船舶錨桿變形臨時(shí)矯正工藝與應(yīng)用*

吳建強(qiáng)，劉早紅，劉在良

(1.舟山長(zhǎng)宏國(guó)際船舶修造有限公司 設(shè)計(jì)部，浙江 舟山 316052； 2.浙江友聯(lián)修造船有限公司，浙江 舟山 316281； 3.浙江國(guó)際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 海洋裝備工程學(xué)院，浙江 舟山 316021)

0 引 言

船用錨是具有特殊形狀和結(jié)構(gòu)的鋼鐵重物。錨拋入水底后，其錨爪能抓住泥土并產(chǎn)生抓力。錨設(shè)備的配置就是為了使船舶錨泊時(shí)產(chǎn)生足夠的錨泊力，它是船舶錨泊系統(tǒng)的重要一環(huán)[1]。此外，錨也是船舶操縱的輔助設(shè)備，如靠離碼頭、系離浮筒、狹水道掉頭及緊急情況下減剎船速等往往都要用到錨[2-3]。如果船用錨桿變形就不能在靠離泊碼頭、狹水道航行時(shí)對(duì)船舶進(jìn)行有效減速，有碰撞危險(xiǎn)前也不能緊急控制船速等。因此，錨性能的好壞對(duì)于船舶的安全有很大影響[4-5]。

筆者主要結(jié)合臺(tái)灣籍散貨船“BUNUN JUSTICE”輪錨桿變形情況，重點(diǎn)對(duì)錨桿矯正施工前檢查、準(zhǔn)備和矯正后試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果說(shuō)明修復(fù)方案滿足船東和船級(jí)社的要求。同時(shí)也為船舶用錨、航海實(shí)踐提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 錨桿矯正前的檢查

錨及錨桿等附件總重為5.85 t，其中錨頭重約4 t。錨桿總長(zhǎng)為3 403 mm，重約1.6 t，錨桿材質(zhì)為SC410(碳素鋼鑄件)，截面規(guī)格為頂部239 mm×180 mm，根部335 mm×274 mm。

(1) 船舶卸錨，吊運(yùn)落地并進(jìn)加工車間1 250 t壓機(jī)附近。

(2) 檢查錨桿狀態(tài)，清除錨桿表面污漬后對(duì)變形區(qū)域做UT、MT探傷，查看彎曲表面是否有裂紋或裂紋分布情況；檢測(cè)錨桿彎曲、扭轉(zhuǎn)情況，并做拍照和變形數(shù)據(jù)記錄。

(3) 檢查錨桿與錨之間的配合情況，檢查扭曲轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活、錨銷布司等是否完好。如若有損傷情況，則變形矯正及試驗(yàn)需另行安排。

2 專用工裝及材料準(zhǔn)備

由于錨桿規(guī)格尺寸各不相同，為保證矯正加工精度與質(zhì)量，需制作專用的工裝和準(zhǔn)備相關(guān)的試驗(yàn)材料，所需的工裝與材料清單如下。

(1) 設(shè)計(jì)了專用的錨桿固定工裝(如圖1所示)。

圖1 錨桿的固定工裝制作圖

(2) 錨桿吊裝用吊耳、卸扣(自制2套)、鋼絲繩等。

(3) 制作加熱斗(約2.2 m×4 m，高400 mm)，用以盛裝煤塊并加熱錨桿。

(4) 加熱用煤塊若干重(為保證燃燒溫度，不能使用劣質(zhì)煤)。

(5) 點(diǎn)溫計(jì)。

(6) 鼓風(fēng)機(jī)(加速燃煤過(guò)程以達(dá)到所需高溫)。

(7) 備用廢舊型材或板材若干，以作臨時(shí)支撐等需求。

(8) 焊機(jī)、氧乙炔等備用。

(9) 石棉布若干(緩冷用)。

(10) 叉車、車間行車配合使用。

3 修理方案

錨桿通過(guò)熱處理，加熱到預(yù)定溫度，用油壓機(jī)緩慢下壓矯正，然后以預(yù)定的方式冷卻，以充分發(fā)揮金屬材料的潛力，延長(zhǎng)零件和工具的使用壽命，節(jié)約金屬材料的消耗。

(1) 將錨桿從錨上拆除，裝上自制卸扣后放進(jìn)加熱斗。斗內(nèi)事先鋪設(shè)適量煤塊，煤塊加熱區(qū)域需涵蓋整根錨桿，卸扣上提前穿好鋼絲繩以備起吊用。未經(jīng)允許，不得隨意在錨桿桿體上施焊。

(2) 燃燒煤塊并緩慢升溫，使之達(dá)到780～820 ℃，保持高溫約6 h。

(3) 將錨桿吊出加熱斗，用石棉布裹住整根錨桿保溫；將錨桿吊起放置在固定錨桿工裝上，工裝與錨桿敲緊貼合，避免矯正期間錨桿滑出機(jī)床(如圖2所示)。

圖2 錨桿吊點(diǎn)布置示意圖

(4) 將錨桿與座體移動(dòng)到1 250 t油壓機(jī)下方，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況增設(shè)防錨桿傾倒工裝(如圖3所示)。事前須準(zhǔn)備充分，第3、4項(xiàng)動(dòng)作盡量快，以保證錨桿溫度，利于矯正。

圖3 防錨桿傾倒工裝

(5) 用油壓機(jī)緩慢下壓矯正至平直，因錨桿有大小頭，矯正至近平直時(shí)需拉線查看；錨桿翻轉(zhuǎn)再次緩慢施壓(如圖4所示，期間注意觀察錨桿狀況，如有意外情況立即停止矯正動(dòng)作)。

圖4 翻轉(zhuǎn)施壓示意圖

(6) 矯正后肉眼觀察矯正區(qū)域材料變化，注意觀察是否產(chǎn)生新裂紋或衍生裂紋。

(7) 再次將矯正后的錨桿放入加熱斗加熱，溫度達(dá)到600～650 ℃，并保持3 h。

(8) 吊出錨桿覆蓋石棉布使之緩慢冷卻至50 ℃。

(9) 空冷到常溫。

(10) 原彎曲表面做UT、MT探傷。

(11) 再次做變形矯正后的測(cè)量工作，以記錄矯正后錨桿的長(zhǎng)度尺寸和彎曲、扭曲情況。

以上熱處理過(guò)程目的是為了使整個(gè)鑄件材料能具有更強(qiáng)的機(jī)械處理性能，以減少錨桿的硬度并提高塑性，使矯正過(guò)程不至于產(chǎn)生裂紋甚至斷裂等缺陷。

4 矯正后試驗(yàn)

為保證變形矯正后錨桿材料未產(chǎn)生或未大量產(chǎn)生不利于材料強(qiáng)度的晶粒變化，使其仍具有可靠實(shí)用性，需對(duì)矯正后的錨桿做拉力試驗(yàn)。錨桿工作時(shí)主要受到的是拉伸力，因此用船廠門機(jī)做重塊拉伸(如圖5所示)。做試驗(yàn)時(shí)需有船東、船檢人員在場(chǎng)同時(shí)檢驗(yàn)。

圖5 重塊拉伸示意圖

(1) 事先準(zhǔn)備兩種重塊，分別為大重塊57.7 t和小重塊7.2 t。

(2) 在錨桿上做兩處標(biāo)記并掛上標(biāo)尺，以備測(cè)量拉升時(shí)的變形量。需注意標(biāo)尺讀數(shù)點(diǎn)應(yīng)有足夠的靈活度，不能固定。

(3) 利用門機(jī)等起重設(shè)備，掛上錨桿及小重塊，起吊離地10 cm，保持5 min，讀測(cè)量間距。

(4) 卸掉小重塊，換上大重塊，起吊離地10 cm，保持5 min，讀測(cè)量間距。

(5) 計(jì)算兩次讀數(shù)的偏差值，即為拉升過(guò)程中的變形量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，變形量超出20 mm則視為試驗(yàn)不成功。

5 施工及控制要點(diǎn)

(1) 注意搬運(yùn)與放置過(guò)程中的重心控制，避免起吊時(shí)錨桿傾倒，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備鋼材等物料以備臨時(shí)增設(shè)支撐。

(2) 整個(gè)施工過(guò)程注意安全防范，避免燙傷、燒傷、撞傷。

(3) 升溫保溫過(guò)程中，嚴(yán)格按工藝要求控制錨桿溫度。

(4) 整個(gè)矯正過(guò)程須有專人指揮并安排各流程工作細(xì)則。

6 實(shí)測(cè)記錄表

變形矯正前后數(shù)據(jù)對(duì)比見表1，矯正示意圖見圖6。

表1 矯正前后數(shù)據(jù)對(duì)比表 /mm

圖6 變形矯正示意圖

拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表2，重塊吊重時(shí)測(cè)量圖見圖7。

表2 拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 /mm

圖7 重塊吊重時(shí)測(cè)量圖

通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明：矯正前后數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)公差內(nèi)，滿足船級(jí)社規(guī)范要求，拉伸力在100～600 kN時(shí)測(cè)量長(zhǎng)度前后數(shù)值變化量為0，符合船東和船級(jí)社要求。

7 結(jié) 語(yǔ)

船舶航行時(shí)，在某些情況下錨桿會(huì)因剪切應(yīng)力出現(xiàn)而產(chǎn)生變形缺陷，短期內(nèi)不能持續(xù)航行工作，而重新訂購(gòu)將會(huì)耗費(fèi)數(shù)月時(shí)間，因而給船東帶頭巨大的經(jīng)濟(jì)損失。文中對(duì)錨桿變形矯正的修復(fù)實(shí)例進(jìn)行分析介紹，利用船廠自身?xiàng)l件制定了合理可行的矯正試驗(yàn)工藝，通過(guò)試驗(yàn)得到的實(shí)測(cè)拉力數(shù)據(jù)滿足船東和船級(jí)社的要求，能以較低經(jīng)濟(jì)成本、較快的矯正變形施工流程矯正錨桿，使船舶在很短時(shí)間內(nèi)重新運(yùn)營(yíng)。