何繼鋒

(東海航海保障中心 溫州航標(biāo)處，浙江 溫州 325003)

有兩艘同一系列用于航標(biāo)巡檢補(bǔ)給作業(yè)的登陸船，一艘1997年建造(以下簡(jiǎn)稱(chēng)甲船)，另一艘2001年建造(以下簡(jiǎn)稱(chēng)乙船)。2013年乙船進(jìn)廠(chǎng)塢修，發(fā)現(xiàn)2根艉軸軸干區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，2017年甲船進(jìn)廠(chǎng)塢修，亦發(fā)現(xiàn)2根艉軸腐蝕嚴(yán)重。

2013年，乙船按照船舶修理計(jì)劃進(jìn)廠(chǎng)修理，2根艉軸上車(chē)床光車(chē)，去掉環(huán)氧樹(shù)脂保護(hù)層，然后對(duì)艉軸進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)2根艉軸軸干區(qū)域都有較大面積的銹蝕。驗(yàn)船師、船廠(chǎng)技術(shù)人員及該船輪機(jī)人員，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2根艉軸進(jìn)行了認(rèn)真查勘：2根艉軸最大腐蝕面積120 mm×10 mm，最大腐蝕深度12 mm，如圖1所示。

圖1 乙船艉軸腐蝕圖片

2017年，甲船進(jìn)廠(chǎng)修理，2根艉軸最大腐蝕面積80 mm×10 mm，最大腐蝕深度6.5 mm，如圖2所示。

圖2 甲船艉軸腐蝕圖片

1 船舶軸系的工作條件分析

船舶軸系是將主機(jī)產(chǎn)生的功率傳遞到螺旋槳，從而推動(dòng)船舶前進(jìn)的重要部件。軸系位于船體水線(xiàn)以下，其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不僅受到螺旋槳產(chǎn)生的阻力矩和推力的作用，使傳動(dòng)軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和壓應(yīng)力，而且受到軸系自重、螺旋槳重力引起的彎曲應(yīng)力，以及風(fēng)浪中螺旋槳上下運(yùn)動(dòng)的慣性產(chǎn)生的額外彎曲應(yīng)力。除此以外，軸系的安裝誤差，船體變形，軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)以及螺旋槳的不均勻水動(dòng)力作用等，都會(huì)在軸系中產(chǎn)生附加應(yīng)力，上述諸力和力矩往往具有周期性變化。當(dāng)船舶緊急停車(chē)、頻繁倒車(chē)、轉(zhuǎn)彎，或者在大風(fēng)浪中劇烈搖擺時(shí)，上述情況更為嚴(yán)重。與此同時(shí)，當(dāng)用海水做艉軸承潤(rùn)滑劑時(shí)，船舶軸系還會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

由上述分析可見(jiàn)，軸系的工作條件很差，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)損傷，嚴(yán)重時(shí)甚至斷裂。軸系修理需要船舶進(jìn)塢，工程復(fù)雜，修理周期長(zhǎng)，成本較大。

2 船舶軸系的構(gòu)造

甲、乙兩船，采用雙機(jī)雙軸推進(jìn)系統(tǒng)，間接傳動(dòng)方式。左、右軸系對(duì)稱(chēng)，兩軸系相距2 000 mm，分別平行布置在中縱剖面兩側(cè)，并與基線(xiàn)略有傾斜。每套軸系由1根艉軸、前后軸承和半聯(lián)軸節(jié)組成。

艉軸采用35#優(yōu)質(zhì)碳鋼鍛造，艉軸基本軸徑為85 mm，艉軸長(zhǎng)度5 872 mm。艉軸穿過(guò)艉軸管伸出船尾，首端與主機(jī)后側(cè)的離合器連接，尾端安裝螺旋槳。艉軸法蘭與離合器法蘭用緊配螺栓連接，為了防止艉軸被海水腐蝕以及減少軸與軸承間的磨擦損失，在艉軸管內(nèi)的軸段上裝有3道銅套。艉軸軸干裸露在海水中的部分，包裹環(huán)氧樹(shù)脂保護(hù)層。銅質(zhì)螺旋槳與艉軸之間采用錐面結(jié)合、鍵連接以及螺母緊固。螺栓上螺母的旋緊方向與螺旋槳的正轉(zhuǎn)方向相反，使得螺旋槳正轉(zhuǎn)時(shí)螺母能夠自動(dòng)鎖緊。由于船舶倒車(chē)工作時(shí)間較短，倒車(chē)功率較正車(chē)功率要小，因此采用止動(dòng)片防松。螺母外面安裝內(nèi)腔充滿(mǎn)黃油水密的流線(xiàn)型導(dǎo)流罩，它既可以減少螺旋槳的水力損失，又可以防止因海水進(jìn)入螺紋和艉軸錐體部分而導(dǎo)致銹蝕。船舶正車(chē)時(shí)的推力靠螺旋槳與錐體緊壓配合的摩擦力來(lái)傳遞，倒車(chē)時(shí)的拉力由緊固螺母來(lái)承受，轉(zhuǎn)矩則靠鍵連接和緊壓配合的摩擦來(lái)傳遞。

艉軸管裝置由鋼板焊接而成，由艉軸管、艉軸承、密封裝置、潤(rùn)滑及冷卻系統(tǒng)組成，艉軸管內(nèi)側(cè)鑲嵌襯套，在襯套的內(nèi)側(cè)壓入軸承材料。艉軸管首端法蘭用緊配螺栓固定在尾隔艙壁上，艉軸管尾端有螺紋，用螺母將其固定在人字架轂內(nèi)。艉軸管內(nèi)和人字架轂內(nèi)分別裝有前、后兩道軸承，艉軸前端采用水潤(rùn)滑填料函密封裝置，靠牛油填料阻止舷外海水大量流入機(jī)艙，填料由填料壓蓋的預(yù)緊力使其與艉軸襯套緊密接觸，以達(dá)到密封目的。該密封裝置設(shè)有進(jìn)水管，以便引入具有壓力的舷外水，對(duì)艉軸及軸承進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻和沖走積存在里面的泥沙。這種密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、工作可靠，但摩擦損失大，容易損傷艉軸軸套。

3 船舶艉軸腐蝕的機(jī)理

該類(lèi)型船舶艉軸承采用海水潤(rùn)滑，艉軸的工作面和非工作面長(zhǎng)期浸泡在海水中，海水是一種導(dǎo)電性很強(qiáng)的電解質(zhì)溶液，海水中大量氯離子的存在，使金屬表面的氧化膜遭到破壞。艉軸腐蝕過(guò)程可能是微觀(guān)電池作用，也可能是宏觀(guān)電池作用[1]。

1)微觀(guān)腐蝕電池是指在零件金屬表面上存在許多微小的電極形成的電池，又稱(chēng)微電池。微電池是由于零件金屬表面的電化學(xué)不均勻性造成的。零件表面的電化學(xué)不均勻性主要有以下4點(diǎn)。

(1)金屬化學(xué)成分的不均勻。工業(yè)上使用的金屬材料都含有雜質(zhì)、非金屬夾雜物或存在著偏析，從而造成金屬化學(xué)成分的不均勻。金屬、雜質(zhì)、非金屬夾雜物的電位是不同的，當(dāng)與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)就會(huì)形成很多的微電池。

(2)組織結(jié)構(gòu)的不均勻。在同一金屬或合金內(nèi)部存在著不同的組織結(jié)構(gòu)，因而有不同的電極電位，在有電解質(zhì)的溶液中形成微電池。

(3)物理狀態(tài)的不均勻。金屬材料在冷、熱加工后常常造成各部分變形和所受應(yīng)力不均勻，一般來(lái)說(shuō)變形大和應(yīng)力高的部位為陽(yáng)極。

(4)金屬表面膜的完整性。零件金屬表面都有一層氧化膜，如果這層表面膜不完整、有空隙或破損，就不能全部覆蓋金屬表面，空隙或破壞處的金屬電位低于表面膜而為陽(yáng)極。

以上情況表明金屬表面存在著物理和化學(xué)的差別，金屬表面各部位的電位不同，因此構(gòu)成各種腐蝕電池。

2)宏觀(guān)腐蝕電池是指發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)能夠形成可見(jiàn)電極構(gòu)成的宏觀(guān)大電池。

(1)異金屬接觸電池。兩種具有不同電位的金屬或合金相互接觸，并處于同一電解質(zhì)中，便會(huì)使較低電位的金屬不斷遭到腐蝕。

(2)濃差電池。同一金屬的不同部位與濃度或溫度不同的介質(zhì)接觸形成的腐蝕電池。

下面結(jié)合甲、乙兩艘航標(biāo)登陸船艉軸的電化學(xué)腐蝕機(jī)理作具體分析。

1)航標(biāo)登陸船艉軸本身是一種包含多種元素和化合物的鐵碳合金，存在著金屬化學(xué)成分的不均勻，組織結(jié)構(gòu)的不均勻，物理狀態(tài)的不均勻以及金屬表面膜的不完整性。因此，在海水電解液中形成微電池，鐵元素的電位低于其它元素的電位，成為原電池的陽(yáng)極，而被溶解腐蝕。

2)航標(biāo)登陸船艉軸上裝有前、中、后3道銅套和銅質(zhì)螺旋槳，由于異金屬在海水中相互接觸，鋼的化學(xué)活動(dòng)性比銅強(qiáng)，鋼的電位比銅低，成為原電池的陽(yáng)極而被腐蝕。

3)艉軸的工作面和非工作面，軸的前端與尾端，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)有細(xì)微的溫差，存在濃差電池的細(xì)微腐蝕。

4 艉軸腐蝕的原因

艉軸腐蝕的機(jī)理是電化學(xué)腐蝕，為了防止艉軸被海水腐蝕，艉軸軸干裸露在海水中的部分，包裹環(huán)氧樹(shù)脂保護(hù)層，以阻隔軸干與海水的接觸。

出現(xiàn)艉軸環(huán)氧樹(shù)脂保護(hù)層損壞而引起腐蝕的原因如下。

1)艉軸需要包裹環(huán)氧樹(shù)脂的軸干區(qū)域若除銹或清潔不徹底，易造成環(huán)氧樹(shù)脂材料與軸干金屬間接觸不良，包裹層內(nèi)存在空隙，一旦包裹層損壞，軸干會(huì)出現(xiàn)較大面積的腐蝕。

2)艉軸環(huán)氧樹(shù)脂包裹層的厚度不夠，容易出現(xiàn)包裹層破損。

3)艉軸包裹用的環(huán)氧樹(shù)脂配方不合理以及涂刷工藝存在缺陷。

4)該艉軸屬細(xì)長(zhǎng)軸，如果軸系校中和安裝質(zhì)量不佳，軸系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸撓動(dòng)，容易引起環(huán)氧樹(shù)脂包裹層的損壞。

5 船機(jī)管理方面應(yīng)該注意的問(wèn)題

1)艉軸鍛造質(zhì)量。艉軸鍛造應(yīng)該選擇有船檢資質(zhì)的生產(chǎn)廠(chǎng)家，鍛造材料要合理選擇，鍛造工藝要合乎要求。

2)艉軸軸干包裹環(huán)氧樹(shù)脂保護(hù)層時(shí)要注意施工工藝。

(1)艉軸包裹環(huán)氧樹(shù)脂保護(hù)層前，要進(jìn)行徹底除銹和清潔。

(2)包裹用的環(huán)氧樹(shù)脂材料配方要合理。

(3)艉軸包裹時(shí)，玻璃布的卷向與螺旋槳正車(chē)轉(zhuǎn)向相反，并從尾端向首端包裹。涂刷一層環(huán)氧樹(shù)脂，卷一層玻璃布，交替進(jìn)行。玻璃布的層數(shù)不少于4層，環(huán)氧樹(shù)脂包裹層的總厚度要3～4 mm[2]。

(4)要特別注意環(huán)氧樹(shù)脂包裹層與銅套的密封連接，確保艉軸非工作面與海水完全隔開(kāi)。

3)注意軸系校中和安裝質(zhì)量等問(wèn)題。

(1)軸系中心線(xiàn)彎曲度的檢驗(yàn)。軸系中心線(xiàn)在理論上應(yīng)該是處于直線(xiàn)狀態(tài)，但由于安裝誤差、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后各軸承磨損程度的不同以及船體形變影響，使軸系產(chǎn)生相應(yīng)的形變。本系列船細(xì)長(zhǎng)艉軸，本身就容易形變，若軸系中心線(xiàn)變形，工作中就更易引起艉軸環(huán)氧樹(shù)脂包裹面的損壞。因此，在安裝艉軸時(shí)要測(cè)量出軸與軸連接法蘭上的偏中值，即偏移值和曲折值，使之符合軸系法蘭校中的安裝要求。

(2)艉軸與柴油機(jī)曲軸的軸心線(xiàn)同軸度檢查。船舶由于長(zhǎng)期運(yùn)行，軸承的磨損、船體和機(jī)座的形變，致使兩端軸發(fā)生偏離，影響軸系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也會(huì)引起環(huán)氧樹(shù)脂包裹面的損壞。因此，在安裝艉軸時(shí)也要注意這方面的問(wèn)題。

(3)艉軸彎曲檢查。上車(chē)床檢測(cè)艉軸的徑向跳動(dòng)量。對(duì)徑向跳動(dòng)量較大的區(qū)域進(jìn)行冷壓校正，以盡量減少艉軸的彎曲度。

(4)螺旋槳檢測(cè)。檢測(cè)螺旋槳螺距，使之符合要求；螺旋槳靜平衡試驗(yàn)，使之符合要求。

4)船舶操縱時(shí)不應(yīng)該在“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以免軸系扭轉(zhuǎn)共振。

5)船舶平衡配載，減少船體形變。

6)定期檢查環(huán)氧樹(shù)脂保護(hù)層，避免艉軸因保護(hù)層損壞而遭受海水腐蝕。

[1] 滿(mǎn)一新，李素玉.船機(jī)檢修工藝:電化學(xué)腐蝕[M].北京：人民交通出版社，1989.

[2] 郭育標(biāo).沿海小型船舶艉軸腐蝕原因和建議的措施[J].航海技術(shù)，2007(S1)：60-61.