汪永茂，金 軍

（1.上海華潤大東船務工程有限公司，上海 200120；2.滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引 言

當船舶航速低、螺旋槳負荷大時，配以適當?shù)膶Я鞴芸墒雇屏υ龃?，提高推進效率。含導流管的螺旋槳多用在拖船以及限制吃水的船舶上。它是由特定剖面形成的環(huán)，安裝于船舶艉部，與螺旋槳安裝在同一軸線上，并套在螺旋槳上的一個鋼制多曲面組合體上。由于在使用過程中承受載荷復雜，對結(jié)構(gòu)的防腐要求高，因此對導流管制造工藝也提出了特殊的要求。

1 導流管的結(jié)構(gòu)與種類

導流管是由內(nèi)、外殼板、內(nèi)部環(huán)形隔板和縱向筋板焊接而成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，螺旋槳位于導流管最小截面處，導流管的轉(zhuǎn)動軸線通過螺旋槳圓盤面，槳葉端部與該處導流管內(nèi)壁之間的間隙應盡可能地小，通常不超過螺旋槳直徑的0.5%或1cm[1]。

根據(jù)工作狀態(tài)導流管分固定式和轉(zhuǎn)動式2種，固定式導流管固定在船尾，通常將軸架和舵葉下支承組合在一起；轉(zhuǎn)動式導流管可繞豎軸轉(zhuǎn)動，一般約轉(zhuǎn) 40°，并可兼作舵使用。采用轉(zhuǎn)動導流管，可改變螺旋槳尾流方向，提高了船舶的操縱性，特別是低速航行時的機動能力。

為防止導流管內(nèi)壁的腐蝕，螺旋槳區(qū)域內(nèi)應采用耐腐蝕材料，所有對接焊縫應磨平。采用耐腐蝕材料其板厚可減少15%。

2 導流管的作用[2]

采用導流管能提高推力和推進效率的原因如下：

1)導流管從進口到螺旋槳盤面處的管段過水斷面逐漸收縮，水流速度在管內(nèi)逐漸加大，相當于間接地加大了螺旋槳的進速系數(shù)，從而提高了螺旋槳的效率；

2)槳后尾流受導流管結(jié)構(gòu)限制不能收縮，使導流管出口處的軸向誘導速變小，更有利于螺旋槳的推進；

3)葉梢和導管間距很小，葉面和葉背壓力差所引起的葉梢渦流損失減少；

4)由于導流管內(nèi)螺旋槳的泵水作用，使管內(nèi)水流速度大于管外，形成管內(nèi)壓力小于管外壓力，其壓力的合力方向指向?qū)Я鞴苤行那移x船舶的前進方向。將合力分解為一個徑向分力和軸向分力，因為導流管是封閉的圓筒形，周圍的徑向分力互相抵消，這樣，只剩軸向分力推動導流管，有利于船舶前進。實際上，作用于導流管上的軸向力還需考慮導流管自身受到的水流阻力消耗。

3 3530kW（4800HP）拖船導流管制作

該船的導流管是一個雙曲筒形結(jié)構(gòu)，呈喇叭口形。整個組合體包括導流管本體、舵鈕托架、尾軸架和導流管柄四部分，采用CCS（中國船級社） A，S.S316不銹鋼、鑄鋼材料，組件約重3t（單側(cè)），左右對稱，見圖1。因為要與舵鈕托架相接，需考慮船體舵系的定位，這就使得導流管制作、焊接和安裝工藝變得更為復雜。

3.1 胎架制造

胎架是船體分段裝配與焊接的一種專用工藝裝備，必須有一定的強度和剛性，并且胎架型值所形成的工作面應與結(jié)構(gòu)外形相貼合。胎架的結(jié)構(gòu)形式分為胎板、桁架、支柱3種，結(jié)合該船導流管的外形，需制作

一特殊的專用胎架，為支柱和胎板混合形式，見圖2。

圖1 導流管組合

圖2 胎架外形

根據(jù)導流管內(nèi)側(cè)板型值，徑向設置 12塊曲線模板，保證導流管馬鞍形曲面板的外形。并在上下做兩個水平的假平臺，見圖3。為確保該胎架的剛性，其水平胎板厚12mm，徑向胎板厚10mm。各徑向和水平胎板皆用數(shù)控下料，水平胎板可分數(shù)塊上胎架合攏，胎架合攏需對角拉線復對同心，且保證同一水平高度。各徑向胎板按尺寸要求開缺口，間隙0.5mm，方便水平加強筋的嵌入安裝。并在距胎架基線1325mm高度處噴水平線和板縫斷線，徑向胎板分中安裝理論線與導流管徑向肋板一致，并在1325mm水平線處打定位點方便結(jié)構(gòu)定位安裝。

3.2 導流管各部件的組合

導流管筒體在胎架上裝配定位，待導流管內(nèi)側(cè)板、徑向肋板、環(huán)向肋板定位焊后裝上下圓鋼，然后安裝舵鈕托架和導流管柄，導流管筒體內(nèi)部各結(jié)構(gòu)按焊接方法和次序燒焊結(jié)束再封外側(cè)板，見圖 4。根據(jù)舵鈕托架中心線位置、最前端距下圓鋼底端距離 500mm，距中1241mm。整個托架上平面與筒體相切，即該平面豎直向下，利用線錘定位，確定舵鈕托架位置。導流管柄需單獨組裝一體，包括上封板下的襯墊板焊接，但上封板暫不焊。

導流管柄定位之前，內(nèi)側(cè)板外側(cè)在導流管柄區(qū)域應做好導管中心線的標記，將圓鋼與內(nèi)側(cè)板先焊接好，再根據(jù)距胎架中心線2203mm、導流管柄的中間縱向隔板的FR-1位置（距導流管水平中心線距離39mm），定位導流管柄。在導流管不銹鋼內(nèi)側(cè)壁打上十字定位點，以備上船安裝定位用。

3.3 制造要求

1)徑向胎板垂直度1/1000；

2)徑向胎板與胎架平臺理論劃線偏差±1mm；

3)水平胎板高度與理論高度尺寸±1mm；

4)徑向和水平胎板位置偏差≤2.0mm；

5)水平胎板的彎曲度≤2mm（在700mm范圍內(nèi)）；

6)導流管內(nèi)側(cè)板上胎架與徑向和水平胎板復合間隙≤0.5mm；

7)導流管中心線處直徑與實際尺寸2480mm的偏差±2mm。

3.4 焊接要求

1)內(nèi)殼板同環(huán)形隔板的連接采用雙面連續(xù)填角焊，外殼板應盡可能采用與環(huán)形隔板連續(xù)焊，開槽焊要求[3]環(huán)形隔板焊孔長度≥90mm，寬度≥2t (t為導流管殼板厚度)，最大30mm，間距≤150mm，孔內(nèi)焊縫的最小焊喉厚度為0.7t；

2)焊條牌號為A302（相當于AWS E309-16），并具有質(zhì)保書。焊條應經(jīng)烘干后使用，烘焙溫度為200～250℃，保溫1h。焊工應具有CCS或其他船級社的焊工合格證書，并在產(chǎn)品焊接之前由CCS船檢師認可后方可進行產(chǎn)品焊接；

3)構(gòu)架件安裝定位焊時，應采用A302焊條焊接，焊條直徑≤4mm。定位焊長度≥50mm，焊縫應具有足夠的厚度，并盡可能填滿弧坑；

4)采用直流反接（DCEP）的電源極性，其焊波寬度不大于焊條直徑的2.5倍，立焊不大于焊條直徑的3倍；

5)角焊縫推薦焊接參數(shù)見表1。

表1 A302焊條不同焊接位置的焊接參數(shù)

(6)角焊縫焊腳應≥6mm，焊接速度不宜過慢，焊縫與基體金屬應熔合良好，焊趾整齊，單道角焊縫兩側(cè)焊腳的偏差應≤2mm。嚴格控制道間溫度，每一焊道焊接前，角焊縫施焊側(cè)溫度應控制在100℃以下。

7)不得在不銹鋼上隨意引擦弧，無論是對接縫定位焊還是角接縫內(nèi)定位焊，引熄弧均需在引熄弧板上或焊縫內(nèi)進行，且定位焊藥渣必須清除。

8)表面焊縫焊完后，反面焊縫清根必須用批鏟清除，嚴禁采用碳刨。

9)多層焊時，每焊完一層需徹底清除熔渣，對焊縫仔細檢查，當無缺陷時并等前一層焊縫冷卻到60℃以下再焊下一層，在不銹鋼板與異種鋼焊接時，第一道焊須靠異種鋼一側(cè)先打底焊作為過渡，然后再對過渡層與不銹鋼進行焊接，以此類推。

10)導流管軸轂鑄鋼與尾軸架的焊接必須對焊道預熱到規(guī)定的溫度。

4 控制變形措施

為控制導流管周向的焊接變形，避免完工后尺寸有偏差影響螺旋槳的安裝，除了對導流管各零件的下料、加工、焊接等工序做到精確，在施工中還需采取必要的防范措施。

為確保導流管的同心圓尺寸，除了采用傳統(tǒng)的“米”字形工裝加強，還需加裝幾層環(huán)形假平臺來控制導流管的變形。

胎架半徑留有1mm反變形補償值，制作完畢后筒體需測量上下口直徑及導流管中心線處實際尺寸，并記錄，上下口要求加強才能脫離胎架。

導流管焊接次序為先焊接內(nèi)側(cè)板的縱向板縫，再焊上下內(nèi)側(cè)板與不銹鋼的環(huán)縫，該環(huán)縫采用十字交叉逐步退焊法，焊接時注意用小電流，小直徑焊條，見圖5。

圖5 焊接次序

5 防腐及密性要求[4]

導流管是水下裝置，要求結(jié)構(gòu)密閉，耐腐蝕，因此在制作過程中，除了板材前期需噴砂除銹涂底漆外，在封板前還要對內(nèi)部結(jié)構(gòu)刷一層瀝青漆，并在導流管體外設置鋅塊作為犧牲陽極以達到導流管的電化學防腐要求。而密性，要求整體機構(gòu)充入惰性氣體后，內(nèi)部氣體在0.05MPa的壓力上保壓至少5min，若整體無氣體泄漏，方為合格。

6 結(jié) 語

通過對胎板精確放樣，胎架按線型制作，并制定嚴格的焊接要求及焊接順序，經(jīng)過一系列的工藝措施保證，在3530kW拖輪導流管的制造上達到了理想的效果，為后續(xù)上船的精確安裝和使用起到關(guān)鍵作用，同時，也為今后此類型結(jié)構(gòu)的導流管制作與焊接提供切實可行的參考方法。

[1] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設計實用手冊舾裝分冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.

[2] 童復興.淺談導流管的作用、損壞原因和修理工藝[J].航海技術(shù)，1992, (5): 47-48.

[3] 中國船級社.鋼制海船入級規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[4] 曾小磊.船舶導流管組件制造工藝的要點分析[N].科技創(chuàng)新導報，2011, (14): 76-77.