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《CCS铜制螺旋桨检验须知》

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《CCS铜制螺旋桨检验须知》 中中中中 国国国国 船船船船 级级级级 社社社社 铜制螺旋桨检验须知铜制螺旋桨检验须知铜制螺旋桨检验须知铜制螺旋桨检验须知 版本号:XMPM05-1.0-2003 生效日期:2003.06.01 目目目目 录录录录 A 通则 B.检验依据 C. 制造厂(车间)的工厂认可 D. 图纸/文件的批准 E. 认可后的产品检验 F. 螺旋桨技术条件及试验/检验要点 G 缺陷修补 H.焊接修补 I.矫正. J.热处理 k. 临时修复...
《CCS铜制螺旋桨检验须知》
中中中中 国国国国 船船船船 级级级级 社社社社 铜制螺旋桨检验须知铜制螺旋桨检验须知铜制螺旋桨检验须知铜制螺旋桨检验须知 版本号:XMPM05-1.0-2003 生效日期:2003.06.01 目目目目 录录录录 A 通则 B.检验依据 C. 制造厂(车间)的工厂认可 D. 图纸/文件的批准 E. 认可后的产品检验 F. 螺旋桨技术条件及试验/检验要点 G 缺陷修补 H.焊接修补 I.矫正. J.热处理 k. 临时修复 L.标记和质量证明书 附录 A铜合金焊补工艺评定试验 附录 B 铜合金螺旋桨型式试验大纲 附录 C 证书填写说明 附录 D 组合式螺旋桨单叶力矩测算 中国船级社工业产品处 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 1 A 通则通则通则通则 A.1 目的目的目的目的 (1) 为贯彻执行 IACS 统一要求 W24-1996《铸造铜合金螺旋桨》及 中国船级社(以下简称本社)对船用螺旋桨检验的规定,特制 定《船用螺旋桨工厂认可及检验须知》(以下简称须知)。 (2) 本须知用于指导本社现场验船师掌握具体检验和技术要领,便 于验船师对船用金属螺旋桨进行技术检验。 A.2 适用范围适用范围适用范围适用范围 (1) 本须知适用于新造铜合金铸造整体式和组合式螺旋桨的检验, 包括可调螺距螺旋桨和方位推进器; (2) 本须知亦适用于铜制螺旋桨的修补检验。 A.3 定义定义定义定义 (1) 大型螺旋桨:直径大于 2.5m的螺旋桨; (2) 中、小型螺旋桨:直径 0.6m~2.5m,包括 2.5m的螺旋桨; (3) 可调螺距螺旋桨:它是一种利用设置于桨毂中的操纵机 构能使绕垂直与桨轴的轴线转动的桨叶改变角度(螺 距)的螺旋桨。 B.检验依据检验依据检验依据检验依据 a. 本社《材料与焊接规范》及其修改通报; b. 本社《产品检验规则》; c. ISO484/1、2 造船—船用螺旋桨—制造公差; d. GB12916-91 船用金属螺旋桨技术条件; 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 2 e. CB*3290 民用船舶铜合金螺旋桨着色探伤方法及评级。 CCCC. . . . 制造厂(车间)的工厂认可制造厂(车间)的工厂认可制造厂(车间)的工厂认可制造厂(车间)的工厂认可 CCCC.1 .1 .1 .1 文字资料审查重点文字资料审查重点文字资料审查重点文字资料审查重点 (1) 工厂概况:应重点审查工厂的生产历史和生产经验。 (2) 产品明细:包括工厂日常生产的铸件种类和合金类型,同时详 细说明制造厂申请本社认可的螺旋桨的材料级别、螺旋桨毛坯 最大重量、螺旋桨最大直径、螺旋桨种类(整体式、组合式等)、 冶炼方法、除气方法(对于金属液体与空气接触面积较大的冶 炼设备,尤其是反射炉,因为吸气较多,一定要进行合适的除 气处理)、浇铸方式、热处理、交货状态。 (3) 原材料来源一览表:铜合金制备一般采用下列原材料 a. 初次金属; b. 二次金属锭(中间合金); c. 生产中的回炉料,按牌号分类之废品铸件、浇冒口。 (4) 生产工艺及检验: a. 船用金属螺旋桨制造的主要工艺如下:铸模造型—熔化铜合金 —浇铸—保温冷却—铸件清理—热处理(如适用)—毛坯加工 —成品检查—安装使用(如适用)。 b. 工厂应利用一定的设备或制定相应的工艺,防止在浇铸过程中 杂物或熔渣被带进铸型中去。 c. 对于利用反射炉化铜的工厂,应制定合适的工艺除去铜水中的 气体。对于利用大型感应电炉生产大型螺旋桨的工厂,由于熔 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 3 化中的铜水与空气的接触面积较大,吸气较严重,一般也需要 进行除气处理;对于利用小型油炉生产小型螺旋桨的工厂,由 于坩埚内的铜水不与空气直接接触,且在熔化过程中,铜水表 面可以生成氧化膜,进一步与空气隔绝,因此,一般不需要除 气处理。 d. 工厂应制定合适的去应力退火热处理工艺,以减轻铸件在冷却 过程中产生的内部应力。 e. 由工厂设定的检验/试验控制点应包括本社规定的所有检验项 目且便于本社验船师进行检验。 (5) 生产及其辅助设备: a. 应至少包括熔化、造型、浇铸、除气(如适用)、起重、机加 工、焊补等工序所涉及的设备编号、型号及能力等。 b. 如果需要对铸件进行热处理,工厂应说明热处理设备的尺寸、 燃料品种以及温度测量与控制仪器的布置。 c. 通过审查,应能够确定工厂的最大生产能力。 d. 确定最大生产能力时应注意各个生产环节中的最差环节,它将 直接决定工厂的制造能力。 (6) 试验、检验设备: a. 包括型砂性能检测设备、化学成分检验设备、除气效果检测设 备(如适用)、力学性能检测设备、静平衡机、动平衡机(如 适用)、无损检测设备、金相检验设备(如适用)、密性试验设 备(如适用)、尺寸和形状检测设备(螺距规、卡钳、板尺、 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 4 各种样板等)、表面粗糙仪、称重仪器等; b. 工厂应说明各种检测设备的制造厂商、型号、生产系列号(或 工厂固定资产编号)、误差范围等。 c. 对于大型螺旋桨,测量设备的最大允许误差不得超过被测尺寸 或被测之参量公差的一半,或者在几何尺寸测量时不得超过 0.5mm,两者选择较大的值。 d. 对于中、小型螺旋桨,测量设备的最大允许误差不得超过被测 尺寸或被测之参量公差的一半,或者,在几何尺寸测量时不得 超过 0.25mm,两者选择较大的值。 e. 主要试验设备和主要衡器必须有国家计量部门签发的有效证 明文件。 f. 工厂还应说明螺旋桨及其试样在生产、检验的各个阶段的标识 所表明的意义。 (7) 主要生产、检查人员的资格证明: a. 化验(包括金属化学成分分析及型砂质量检验)、金相检验、力 学性能、无损检测(应具备不低于Ⅱ级资格证书)、焊补人员 的资格证明。 b. 图纸设计人员(如适用)、评审人员以及质量检查人员应 具备一定资格。 c. 主要生产设备的操作者应具备一定操作经验和理论资格。 (8) 交货验收条件: a. 铜制螺旋桨的材料理化性能、外观及无损探伤可以按照本社 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 5 《材料与焊接规范》及其修改通报的相关要求作为工厂检验依 据。 b. 静平衡、动平衡要求值的计算方法。 c. 尺寸测量及表面粗糙度测量公差。 (9) 质量管理文件。可以参照本社《产品检验规则》中工厂认可中 的相关要求进行审核。 (10)相关质量记录、铸件标记样本等。 a. 质量记录应符合本社《产品检验规则》第六章 3.2.6条的要求; b. 工厂应利用适当方法将打在铸件表面上的钢印标记拓在白纸 上形成标记样本,供本社验船师存档备查。 (11)认可试验大纲:工厂可以按照附录 B制定试验大纲。 CCCC.2 .2 .2 .2 现场审核要点现场审核要点现场审核要点现场审核要点 (1) 对照经本社审查合格的由工厂提供的文字资料,审核其现场实 际情况是否与其一致。 (2) 注意了解工厂图纸设计人员、合同评审人员、质量检验人员掌 握的技术文件是否有效并满足本社规范要求,合同评审人员是 否熟悉本社检验程序。 (3) 注意确认工厂的焊补工艺的成熟性。 C.3C.3C.3C.3认可型式试验认可型式试验认可型式试验认可型式试验 (1)型式试验典型件的选取应按照下面原则进行: a. 每一级别的铜合金认可至少选取 2 件典型件。建议选取 2 只同型桨,或与已经完成的同型螺旋桨的检查记录进行比 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 6 较,以便于考查工厂控制螺旋桨形状、重量偏差的能力。 b. 申请认可最大毛坯重量的 80%以上(不强制要求)。 c. 申请认可最大直径的 80%以上。 d. 应尽量选择生产工艺难度最大的产品(如多炉浇注等)进 行工厂认可试验,以考察工厂控制复杂工艺的能力。 e. 选取的典型产品的图纸资料应经过本社审图部门审查批 准。 (2) 材料的炉前化学成分分析应包括杂质的含量。注意桶样化学成 分分析的快速性。应从机械性能试样上截取样品验证化学成分 值。 C.4 C.4 C.4 C.4 年度复查年度复查年度复查年度复查 (1) 对于经常生产螺旋桨的工厂,可检查其主要生产设备的技术状 况是否正常;主要检测设备是否都在有效期内及其技术精度状 况;技术及主要工艺文件(包括配料工艺、浇铸工艺、焊 补工艺等)是否有变化;质量管理体系有无变更;主要岗位人 力资源是否适任等情况。 (2) 对于虽然经本社认可,但不经常生产螺旋桨的工厂,除按第(1) 条进行核查外,还应按型式试验大纲内容进行全面考核。 C.5 工厂认可证书工厂认可证书工厂认可证书工厂认可证书 工厂认可证书的编写可参考附录 C。 D. 图纸图纸图纸图纸/文件的批准文件的批准文件的批准文件的批准 D.1图纸图纸图纸图纸/文件的批准程序文件的批准程序文件的批准程序文件的批准程序 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 7 螺旋桨在制造前,其图纸应按下列步骤进行审查和批准: (1) 本社船舶审图部门结合具体船舶对螺旋桨图纸/文件的下列内 容进行审查: a. 螺旋桨强度计算是否满足本社规范要求; b. 螺旋桨及其附件所选用的材料级别; c. 螺旋桨与螺旋桨轴的结构、安装设计和相关计算; d. 组合式螺旋桨(特别是可调螺距螺旋桨)的叶片与桨毂间 是否有良好的密封装置及其检验方法。 (2) 本社产品检验部门应结合制造厂具体情况和订货技术协议对螺 旋桨图纸/文件的下列内容进行审查,但不必再编写对外的批准 文件: c. 静平衡计算公式是否满足本须知要求; d. 外型尺寸、形状及表面粗糙度的公差是否满足本须知的规定; e. 其它技术要求。 D.2图纸批准时注意事项图纸批准时注意事项图纸批准时注意事项图纸批准时注意事项 如果某产品的图纸资料送审方与该产品的制造厂所在地处于不 同单位的辖区,则图纸资料由产品制造厂所在地区的单位办理审批, 特殊情况下经该单位同意后,可由送审方所在地的单位办理图纸审 批。 E.E.E.E. 认可后的产品检验认可后的产品检验认可后的产品检验认可后的产品检验 E.1 认可后的螺旋桨产品检验项目见表 1。 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 8 表 1 检验项目检验项目检验项目检验项目 技术要求技术要求技术要求技术要求 化学成分 F.1 金相检验(如适用) F.2 计算锌当量(如适用) F.3 力学性能 F.4 外观检验尺寸、形状公差 F.5 表面粗糙度 F.6 无损检测 F.7 静平衡 F.8 动平衡(如适用) F.9 密性试验(如适用) F.10 称重 按实际重量 E.2 产品检验证书产品检验证书产品检验证书产品检验证书 认可后的产品检验证书的编写及签发见附录 C。 F. 螺旋桨技术条件及试验螺旋桨技术条件及试验螺旋桨技术条件及试验螺旋桨技术条件及试验/检验要点检验要点检验要点检验要点 F.1 材料材料材料材料 目前,制造螺旋桨的金属材料主要有铜合金,也有部分使用铸 钢、铸铁和不锈钢材料。在我国的内河小船上也有采用钢板焊接螺旋 桨。 (1) 铜合金螺旋桨材料 由于铜合金螺旋桨的综合优点,尤其是其优良的耐海水腐蚀性能, 不但目前在海洋船舶上应用普遍,而且从分类上,各国也日趋统一。 本社规范把铜合金螺旋桨分为 4 个级别。铸件的化学成分和机械 性能见表 2和表 3。 分体浇铸的吉尔试件的机械性能仅仅作为一个统一的判定标准 来代表每炉铜合金的性能,它并不是铸件本体的性能。通常,铸件本 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 9 体的机械性能要比分体吉尔试件的机械性能低 30%。 经本社同意,工厂可以在铸件上浇铸连体试件。连体试件应置于 桨叶的 0.5R 和 0.6R 之间(R 为螺旋桨半径)。注意,不允许用热切 割方法切取试件。 工厂通常在炉前仅对 Cu、Al、Mn、Zn、Fe 这五个主要元素进 行逐炉的桶样分析,而对于 Ni、Sn、Pb三个杂质元素则进行成品样 分析,对于采用多炉浇铸工艺的螺旋桨,这三个杂质元素的成分实际 上是中间包的成分,而非逐个熔化炉的成分。这种方式一般是可以接 受的。但应注意个别易烧损元素,如 Al、Zn尤其是黄铜合金(包括 本社规范中的一、二级铜合金)中的 Zn元素,因为在从出炉到浇铸 的过程中仍存在较大烧损,所以应采取以确定其最终成分。 表 2 铜制螺旋桨铸件的化学成分(%) 铜合金种类 Cu Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb 1级锰青铜 Cu1 52-62 0. 5-3.0 0. 5-4.0 35-40 0. 5-2.5 1.0 1.5 0.5 2级镍锰青铜 Cu2 50-57 0. 5-2.0 1. 0-4.0 33-38 0. 5-2.5 2. 5-8.0 1.5 0.5 3级镍铝青铜 Cu3 77-82 7. 0-11.0 0. 5-4.0 0.1 2. 0-6.0 3. 0-6.0 0.1 0.03 4级锰铝青铜 Cu4 70-80 6. 5-9.0 8. 0-20.0 6.0 2. 0-5.0 1. 5-3.0 1.0 0.05 *,**Cu1 和 Cu2叫锰青铜和镍锰青铜不恰当,因为这两种材料实质上是铜锌合金,属黄铜。 应称为高强度黄铜。 表 3 铜制螺旋桨的力学性能 铜合金种类 抗拉强度бb不 小于(N/mm2) 规定非比例伸长应力 *бp0. 2不小于 (N/mm2) 伸长率不小 于(%) 1级锰青铜 Cu1 440 175 20 2级镍锰青铜 Cu2 440 175 20 3级镍镍铝青铜 Cu3 500 245 16 4级锰铝青铜 Cu4 630 275 18 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 10 *在油压无键安装型式的螺旋桨的安装工艺中,规定非比例伸长应力бp0. 2是用于计算 螺旋桨套合到轴上的轴向推入量的一个参数。对于其它型式的螺旋桨,бp0. 2值仅供参考, 如果没有特别需要,在拉力试验中可不作要求。 国内目前一些现存旧桨的换新仍沿用过去的铜合金材料牌号,其 化学成分及力学性能符合 CB818 的规定,验船师可按本社批准的图 纸要求进行检验。在进行机械性能试验时,验船师应按 CB818 的规 定增加冷弯试验和布氏硬度试验,同时注意其拉力试样尺寸为:φ 10mm, L0=50mm。对于 ZHAL67-5-2-2和 ZHMn55-3-1应逐个浇包检 验金相组织。其α相计算方法和结果应符合本须知 F.2的规定。 如铜合金螺旋桨铸件仅由满足本社要求的化学成分的合金铸锭 熔化制备时,且在熔化时未加入其它的合金添加剂,则铸锭制造厂的 化学成分分析可以被认为是螺旋桨铸件的化学成分。但对于在铜锌合 金(Cu1、Cu2 等)可能涉及的不可忽视的 Zn 的烧损问题,需要引 起重视。如果在熔炼过程中向熔体添加了任何初次金属、回炉料或废 料等,则必须重新按本社规范要求进行化学成分分析。 (2) 为了提高螺旋桨的性能,应允许制造厂采用本社规范中没有推 荐的新型材料,但制造厂应将该材料的化学成分、机械性能、 热处理工艺、焊补工艺和耐海水腐蚀性能等资料提交本社审查。 F.2 金相组织金相组织金相组织金相组织 Cu1 和 Cu2 型合金的螺旋桨产品应逐个浇包取样进行金相检 验,测定α相的比例。试样可由拉伸试样的一端截取,其显微组织是 两相结构,即较硬的β相基体中分布着较软的、韧性好的α相粒子, 这两相组织的相互比例影响着材料的机械性能。 β相的含量增高, 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 11 会导致材料的抗拉强度增高,硬度增高,韧性降低。 在海水中,β 相对应力腐蚀开裂也十分敏感。 因此,β相应保持低含量,以保证 足够的冷加工塑性和耐腐蚀疲劳性能。 经验表明,锰青铜螺旋桨中的α相含量约为 40%时,其抗拉强 度、韧性、腐蚀疲劳强度特性为最佳.α 相含量小于 25%的铜合金, 在焊补修复的周围区域,具有应力腐蚀开裂敏感性. 为保证足够的韧性,由 5个读数计算出的平均值至少应含有 25% 的α相组织。 F.3 计算锌当量计算锌当量计算锌当量计算锌当量 鉴于目前铜制螺旋桨大多以铸态交货,其在冷却中的相变过 程基本相同,为满足 F.2中对高强度黄铜螺旋桨金相组织中β相应 保持低含量的要求,在铜合金成分设计时可以利用锌当量计算来 近似评价组织中的β相所占比例。 锌当量=100-(100×Cu%)/(100+A) % 式中:A=1×Sn%+5×Al%-0.5×Mn%-0.1×Fe%-2.3×Ni%。 从上式可以看出各种化学元素对合金形成β相组织的不同影 响。在公式中 A的代数表达式中,前面的系数为负数的元素Mn、Fe、 Ni有利于减少β相的比例。 锌当量应不超过 45%,当α相的比例达到或超过 25%时,可不 考虑锌当量的要求。 F.4 机械性能试样机械性能试样机械性能试样机械性能试样 机械性能试样按照本社《材料与焊接规范》第 1 篇第 9 章 9.1.6 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 12 条的要求制取。 F.5 外观、尺寸、形状公差检验外观、尺寸、形状公差检验外观、尺寸、形状公差检验外观、尺寸、形状公差检验 (1) 验船师应对所有螺旋桨产品在裸露条件下进行外观检查,包括 桨毂内孔和螺栓孔的内表面,特别是 A 区(见本社《材料与 焊接规范》第 3篇第 8章第四节)。 (2) 验船师应在精加工前后对铸件表面进行外观检验,在进行外观 检验前,螺旋桨表面应保持清洁。 (3) 铸件上的微小缺陷如夹砂、夹渣、冷疤等均应予以修饰;较大 的影响使用的缺陷如非金属夹杂、缩孔、气孔和裂纹等应用适 当的方法予以消除,并按照本社《材料与焊接规范》第 3篇第 8章第 4节的有关规定进行修补。 (4) 完工的螺旋桨的尺寸、形状公差应符合批准图纸的要求,但对 于大型螺旋桨一般不低于 ISO 484中的 1级。 (5) 制造厂应对完工的螺旋桨的尺寸、形状进行测量,确保其符合 本社批准图纸的公差要求。测量报告应提交本社验船师进行审 核。验船师可以要求现场见证。测量方法可参考 ISO 484。 F.6 表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度 完工螺旋桨的表面粗糙度应符合本社批准图纸的要求,但对于 大型螺旋桨一般不低于 ISO 484中的 1级。 F.7 无损检测无损检测无损检测无损检测 (1) 着色探伤 对于直径小于 1.5m 的小型螺旋桨,如果没有特殊要求,可以不 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 13 做探伤。 螺旋桨应按照本社《材料与焊接规范》第 3 篇第 8 章第 4 节的 8.4.3 条的规定分为三个区进行着色探伤,用以发现气孔、砂眼、夹 渣、冷隔、未熔合和裂纹等表面开口缺陷。同时提供探伤报告。 通常 A区检测应在验船师在场下进行,对 B和 C区进行检测时 验船师可要求在场。如果螺旋桨已通过研磨或焊补进行了修整,则修 整过的区域无论是属于哪个区,均应在验船师在场的情况下进行着色 探伤,并且应按照 A区的标准进行检验。 工厂应在修补前向本社验船师提供所有螺旋桨铸件上要求焊补 修理的缺陷的位置和尺寸、面积,在征得同意后方可按照本须知相关 要求进行焊补。验船师可以要求对铸件表面进行轻微腐蚀以确认铸件 的焊补情况。腐蚀溶液可按照下列选取: a. 铜合金:氯化铁溶液 b. 铸钢件:4%硝酸酒精 c. 马氏体、铁素体不锈钢:12.5ml 盐酸+2.5g 苦味酸+250ml 酒精 d. 奥氏体不锈钢(按体积):1/2甘油+1/3盐酸+1/6硝酸 着色探伤前,探伤表面必须彻底清洁、干燥,不能有染色、杂质、 油渍等异物,为保证探伤结果,表面粗糙度应高于 6.3μm . 着色探伤灵敏度:至少可发现在灵敏度对比试块上宽度为 1μm 的裂纹。螺旋桨材料温度过高或过低可影响着色检测的灵敏度,导致 探伤结果不准确或清洗困难. 着色探伤温度控制应保持在 15℃到 50 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 14 ℃之间. 渗透剂的使用可采取诸如浸染、涂刷或喷涂等方法,从而在表面 形成一层均匀的渗透剂薄膜. 这层薄膜应保持足够长的时间,以使渗 透剂达最大程度的渗透. 必需的渗透时间取决于所使用的渗透剂型 式和螺旋桨的材质,对于青铜材料渗透时间应在 10至 30分钟。 不同区域内的缺陷大小和数量应不超过本社《材料与焊接规范》 第 3篇第 8章第 4节的表 8.4.3.5的规定。 (2) 磁粉探伤: 磁粉探伤方法不适用于铜制螺旋桨。 (3) 射线探伤和超声波探伤 对怀疑内部可能有严重缺陷处,验船师可要求做进一步无损检测. 对缺陷判定标准,可由制造工厂和本社依据公认的标准经协商确定. a. 超声波探伤: 超声波检测不适用 Cu1和 Cu2,因为这两种材料对超声波 有很高的减幅吸收力. 但是 Cu3、Cu4是可以用超声波检测. b. 射线探伤: 300KV X射线可检测 50mm厚的铜合金,钴 60γ射线可检 测 160mm 厚的铜合金. 由于厚度受到限制和其他实际原因, 射线探伤法对厚度较大的螺旋桨是不太适用的. F.8 静平衡静平衡静平衡静平衡 当螺旋桨每一叶片的重量或相邻两叶片之间的夹角不等时,就 产生整个螺旋桨重心不在旋转轴上的静力不平衡现象。若不加以平 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 15 衡就会影响螺旋桨的工作性能,产生振动。 所有螺旋桨均加工完毕后均应根据批准的图纸要求进行静平衡 试验。检验方法是,在螺旋桨锥孔中心装一根轴,把轴的两端放在水 平的滚珠轴承支架上(或类似装置),是螺旋桨能自由转动并自行停 止,这时较重的桨叶总是向下。若在较重的桨叶上去掉多余的重量就 能使螺旋桨处于随遇平衡状态。多余重量需从叶背上剔除,且面积要 宽广些,剔除后的表面匀顺光滑。 在检验静平衡时,允许螺旋桨存在一定的不平衡重量。 最大不平衡重量(挂重)可按下列公式计算: (1)GB12916标准规定 G=Cm/Rn2 式中:G—计算挂重, ; m—螺旋桨质量, ; R—螺旋桨半径,m; n—转速,r/min; C—系数,按螺旋桨转速 n及螺旋桨级别系数 K而定. 当 n≥180r/min时,C=K 当 n﹤180r/min时,C=K·(n/180)2,系数 K值见表 4。 表 4 螺旋桨级别 S级 1级 2级 3级 K 15 25 40 75 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 16 当螺旋桨直径 D≤1. 5m时,可以按下列公式计算 G值. G=0.025D2+0.02 式中:G—计算挂重, kg; D—螺旋桨直径,m。 (2)ISO484标准规定: P=Cm/Rn2 或 P=Km 采用二式中较小者 其中:P—计算挂重, kg; m—螺旋桨重量, kg; n—转速, r/min; R—螺旋桨半径, m; C和 K—系数,根据级别按表 5选取。 表 5 级别 S I II III C 15 25 40 75 K 0. 0005 0. 001 0. 001 0. 001 在计算不平衡挂重时,上述系数的选取可以按照以下原则: 对于大型螺旋桨,应按照Ι级以上选取系数; 对于中小型螺旋桨,可以按照订货技术协议中要求选取系数。 螺旋桨作静平衡检验时,在试验台上将挂重分次挂于各桨叶叶梢 最大厚度点上,然后将挂重的桨叶叶梢最大厚度标记点转到水平位置 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 17 并使其静止,当去掉支承后,挂重的桨叶向下转动即为合格。 对组合式螺旋桨的静平衡试验,首先应对单个叶片进行力矩平衡 试验,分别确定各个桨叶重心对于螺旋桨轴线的平衡力矩(平衡力矩 的测算方法详见附录 D),然后在与桨毂与桨叶按照最差力矩平衡条 件组装后进行静平衡试验。以保证组合式螺旋桨在现场安装时桨叶按 何种顺序安装均可满足静平衡条件。 对于组合式螺旋桨,应将其螺距调整到 0时进行静平衡试验。 对于组合式螺旋桨,由于大多数的铸造厂只生产其部件而无法对 其装配后进行静平衡试验,而造船厂在对其装配后由于不具备试验条 件也无法对其进行静平衡试验。根据此实际情况,某些铸造厂采取的 对单个桨叶进行力矩平衡试验的方法是值得推荐的,多年的实践证 明,利用此种方法检验的组合式螺旋桨在性能上还是可靠的(4叶螺 旋桨力矩平衡的基本原理及试验方法详见附录 D,其余型号螺旋桨的 不平衡力系的计算应被本社认可)。 检验静平衡用装置的心轴的摩擦力矩不大于下式中M值。 M=(G/2) R 式中:G—计算挂重,kg; R—螺旋桨半径,m。 F.9 动平衡动平衡动平衡动平衡 若各桨叶重心的轴向位置不一致,则螺旋桨转动时各叶产生的离 心力将不在垂直于桨轴轴线的同一平面内,从而造成不平衡动力的力 偶,这将导致螺旋桨和轴系的振动,这种现象对高转速螺旋桨的影响 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 18 尤为显著。然而,由于螺旋桨处于不均匀流场中受到的不均匀水动力 远较上述不平衡动力为大,故有人认为不必作动平衡检验。 本社规范规定对额定转速在 500r/min 以上的螺旋桨应进行动平 衡检验。 检验动平衡的方法是将螺旋桨装置在弹性支架上,当螺旋桨作高 速转动时,不平衡的离心力将使支架振动,根据支架振幅大小,确定 不平衡程度。 在检验动平衡时,允许螺旋桨存在一定的不平衡力矩,其值为: M≤GL/100 式中 M—允许遗留的不平衡力矩, kgf.m; G—螺旋桨重量, kgf; L—桨叶轴向投影长度, m。 F.10 密性试验密性试验密性试验密性试验 若螺旋桨与轴及毂冒的连接处要求水密时,应能进行密性试验。 密性试验可以按照 6MPa,10min的要求或本社批准的图纸要求进行。 F.11 称重试验称重试验称重试验称重试验 (1) 每件螺旋桨应进行称重。但在认可后的制造检验时对实际重量 和理论重量的偏差不作硬性要求,本社验船师可以根据情况与 工厂协商是否在型式认可试验中按照下面(2)、(3)条要求对 螺旋桨重量进行检验。 (2) 首件螺旋桨成品重量偏差一般应不超过理论重量的±4%。对同 型第二件及以后螺旋桨成品重量根据首件螺旋桨成品重量确 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 19 定,重量差值一般不超过理论重量的±2%。 (3) 左旋螺旋桨与右旋螺旋桨重量差值应不大于由公式(3)确定的 值。 ΔG =m×2%+0.5………………………………(3) 式中:ΔG—左、右旋螺旋桨的实际重量差,kg; m—左右旋螺旋桨的理论重量,kg。 G 缺陷修补缺陷修补缺陷修补缺陷修补 G.1缺陷修补缺陷修补缺陷修补缺陷修补方法方法方法方法 螺旋桨缺陷修补的主要方法 a 利用塑料填料进行填充。 b 采用如打磨、铣磨或铲削等机械方法去除缺陷。 c 焊接修补。 d 矫正 G.2缺陷修补方法的选择缺陷修补方法的选择缺陷修补方法的选择缺陷修补方法的选择 (1) 对于检查中发现的不影响强度的细小表面缺陷(直径小于 1mm 的圆气孔),除非是连续或密集型,一般可不修补。 (2) 对于桨毂端面或孔的内表面的局部气孔,如果它们对铸件强度 并不构成有害影响,经适当处理后,可采用适当的塑料填料进 行填充。铸造厂应保存所有曾作过此类修补的铸件的记录及其 细节。 (3) 若发现铸件上有不允许存在的缺陷(如裂纹、缩孔、夹砂、夹 渣、非金属夹杂、气孔等可能削气螺旋桨安全使用的缺陷),一 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 20 般可采用磨、削、铣等机械方法将其去除。本社验船师应利用 着色探伤的方法来确认缺陷是否完全去除。 (4) 消除缺陷所产生的浅槽或凹陷,如果其不能明显减低螺旋桨强 度可以适当打磨光顺,以避免应力集中和减轻空泡剥蚀。 (5) 若确有焊补的必要,应事先提交详细的焊补工艺和焊补范围等 资料并经本社验船师认可后才可进行。 (6) 各区域可焊补的总面积和允许焊补的单个缺陷大小可参照本须 知的表 6,但应避免面积小于 5mm2的焊接修补。 H.焊接修补焊接修补焊接修补焊接修补 H.1允许焊补的区域允许焊补的区域允许焊补的区域允许焊补的区域 允许进行焊接修补的区域见表 6 表 6新螺旋桨允许的焊补修整面积 严格要求 区域或范围 单个缺陷焊补的最大面积 焊补的最大总面积 A区 通常不允许焊补 B 区 C区 60cm2或 0. 6%×S (取其较大者) B和 C两区内焊补面积之和 为 200cm或 2%×S,取其较 大者,但对压力面上的 B区, 不得超过 100cm2或 0. 8%×S,取得较大者. 其它范围 (见注) 17cm2或 1.5%×范围面积, 取其较大者 50cm2或 5%×范围面积,取 其较大者. 表中:S— 一个桨叶一面的面积=0. 79D2B/N; D—螺旋桨竣工直径; B—展开面积比; 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 21 N—桨叶数. 注:其它范围包括下列部位: (a) 内孔; (b) 桨毂的前后面; (c) 桨毂处表面至叶根圆角的起始处; (d) 可调螺距螺旋桨桨叶叶爪的内表面; (e) 可调螺旋螺旋桨整流罩的所有表面; (f) 整体铸造轴颈的表面至可调螺距螺旋桨除叶根圆角外的桨叶. H.2焊补时应注意的问题焊补时应注意的问题焊补时应注意的问题焊补时应注意的问题 (1) 对于 B区缺陷的修复深度超过打磨修复允许范围的小缺陷可进 行焊补修复,但修复的范围应限制在深度不超过 t/3。 (2) 内径表面部分的焊接,由于不接触海水而不易产生应力腐蚀裂 纹,所以不必进行消除应力处理。 (3) 对于桨毂外表面的焊补,特别是在桨叶叶根部分的焊补,由于 焊接产生热应力,应注意避免裂纹的产生。 (4) 经验表明,不论多小的裂纹若产生在边缘都是危险的,这种裂 纹是一种很强的应力集中因素,这种情况下,螺旋桨若受到冲 击,会使大部分桨叶断裂,而其它无裂纹处可能使桨叶弯曲, 因此,采取恰当的修补程序以消除任何边缘裂纹就显得非常重 要。 (5) 焊补应在无风和非恶劣气候条件的遮蔽处所进行。 (6) 焊接开始前,工厂应向本社提交包括焊接设备、坡口型式、焊 接位置、焊接参数(电流、电压、焊接速度)、母材厚度、填充 金属、预热、层间温度控制、焊后热处理以及检验程序等的详 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 22 细焊接工艺程序技术说明书. 本社验船师应在实际焊补前按照 本须知的规定进行焊补工艺评定。铜制螺旋桨的焊补工艺及焊 工资格评定按附录 A中规定进行。 (7) 成功的铜合金螺旋桨的焊补要求焊工不仅有丰富的焊接经验和 技术还要掌握预热、焊后消除应力的知识,即焊工应持有 CCS 焊工证书(考核办法见附录 A)。 (8) 焊补前应消除焊补区域附近 150mm的金属屑、油污、泥沙、水 锈、氧化物及一切污物。 (9) 缺陷磨光后,验船师应在现场进行着色探伤检查,以确认缺陷 清除是否干净。 (10) 采取适当的加热方法有助于桨毂的拆卸和安装,而且温度 不允许超过 150℃,热源的集中是不允许的. 比较合适的热源是 蒸汽和电金属加热器。 (11) 许多证据表明锰青铜(Cu1)材质的桨毂由于采取不当的加 热方法在从轴上拆卸时会产生裂纹。 (12) 袋装固体二氧化碳(干冰)绕覆在轴前后端有助于松动螺 旋桨且是安全的方法。 (13) 青铜材质桨的各种焊补可采用金属电弧焊,对于 Cu1,Cu2 材料厚度小于 30mm,气焊即可达到满意的焊接效果。 (14) 药皮焊条的电弧焊和气体保护焊工艺(GMAW)最常被采 用. 钨极氩弧焊(GTAW)由于有较高热量输入,所以使用时应 特别注意。 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 23 (15) 所有青铜合金最好采用平焊. 如果无法采用这种焊接形 式,最好采用惰性气体保护焊(MIG)。 (16) 层间温度必须保持不高于表 7 的规定值,这点对于镍铝青 铜(Cu3)材质尤为重要。 (17) 焊补过程中,在焊下一焊道前应将上一焊道所有焊渣、咬 边和其它缺陷清除掉。 (18) 工厂应保存每一次焊补的记录,记录中应注明焊补工艺、 热处理以及焊补位置和范围。本社验船师可以随时对焊补记录 进行审查。 I.矫正矫正矫正矫正. I.1热矫正热矫正热矫正热矫正 对弯曲桨叶的热矫直可通过对弯曲部件和区域进行加热,其温 度范围表 7。 加热应缓慢均匀。 由于火焰较集中,不可采用氧化乙 炔和氧化丙烷加热,应提供充分的时间使热量非常均匀地传递到桨叶 部分的整个厚度。 在整个热矫正过程温度应控制在规定范围,热电 偶仪器可用于测量温度。保温和均匀降温可采用覆盖石棉毯的方法。 I.2冷矫正冷矫正冷矫正冷矫正 冷矫正方法只可用于桨叶尖部和边缘部件的较小缺陷修复。锰青 铜(Cu1)、镍锰青铜(Cu2)和锰铝青铜(Cu4)的冷矫直后应进行热 处理,因为这三种材质合金易于产生应力腐蚀裂纹。 I.3施加载荷施加载荷施加载荷施加载荷 热矫正和冷矫正只能采用静态载荷。 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 24 J.热处理热处理热处理热处理 J.1 应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀 (1) 锰青铜(Cu1)和镍锰青铜(Cu2)二者对应力腐蚀具有敏感性, 当桨叶边缘局部加热至 300℃以上时,受热区的两边冷却至常 温过程,会产生较高的应力,从加热温度快速的冷却会导致α 和β相的不理想分布。这种情况下的螺旋桨在海水中易于产生 应力腐蚀裂纹。因此,常会看到局部加热修复的区域自边缘向 区域内延伸的裂纹,这种型式裂纹可在浸入海水后 3个月内产 生,但若应力较低,则需一年或更长时间才能表现出来,由于 缓慢冷却会给α相形成以充足的时间,所以控制冷却速度可以 有效地解决此问题。因此,对这两种材质,无论是预热还是应 力消除操作,都必须慎重选择合适的加热程序,这意味着加热 应是缓慢的,以便热量能完全扩散。如果要使应力扩散到桨叶 的大部分区域(包括修复部分),则应将桨叶缓慢均匀地加热 至 350℃以上,然后,桨叶用绝热毯覆盖。 (2) 镍铝青铜合金(Cu3),此合金几乎不受应力腐蚀裂纹影响,因 而这个问题在修复中不必考虑。但 Cu3合金在 200℃-400 ℃ 之间易于出现脆裂,如果要求进行热处理,则加热温度至少应 在 450℃以上。 J.2预热预热预热预热 焊前预热必须仔细进行以避免局部过热,电阻加热器(金属带加 热器)和合适的瓦斯喷灯都是本须知推荐采用的。氧化丙烷和氧化乙 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 25 炔喷灯由于易产生太集中的热量,所以应避免使用。 应使热量完全传递至整个修补区域厚度和 300mm 宽的毗邻区 域。必须选择合适的加热部位,以使最大程度地防止热量扩散和受热 区域的收缩。对于桨叶 0. 7R内的修复,这种加热将包括整个桨叶宽 度的范围。 温度可由热电偶等仪器来测量。预热温度范围参见表 7,且预热 温度应一直保持到焊补结束。焊补结束后,螺旋桨应缓慢冷却至 100 ℃。 表 7预热温度范围 铜合金 级别 填充金属 最低预 热温度 ℃ 最大道 间温度 ℃ 消除应力热 处理温度℃ 热矫正温度 ℃ Cu1 铝青铜 锰青铜(见注 1) 150 300 350—500 500-800 Cu2 铝青铜 镍锰青铜 150 300 350-550 500-800 Cu3 铝青铜 镍铝青铜(见注 2) 锰铝青铜 100 250 450-500 700-900 Cu4 锰铝青铜 100 300 450-600 700-850 注:1)镍铝青铜和锰铝青铜也是可以允许的。 2) 如果填充金属为镍铝青铜则不要求消除应力处理。 J.3消除应力消除应力消除应力消除应力 用于消除应力的热处理可以采用全部螺旋桨炉内整体加热或修 复区域局部加热的办法来进行,由于第一种方法能达到均匀的结果和 较好的控制,因此,本须知建议采用此方法。 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 26 若有可能,消除应力热处理应在有合适的气压和温度控制的炉内 进行。铸件上应连接足够数量的热电偶以测量最厚和最薄处的温度。 各种型号合金的热处理温度见表 7,在达到表 7所规定的相应热 处理温度后,保温时间按每 25mm厚度 20分钟确定,且最长时间为 4小时。 冷却时应适当加以控制以使有充分的时间开成良好的微观结构 并使残余应力降至最小。通常降温速度应不超过 50℃/小时,直至温 度降至 200℃以下。 如果工厂的焊补工艺比较成熟,并且采取了有效的措施防止在铸 件上产生大的温度梯度,则可采用局部消除应力热处理。注意应对螺 旋桨焊补部位相邻的区域进行适当的监测,以确认其保持了合适的温 度梯度。 为了控制冷却速度的缓慢降低,对于局部热处理可采用石棉毯或 类似材料覆盖受热区的办法。 局部热处理可采用通过瓦斯喷灯或电金属带加热器缓慢加热至 合适的温度范围来进行。 在整个热处理过程中,应对螺旋桨桨叶提供必要的支撑。 焊补完毕,焊补区域应打磨光滑后进行外观检查和着色探伤。如 果对螺旋桨或桨叶进行了消除应力的热处理,则首先在热处理之前应 进行外观检查,然后在热处理之后还要进行外观检查和着色探伤。 k. 临时修复临时修复临时修复临时修复 如果由于时间和费用问题,永久修复不能进行时,营运船舶的损 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 27 坏螺旋桨可采用临时修复的办法,在这种情况下,关于降低转速(RPM) 或螺距和相对短的时间内再检验的遗留项目要求由本社验船师给出。 一旦桨叶断掉,可通过截断其对应另一桨叶的部位,而使轴系保 持平衡,则船舶在短时间内继续航行。 如果临时修复中,转速的减小必须考虑时,容易产生严重振动的 速度范围必须避免。 L.标记和质量证明书标记和质量证明书标记和质量证明书标记和质量证明书 L.1 制造厂应对所有已验收的螺旋桨铸件清晰地标上本社的标志和制造厂应对所有已验收的螺旋桨铸件清晰地标上本社的标志和制造厂应对所有已验收的螺旋桨铸件清晰地标上本社的标志和制造厂应对所有已验收的螺旋桨铸件清晰地标上本社的标志和 下下下下列标记:列标记:列标记:列标记: (1) 整体式螺旋桨应在靠近桨毂小端、两叶之间的回转面上,刻印 下列标记: a. 制造厂名、最后检验日期; b. 螺旋桨图号; c. 材料等级或起缩写符号,炉号; d. 直径,螺距,盘面比; e. 旋向; f. 重量; g. 冰级符号,如适用; h. 制造厂检验合格标记; i. 本社证书号; j. 本社负责检验的单位及其钢印 k. 负责检验的验船师的名字标记 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 28 (2) 组合式螺旋桨除了在桨毂表面上标上 G.1(1)所规定的标记外, 还应在桨叶的根部,在每叶的压力面方向打上桨叶序号,在备 用桨叶上打上“BY”记号,在桨叶固定螺母的下端面及螺柱(螺 栓)的端面打上两位数字,其第一位表示桨叶号,第二位表示 螺柱(螺栓)或螺母号。 (3) 允许到外单位进行加工的铸件应具有下列标记: a. 螺旋桨(桨叶、桨毂)图号; b. 炉号; c. 材料牌号; d. 制造厂检验合格标记; e. 本社负责检验的单位及其钢印; f. 负责检验的验船师的名字标记; g. 制造厂名 L.2 每一已验收合格的螺旋每一已验收合格的螺旋每一已验收合格的螺旋每一已验收合格的螺旋桨铸件应具有下列内容的质量证明书:桨铸件应具有下列内容的质量证明书:桨铸件应具有下列内容的质量证明书:桨铸件应具有下列内容的质量证明书: a. 订货方名或订货号; b. 船名或工程号,如已知; c. 螺旋桨图纸的图号; d. 螺旋桨的直径、桨叶数、螺距、旋向; e. 大侧斜角螺旋桨的侧斜角; f. 成品桨的重量; g. 合金型号、炉号、化学成分; h. 产品编号; 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 29 i. 热处理编号,如适用; j. 尺寸、形状测量记录; k. 静平衡检查记录; l. 动平衡检查记录; m. 密性试验记录,如适用; n. 无损检测方法及其结果; o. 力学性能试验结果; p. 金相检查中α相的比例(仅适用于 Cu1和 Cu2合金)。 q. 其他还应说明的事项。 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 30 附录附录附录附录 A:铜合金焊补工艺及焊工资格评定试验:铜合金焊补工艺及焊工资格评定试验:铜合金焊补工艺及焊工资格评定试验:铜合金焊补工艺及焊工资格评定试验 1 通则 评定试验中所采用的焊接程序、坡口角度、熔敷金属、预热和消 除应力热处理应和实际的焊补工作相一致。 2 焊补工艺试板制备 (1) 按照图 1所示,制备 2块板厚不小于 30mm的平位置对接焊试 板。 (2) 按照图 1所示在焊接好的试板上截取 2个拉伸试样、3个宏观 断面试样。拉伸试样尺寸见图 2。 ~280mm 截弃段 宏观腐蚀试样 拉伸试样 宏观腐蚀试样 ~200mm 拉伸试样 宏观腐蚀试样 截弃段 宏观腐蚀面 30mm 图 1 试验试样 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 31 ~280mm 10mm 10mm 6mm 熔合线 30mm R50 6mm 图 2 拉伸试样 3.试验与检验 (1)无损探伤 焊接完成后,焊区应进行 100%着色检测,不允许有裂纹. (2)宏观腐蚀 取 3个宏观腐蚀试样,见图 1。 腐蚀剂制备:5g氯化三铁; 30ml盐酸; 100mm水. 不允许有裂纹和大于 3mm的气孔。 (3) 机械性能试验 取 2个拉伸试样,尺寸如图 2。抗拉强度要求值见表 8也可采用 其它公认的标准制备拉伸试样. 表 8 抗拉强度最小值 合金级别 抗拉强度(N/mm2) Cu1 370 Cu2 410 Cu3 500 Cu4 550 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 32 (4)对于 Cu1 和 Cu2 级合金的焊补试验,还应取样对熔敷金属区、 热影响区和母材进行金相检查,拍摄这三个区域 100x的金相照片。 中国船级社铜制螺旋桨工厂认可及检验须知 33 附录附录附录附录 B 铜合金螺旋桨型式试验大纲铜合金螺旋桨型式试验大纲铜合金螺旋桨型式试验大纲铜合金螺旋桨型式试验大纲 XXXXXXXXXXXX工厂申请中国船级社工厂认可工厂申请中国船级社工厂认可工厂申请中国船级社工厂认可工厂申请中国船级社工厂认可 型式试验大纲型式试验大纲型式试验大纲型式试验大纲 A、产品认可范围:、产品认可范围:、产品认可范围:、产品认可范围: A.1材料
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