞銷孔軸線垂直度≤0.05mm，如圖7所示。

2.7 回裝

（1）根據(jù)掛舵臂新軸承座孔以及新舵桿、新舵銷的軸頸重新配做掛舵臂軸承，并按照軸承材料廠家設(shè)計的軸承新尺寸進(jìn)行加工;

（2）按照拆前的配對記號，相反順序回裝舵系;

（3）根據(jù)舵葉零位位置，回裝舵機;

（4）現(xiàn)場配做舵葉左右側(cè)的止跳限位塊，裝配間隙2+1 mm;

（5）測量舵系的軸承間隙及舵葉左右側(cè)的止跳間隙;

（6）依據(jù)操作手冊進(jìn)行轉(zhuǎn)舵試驗，應(yīng)無振動、異響情況;

（7）依據(jù)實際舵角，校正舵機間、集控室及駕駛臺的舵角指示。

3 結(jié)語

本文論述了某海損大型散貨船舵系的軸線校正及修復(fù)工藝，特別對舵葉、掛舵臂、舵機油缸柱塞桿等的矯正和修復(fù)難點進(jìn)行分析，大大提高了修復(fù)該輪舵系的質(zhì)量和效率，對類似舵系海損工程項目的修復(fù)有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉杰.掛舵臂超厚鑄鋼件裂紋修復(fù)工藝探討（J）.中國修船，2004.（02）.

[2]全國海洋船標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會CSACrTC 1 2）.CB/T 34001-2016中國修船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[3]林建偉.淺談舵系校正及安裝方法（J）.廣東造船，2018.（04）.