摘 要：混合式鑄鋼首柱在中小型高速船上用得較為普遍，本文以混合式圓鋼首柱替代混合式鑄鋼首柱進行可行性分析，認為在一定條件下，混合式圓鋼首柱比混合式鑄鋼首柱加工成本更低，施工工藝更為簡單。

關鍵詞：混合式鑄鋼首柱；混合式圓鋼首柱；中小型高速船；成本；工藝

中圖分類號：U671.3 文獻標識碼：A

1 前言

首柱是船舶首部最前端的構件，也是船體最重要的構件之一，船舶首部的外板、甲板、平臺和舷側的縱桁都是結集在首柱處。首柱是一個受力構件，要承受各種外力作用，特別是船體與其它物體的激烈碰撞。它能增強船體承受波浪沖擊力和水壓力，還能承受縱向碰撞的震動。所以首柱要有足夠的剛度和強度，能承受各種外力沖擊。

在船舶建造上，按照制造材料和制造方式的不同，首柱一般有三種：

（1）鋼板首柱。用厚鋼板焊接而成，并在縱向設有加強筋，橫向設有水平肘板，焊接成一體。鋼板首柱具有重量輕、工藝簡單等優(yōu)點，所以被現代船舶廣泛采用。

（2）鑄鋼首柱。用鋼材鑄造而成，剛度好，可以鑄造各種復雜形狀。但是其重量大，所以它適用于剖面形狀復雜和剛度要求高的地方。

（3）混合式首柱。在水線以下做成鑄鋼件，水線以上部分做成鋼板首柱，兩段焊接在一起。這種混合式首柱兼顧了鑄鋼首柱和鋼板首柱的優(yōu)點，所以現代一些大型船舶上常采用混合式首柱。

船舶首柱乃至整個首部之形狀對船的興波阻力，特別對中小型高速船影響甚大，因此在船體型線設計中為降低船舶首部的興波阻力，通常都將設計水線以及設計水線附近的幾條水線的首端形狀設計得十分尖瘦，其圓弧半徑一般都很小，也就是說首柱在設計水線附近之剖面其圓弧半徑很小，這種過小的圓弧半徑無疑給首柱的加工帶來困難。

2 首柱在中小型高速船上的應用

對中小型船來說，一般采用鋼板做首柱，成本相對低廉，重量較輕，但對中小型高速船來說，首柱過小的圓弧半徑，用鋼板難以加工，存在以下缺點：

（1）在焊接過程中容易變形；

（2）很難形成流線型結構；

（3）焊接過程中內部應力高；

（4）焊縫影響部件的外觀和可靠性。

鑄鋼首柱的成本高，重量重，對有重量控制要求的高速船來說不適用。混合式鑄鋼首柱在高速船上用得較為普遍，在水線下的較小圓弧半徑用鑄鋼件制作，水線以上則用鋼板成形，兩者再焊接在一起，這種混合式鑄鋼首柱有以下的特點：

（1）更大的設計靈活性，可自由地按照設計圖紙鑄出形狀變化的鑄件；

（2）提高整體結構強度，對高速船來說，由于速度較快，對于發(fā)生首部碰撞，混合式鑄鋼首柱比鋼板首柱強度更好，提高船舶的安全性能；

（3）與鑄鋼首柱相比，成本更低，重量更輕，但比鋼板首柱的成本高，重量重。

3 混合式圓鋼首柱替代混合式鑄鋼首柱可行性分析

盡管混合式鑄鋼首柱具有上述特點，有沒有一種成本更低，加工工藝更簡單的替代方法呢？現以一艘總長33 m的執(zhí)法艇以例（如圖1、2），以混合式圓鋼首柱替代混合式鑄鋼首柱進行可行性分析。

（1）加工工藝分析。

如圖1所示，首柱1為鋼板段，厚度t=7 mm；首柱2為鑄鋼段，采用鑄鋼牌號為ZG230-450，現采用圓鋼來替代鑄鋼段。由于首柱2段圓弧半徑是逐步變化的，圓鋼按最大的圓弧半徑購料后還需進行加工，在車床上按放樣的長度與首尾的圓弧半徑加工成錐形的圓棒，為方便與中內龍骨連接與減輕首柱重量，將圓鋼切除直徑的2/5，首尾及兩邊刨出與連接鋼板厚度相同的連接槽（如圖3所示），以便與外板相接，最后將圓鋼拉彎成首柱2段的縱向形狀后便可進行安裝。

圖3 執(zhí)法艇首柱剖面圖

（2）材料力學性能對比分析（見表1、表2）。

表1 鑄鋼的機械性能

表2 圓鋼的機械性能

以表1、表2來看，選用25號的圓鋼在強度上并不比鑄鋼差。

（3）重量對比分析。

材料的密度與加工的尺度一樣，重量相差不大。

（4）成本對比分析。

在成本上來說，鑄鋼材料與加工的成本約為12.5元/kg，圓鋼則為8元/kg，圓鋼的成本更低。

從以上分析來看，用圓鋼替代是鑄鋼是可行的，兩者相比，圓鋼首柱的特點是：

（1）在重量與強度上，圓鋼可替代鑄鋼；

（2）成本比鑄鋼的低，耗能少；

（3）在加工工藝上相對簡單，質量穩(wěn)定。鑄鋼首柱在鑄造過程易產生氣孔，在安裝前仍需大量校正打磨，圓鋼首柱不存在氣孔，外表面經機加工后不用打磨，校正也相對容易。

圖4、圖5為圓鋼首柱現場裝配圖，加工后的變形值小，圓弧半徑形狀優(yōu)美，與外板線型銜接流暢。

圖4 圓鋼首柱裝配圖a

圖5 圓鋼艏柱裝配圖b

4 結束語

圓鋼首柱替代鑄鋼首柱這種方式只能在一定的條件下使用，比如說：只能用于中小型船上，加工的尺寸有局限等。但在一定條件下，不妨是一種節(jié)能、高效的方法。

參考文獻

[1] 顧善明. 船用材料與加工工藝[M]. 北京： 人民交通出版社. 2002.

[2] 曾正明. 五金速查手冊（第3版）[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社. 2012.