馮興璽

（煙臺派格船舶設(shè)計有限公司，山東煙臺 264000）

船舶是一個復(fù)雜的水上工程，其中尾軸架是船舶的重要組成部分。在船舶航行時，軸支架會同時受到螺旋槳作用的水平推力、垂向升力、螺旋槳轉(zhuǎn)動時的不平衡力矩，以及由螺旋槳旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的局部振動力。軸支架設(shè)計還應(yīng)考慮螺旋槳在最大轉(zhuǎn)速時有1～2個葉片突然折斷時，仍能保持支撐作用，有足夠的強(qiáng)度抵抗離心力。

軸支架對船體的阻力影響也比較大，設(shè)計不良時會影響航行性能，且容易產(chǎn)生振動。設(shè)計較佳的軸支架其阻力應(yīng)不超過裸船體阻力的4%～8%，且可以降低功率損耗。所以軸架支臂應(yīng)設(shè)計成流線型的剖面。

1 概述

尾軸架有受沖擊力大、受力方向不確定、對船舶阻力有影響、所處環(huán)境溫度較低等特點(diǎn)。鑄鋼件的靈活性對產(chǎn)品的形狀和尺寸給了最大的設(shè)計自由，可以做流線型；相比鍛鋼件，鑄鋼件的力學(xué)性能的各向異性并不顯著，滿足軸支架的受力復(fù)雜的要求。所以船舶尾軸架一般采用船體結(jié)構(gòu)用鑄鋼件。

本文結(jié)合一艘客滾船的尾軸架，提供一種流線型軸支架的外形設(shè)計方案，闡述船用鑄鋼件的技術(shù)要求。

2 流線型軸支架的剖面形狀及型值表

圖1 船尾主視圖

圖2 尾軸架3D模型

圖3 尾軸架圖

圖4 軸支架剖面形狀

表1 軸支架型值表(參照NACA022)[1]

3 鑄鋼件的化學(xué)成分

鑄鋼件應(yīng)采用鎮(zhèn)靜鋼制成，鑄鋼件的熔煉分析化學(xué)成分應(yīng)符合表2規(guī)定。

表2 船體結(jié)構(gòu)用鑄鋼件的化學(xué)成分[2] ωB/%

4 鑄鋼件的熱處理

本船鑄鋼件重量約為1.6t，屬于小型鑄鋼件，可以采用正火+回火工藝。一般情況下，正火溫度可控制在900～970℃，空冷。回火溫度推薦在600～620℃，空冷。重新熱處理的次數(shù)不超過2次（回火次數(shù)不做限制）。

5 鑄鋼件的力學(xué)性能

5.1 鑄鋼件試件的選取

鑄鋼件的試件應(yīng)與鑄鋼件的同爐鋼水鑄成，并同鑄鋼件附帶一起澆鑄，同爐熱處理。制備1個試件和1個拉伸試樣；并從試件上制取一組三個夏比V型缺口沖擊試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

5.2 鑄鋼件試件的力學(xué)性能

鑄鋼件試件的力學(xué)性能如表3所示。

5.3 夏比沖擊試驗(yàn)技術(shù)要求

對于焊接結(jié)構(gòu)用鑄件，為了保證鑄鋼件的韌性，防止焊接裂紋，應(yīng)增加沖擊試驗(yàn)作為檢驗(yàn)項目。由于V型缺口更能反映結(jié)構(gòu)破損的實(shí)際情況，沖擊試驗(yàn)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)夏比V型缺口試樣。試樣取自試件距表面t/4處，試驗(yàn)溫度為0℃，沖擊能力應(yīng)不低于27J。

表3 船體結(jié)構(gòu)用鑄鋼件的力學(xué)性能

6 鑄鋼件質(zhì)量要求

鑄鋼件應(yīng)按照1:1線型制作，澆鑄孔和定位孔在澆鑄后加工，表面和內(nèi)部應(yīng)無裂縫、縮孔、冷隔、結(jié)疤等明顯缺陷，以及會影響鑄鋼件使用的其他缺陷，如氣孔等。

鑄鋼件表面應(yīng)打磨光順、無毛刺等尖角，外表面涂底漆，但不可進(jìn)行敲打或錘打等方式掩蓋其表面的缺陷。鑄鋼件應(yīng)做以下標(biāo)記：爐號、船檢印記、船號，以上所有印記均為金屬印記。

6.1 鑄鋼件外觀尺寸檢查

表面粗糙度應(yīng)符合GB6060.1-85，本船尾軸架鑄造面表面粗糙度Ra≤12.5μm，軸轂表面粗糙度 Ra≤6.3μm。

重量公差應(yīng)符合GB/T11351-89，本船重量公差選取 MT 10級，公差數(shù)值為6%，上偏差為3%，下偏差為3%。

6.2 鑄鋼件無損檢測

鑄鋼件應(yīng)進(jìn)行磁粉探傷檢驗(yàn)和超聲波探傷檢測。

6.2.1 磁粉探傷檢測

軸支架支臂、軸轂、支臂與軸轂結(jié)合處應(yīng)做磁粉探傷檢測，磁粉探傷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見表4。

6.2.2 超聲波探傷檢測

鑄鋼件超聲波探傷應(yīng)在熱處理后進(jìn)行，若探傷發(fā)現(xiàn)缺陷須挖掉補(bǔ)焊，補(bǔ)焊區(qū)應(yīng)在去應(yīng)力處理后，再做探傷檢查。

7 缺陷處理

（1）缺陷部位可用氣割、氣創(chuàng)、鏟鑿、打磨等方法予以清除，缺陷清除后無需焊補(bǔ)的部位，底部應(yīng)打磨成圓弧，圓周部位應(yīng)打磨成平滑過渡，不能有顯著變化的部位。

（2）缺陷清除后凹坑深度使壁厚減薄到小于壁厚公差的下限時，應(yīng)予以焊補(bǔ)，焊補(bǔ)部位應(yīng)打磨整形適合焊補(bǔ)的形狀。

（3）焊接用的焊條，應(yīng)使用低氫焊條，焊條使用前應(yīng)在300～350℃的烘箱內(nèi)烘烤1小時以上，焊接金屬的力學(xué)性能應(yīng)不低于鑄件的力學(xué)性能。

表4 磁粉探傷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（4）焊補(bǔ)坡口區(qū)及周圍約20mm范圍內(nèi)，應(yīng)徹底清除油脂、水分、銹斑及其他雜物。坡口根部的裂紋性缺陷應(yīng)徹底清除。

（5）焊后熱處理應(yīng)在爐內(nèi)進(jìn)行，加熱溫度550～650℃，保溫時間不小于30分鐘，然后緩慢冷卻。

（6）焊補(bǔ)后應(yīng)打磨處理，其表面粗糙度Ra≤12.5，并且采用超聲波探傷檢測，以確認(rèn)其完好性。