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1、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
2、 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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、 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 ,
8、 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
9、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
10、 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
11、 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
12、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
13、 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
14、 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 标 准 。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
15、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
16、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
