__螺旋桨导管的结构类型与耐蚀性

第 弓卷 卒 期 弓‘ 月 山 东 海 洋 学 院 人 报 一 , , 学 螺旋桨导管的结构类型与耐蚀性 周玉光 高清廉 洪文友 水 产 系 摘 要 本文以实船调查为基础 , 对螺旋桨 导管 内璧 悍缝的佼蚀机理 进行 了研穷 , 并 为提高其抗蚀性能 而 提 出 了导管的最佳结构形式 — 型结构 。 口 奋生一 刚 布 多年来 , 我们对螺旋桨导流管的腐蚀情况及其结构型式进行了调 查研究 , 提出了用 加装 自由吸气防蚀装置的防护措施以解决导管内壁的空蚀问题 比 〕 。 嗣后 , 又在改善导 流管结构型式方面进一步探讨如何提高导流管的耐蚀能力 。 从结构型式与耐蚀能力的关 系来看 , 主要是反映在导管内壁焊缝的腐蚀问题 。 本文通过几个典型的实船导管结构 , 来探讨导管内壁焊接接头的腐蚀机理 , 并提出抗蚀能力最强的螺旋桨导管的最佳结构型 式 。 一 、 几种典型实船导流管的结构型式 在现有实船中常用的导管结构型式主要有五种 〔图 一 〕, 其基本特点分述如 下 型结构 — 型导流管 , 如 图 一 所示 。 该型导管内壁板面虽呈流线型 , 但整 个内壁板系由三个环形段组成 , 其两道连接环形焊缝处于螺旋桨工作区域内 , 焊接接头 型式正面是对接接头 , 反面是由板厚度之差而造成角接接头 。 导管 内腔只有一道较厚的 中环筋板和 条弦 向筋板加强 。 型结构 — 型导流管 , 如图 一 所示 。 该 型导管内壁板呈折角型 , 两道连接环 缝既处于桨叶工作区域又正置线型的转折处 , 其焊接接头型式为封底单面角接接头 。 两 道环形加强筋板也在此转折 , 于是该转折点成为纵横交错多种接头的集中区域 , 在导管 中心处无环向筋板加强 。 型结构 —号导管线型 , 如 图 一 所示 。 该管结构与 型的区另仅在于其内壁板 无折角线型 , 其他特征与 型相仿 。 本 文 于 年 月 日收到 。 山 东 海 洋 学 院 学 报 年 型结构 — 号导管或 号导管线型 , 如 图 一 所示 。 该型结构导管内壁 板 线 型 与 型或 型相同 , 但其板的连接型式取消了螺旋桨工作区域内的环 向焊接 接 头 , 完全 采用沿导管弦向的对接接头 。 条弦向等分焊缝全是双面对接焊 。 整个内壁板则 采 用 板 厚均匀的厚板料 , 在导管中心与首 、 尾位置用较大截面的环向筋板加强 。 图 一 型结 构 。 如图 一 所示 。该型结构与 型的区别仅在于增设了吸气防蚀装置 〔 〕 。 二 、 内壁焊缝的腐蚀实况 型结构导管 船舶航行一 年后 , 发现 道环焊缝及热影响区出现明显的下凹腐蚀 , 严重部位出现穿透和断裂 图版 一 。 即是采用该结构的 型 “ 辽渔 ’, 航行一 年后焊缝区域的腐蚀情况 。 型结构导管 船舶航行一年后 , 在 道折角处的环焊缝接头 出现严重腐蚀和大量裂 纹 、 断裂 见图版 一 。 图版 一 为 型 “ 沪渔 ,, 船在加装该 型结构导 流 管 期 探旋桨导管的结 构类 型 与讨蚀 性 航行一年后 , 在焊缝区域 出现的腐蚀情况 。 型结构 烟渔 “ ” 船加装该结构导管 , 航行一年后 , 在环焊缝区域 出现较严重 腐蚀 , 个别部位 沿焊缝已产生断裂 见 图版 一 。 型结构 型 “ 鲁荣渔 , 船采用该 结构的转动导管 , 船航行五年后 , 在 重腐 蚀区纵 向焊缝出现明显腐蚀下凹 图版 一 。 型结构 “ 鲁荣渔 , 船加装了具有吸气防蚀装置的 型结构 , 航行五年 后 , 条纵向焊缝基本上仍完好无损 图版 一 。 该 图还表示出与 “ ,, 船相同部位 的纵 向焊接接头情况 。 综上可知 , 几种类型结构导管的抗蚀能力 以 型结构最佳 , 型结构最差 。 三 、 导管内壁焊缝的腐蚀机理 经初步研究分析 , 作者认为 , 导致上述导管内壁焊缝腐蚀的主要原因有 如 下 几 方 面 、 导管内壁焊缝的选择腐蚀 。 导管焊接时 由于加热作用 , 使接头热影响区的 金 属 组织 晶粒粗大 , 并发生化学成分的差异 焊缝金 属形成铸造结晶组织 , 并引起化学成分 的 偏析 , 所以焊接接头的金属组织与化学成分 在弓功于母材金属 。 在海水介质作用下 , 焊缝 或热影响区金属与母材金属形成接触 电池 , 引起一种选择腐蚀倾 向 , 假若焊缝 电位低于 母材 、 焊缝金属将优先发生溶解 , 发生 “ 焊缝的选择腐蚀 ” 。 形成焊缝或二侧热影响区 出现凹陷的腐蚀外观特征 。 选择性腐蚀的速度取决于海水的流动速度 , 当流速增加时 , 其腐蚀速度将大大增加 尤其当海水被激烈搅拌 时 , 会造成氧溶解度增加和氧扩散限制 层的厚度减薄 , 从而促使选择腐蚀速度猛烈增加 〔“ 〕 。 由于导管对海水的加速及螺旋桨 对海水的高速搅动 , 使螺旋桨工作区域的导管 内壁焊缝正处于这种加速腐蚀 的 环 境 之 月“ 。 由图版 一 可知 , 人 、 、 型结构的环焊缝全部都处于这种作用条件之 下 , 而 、 型结构的纵 向焊缝则仅有一小部分受这种环境因 素的影 响 。 此外 , 选择腐蚀的速度还与焊接接头的内应力大小有关 , 内应力的增加会提高腐蚀 的敏感性 〔 〕。 由于焊接冷却收缩 , 在焊接接头 内存在有残余应力 , 被焊母材 的 刚 性 越 大 , 其残余的应力也越大 。 这里显然 、 、 型结构的环焊缝接头的残余应力要 比 、 型结构纵焊缝接头内的应力大 , 尤其是 、 型环焊缝背面还由于与角焊缝重叠 , 使内 应力更加复杂 , 金属结晶组织更粗大 , 导致选择腐蚀作用的增强 。 、 导管内壁焊缝接头的腐蚀疲劳强度 。 螺旋桨工 作时 , 导管内壁要承受强大 的 螺 旋桨脉动压力载荷的作用和梢涡空泡破灭造成的动压力作用 卿 , 在这种剧烈的交变 应 力作用下 , 管内焊接接头又面临着腐蚀疲劳强度的考验 。 由于焊接接头内应力的存在 , 金 属组织的不均匀性 以及焊缝本身往往存在种种焊接缺陷 , 因而使焊接接头在腐蚀疲劳 强度方面成为一个薄弱点 , 尤其当焊接接头存在应力集中时 , 其腐蚀疲劳强度将急剧下 降 〔的 。 如连接的位错 、 焊缝根部缺陷和焊缝形状不 良等都会造成不均匀的应力流 , 产 山 东 海 洋 学 院 学 报 年 生应力集中 。 因此 , 对管内的焊缝要求有良好的正反面焊缝形状 , 并需对焊缝进行无损 探伤 , 如 同对船体焊缝一样的要求 。 根据上述分析可知 , 、 、 型结构的致命弱点在于其焊缝区域都存在不 同 程 度 的应力集中因素 , 尤其是 型结构最甚 。 由图 可知 , 焊缝的正面处于应力集中 的 折 角 地 , 焊缝根部的三条焊缝集中于一处 , 且两种不 同厚度钢板接头没有等厚联接 , 造成严 重的应力集中 , 必将导 致腐蚀疲劳强度的降低 , 产生腐蚀疲劳裂纹 〔幻 。 裂纹的出现 又 使选择腐蚀畅通无阻地向纵深进行 , 最后造成焊接接头的断裂 , 使导管内壁中间环板整 块断裂 , 甚至打损车叶造成事故 。 、 导管内壁焊缝的空泡侵蚀 。 螺旋桨工作时 , 在桨梢扫过的面积范围内 , 导 管 内 壁的腐蚀是桨悄涡空泡破灭的机械作用和 电化腐蚀的共同作用结果 〕 。 金属依靠表 层 的氧化保护膜都有抵抗 电化腐蚀的能力 , 而一旦这层保护膜被空泡击穿 , 电化腐蚀立即 开始 , 而 电化腐蚀作用能使金 属表面机械性能下降 , 金属表面变粗糙 , 这些都又反过来 加速空 泡作用的进 行 。 因此 , 要延缓焊缝的选择腐蚀 , 首先必须制止空泡的破坏作用 。 型导管结构内壁的焊缝之所 以耐蚀能力强 , 其原因是因吸气防蚀装置的作用而延缓 了 桨梢涡空泡的破灭 。 相反 , 型结构中处于折角处的环缝 , 由于该处流速 、 压力突 变 , 给空泡产生创造了条件 , 也就是说 , 竺条环缝接 少面 临若被空蚀的可能 〔 · 〕 , 因而 为 加速选择腐蚀提供了条件 。 四 、 从结构设计上提高导管耐蚀能力的有效措施 综土分析 , 作者从结构型式上提 出如下措施 、 不 论采用那类线型的 导流管 , 都应尽量保持导倍内壁板的光顺性 。 以防止 应 力 集中和空蚀作用 , 片有利于提高 “ 防蚀装置 ” 的防蚀效果 。 、 消除结构应力集中因 素 , 以保证悍接接头 具有足够的腐蚀疲劳强度 。 、 内壁板焊缝最大限度地避开螺旋 桨梢涡空 泡区 , 并力图减少焊接接头的残 余 应 力 。 、 保 证结构的杭振强度 。 以 抵 螺旋桨脉功压力的作用 。 、 加装 ’ 由吸气防负袋释 、 消除们, 涡空 泡的作用 。 应该指出 , 在上述 导下犷结 构类型‘ , , 型结构导管从结构型式来说是不可取的 , 型结构导管的结构型式则草本能满足 仁述要求 。 在一 系列的结构试验中 , 可以认为 型 结构是最合适的 。 五 、 结 语 、 焊接接头本身的弱点 及螺旋桨导流管所处的环境 , 必然会产生焊缝选择腐蚀 , 因此 , 需要设计合理 的结构型式 , 采用有效地防护措旅 以延缓腐蚀进程 , 提高 其 抗 蚀 能力 。 期 螺旋桨导管的结构类型 与衬性性 、 合理的导流管结构是提高其耐蚀能力的必要条件 。 因此 , 导管结构设计的关 键 之一是如何消除结构应力集中和减少焊接残余应力 。 、 型结构导管是山东省设计生产的导流管的主要结构型式 , 无论转动导管 或 固 定导管使用效果都较 、 、 型为佳 。 、 用 型结构加装吸气防蚀装置组成新型的螺旋桨导管 即 型 是较为理想的导 管 , 它是从合理结构和防护措施两方面入手 , 以提高导管的耐蚀能力 , 因此 , 其效果最 佳 。 反之 , 如果仅仅从增加 内壁中环板厚度的办法 , 企图延长导管寿命 , 往 往 是 徒 劳 的 。 作者建议 在我国各中小型渔船及拖轮上积极推广 型结构螺旋桨导管 , 以期进 一 步提高上述渔船的生产和经济效益 。 注 本文图版见尸 后 。 参 考 文 献 〔曰洪文友 、 高 寿廉 、 周玉光 , ‘ 一 种螺旋桨导管防蚀装置的试验 ” , 船舶工程 , 第 期 , , 〔 〕洪 文友 、 高清廉 、 周玉光 , 螺旋桨导管 自由吸气防 蚀的研究 , 山东 海洋学院 学报 , 第 期 , , 。 〔 〕上 海钢铁研究所 , 焊缝区 域腐蚀预报 , 国外海洋用金属 材料译文集 , 。 〔江〕涂仁生 , 海 洋钢结构腐蚀疲劳强 度的提高 与腐蚀监控技术 , 船舶工程 , 第 期 , 。 〔 〕胡 敬 , 悬臂式薄壁导流管振动试 验研究 , 第三届船舶振动与噪声学术会议论文集 , 。 〔 〕上 海钢铁研究所 , 关于焊缝应力腐蚀裂纹 和疲劳腐蚀裂纹 , 腐蚀机理与试验方 法 , 。 〔 〕吴 培豪 , 水 力机械的空化与空蚀 , 空化与空蚀学术讨论会 论文 , 。。 〔幻夏维洪 , 反 弧 曲线上 水疏的空化 , 第二 屁 船舶推进器及空泡学术 会议 论文集 , 。 一 。 。 , 王 。 士 一 压 一 豆 一 ‘ ’ 〕 巴 。