7.5 Контроль местной прочности судна

Под местной прочностью судна понимают прочность отдельных частей корпуса: днищевых и палубных перекрытий, переборок и платформ, крышек грузовых люков и других конструкций. Местная прочность также должна быть обеспечена, её нарушение может привести к аварийным последствиям – нарушению непроницаемости корпуса, смещению грузов и другим опасным ситуациям. Прочность отдельных конструкций корпуса судна регламентируется Правилами Регистра судоходства.

В судовой документации оговариваются предельные допустимые нагрузки на отдельные конструкции в виде наибольших нагрузок на 1 площади днищевых и палубных перекрытий, люковых крышек и т.д. Контроль местной прочности состоит в недопущении перегрузок конструкций по сравнению с установленными для них предельными значениями.

В процессе эксплуатации судна при перевозке так называемых крупногабаритных тяжеловесных грузов (автомобилей, контейнеров и др.), возникает ситуация, когда вес Р этих грузов распределяется между опорами с малой опорной поверхностью и тогда для предотвращения разрушения судовой конструкции определяют удельную нагрузку по формуле:

где n- количество опор груза;

F- площадь опорной поверхности м².

Если же вес Р такого груза неизвестен, а известны такие его характеристики: объем V, и удельный погрузочный объем, тогда фактическую удельную нагрузку определяют по формуле:

На судне, предназначенном для перевозки навалочных грузов, в судовой документации вместо удельной нагрузки оговаривают допустимый вес Р груза, который можно погрузить в грузовые отсеки.

7.6 Судостроительные материалы

При постройке и ремонте судов применяют различные материалы: металлы, дерево, пластмассы и др., обладающие определенными химическими, физико- механическими и технологическими свойствами, которые учитывают при постройке и ремонте судовых конструкций. Каждая поставляемая на судостроительный и судоремонтный заводы партия материала обязательно сопровождается документом – сертификатом, в котором указаны все его качества; в лабораториях заводов материал проходит химические, механические и технологические испытания.

При назначении марок материала для изготовления какого-либо судового изделия (деталей корпусов, механизмов, оборудования) руководствуются действующими правилами Регистра и Государственными стандартами. Основным материалом для постройки и ремонта судов служит углеродистая сталь, а для ряда морских и смешанного плавания (река-море) судов – низколегированные стали, обладающие повышенной прочностью и облегчающие массу корпуса. При изготовлении и ремонте корпусных конструкций судов используют только стали по ГОСТ 5521-67.

Судостроительные стали в зависимости от их основных характеристик и назначения изготовляют следующих марок:

Углеродистая – С, - ВМСтЗсп (по ГОСТ 380-71)

Низколегированная – 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД (по ГОСТ 5521-67).

Углеродистую сталь С применяют для постройки и ремонта морских судов; углеродистую сталь ВКСт3сп обыкновенного качества – судов внутреннего и смешанного (река – море) плавания.

Судостроительная сталь должна:

• обладать некоторой устойчивостью против коррозии (в воде и на воздухе);

• выдерживать обработку в горячем и холодном состояниях;

• хорошо свариваться дуговой сваркой;

• выдерживать загиб на 180 градусов в холодном состоянии по оправке.

Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0,14 – 0,22 %), серы и фосфора (не более 0,05% каждого). Сера придает металлу красноломкость, а фосфор – хладноломкость. При красноломкости металл трескается и ломается в нагретом состоянии; хладноломкость – способность металла снижать вязкость при пониженных температурах.

Низколегированные стали (выше перечисленных марок) отличаются низким содержанием углерода (не более 0,12%); в стали добавляют легирующие элементы: кремний, марганец, хром, никель, медь; и профильного проката; различают: толстолистовую сталь (толщина листов 4-56 мм); тонколистовую сталь ( толщина листов 0,9 – 3,9 мм );, фасонную (или профильную ) сталь (рис. 7.10): равнобокий угольник, неравнобокий угольник, швеллер (корытный профиль), двутавр, углобульб, полособульб, симметричный полособульб, люковый сегментный (полукруглый), круглые профили.

Рис. 7.10 Профильный прокат:

1 – равнобокий угольник, 2 – неравнобокий угольник, 3 – швеллер, 4 – двутавр, 5 – углобульб, 6 – тавр, 7 – полособульб, 8 – симметричный полособульб, 9 –люковый профиль, 10 – сегментный профиль, 11 – прутковая сталь, 12 – труба

В зависимости от назначения низкоуглеродистые стали подразделяются на группы: А – стали, контролируемые по механическим свойствам используемые для изделий, которые при изготовлении не подвергаются горячей обработке (сварке, ковке и т.д.), т.е. материал сохраняет механические свойства, которые сталь получила после горячей прокатки; Б – стали контролируемые по химическому составу. Структура и механические свойства металла изменяются лишь в зоне термического влияния сварки, а за пределами сохраняются в исходном состоянии. Стали группы В, контролируемые по механическим свойствам и химическому составу применяют в качестве судокорпусных.

В обозначение стали входят буквы Ст и номер 0, 1, 2, 3.4. По мере повышения содержания углерода (от 0,06-0,12 до 0,23) повышается прочность, но снижается пластичность стали и номер в обозначении возрастает от 1 до 4. Буквы «сп», «пс» и «кп» являются сокращением «спокойная», «полуспокойная» и «кипящая». Они обозначают степень раскисления стали. Буквы Б и В перед обозначением марки указывают группу стали (буква А не указывается). При повышенном содержании марганца в обозначение вводится буква Г, например, Ст3Гпс. Количество нормируемых показателей стали зависит от категории, указываемой в конце марочного обозначения. В судостроении применяют пять категорий сталей А, В, D, Е, F. Прокат из сталей А, В, D, Е и F относят к высшей категории качества. Повышенное сопротивление хрупкому разрушению сталей достигнуто увеличением содержания марганца до 1,5% и существенным совершенствованием технологии металлургического производства. По согласованию, применяющийся для раскисления стали алюминий может быть частично заменён титаном или ниобием, измельчающими зерно. Стали категорий А, В, D, Е с гарантированным пределом текучести 235 Мпа должны обеспечивать работу удара не ниже 31 Дж, а стали категорий А32, D32, Е32. F32 с пределом текучести 315МПа, стали А36, D360, Е36, F36 пределом текучести 355 Мпа и стали А40, D40, Е40,F40 с гарантированным от 390 Мпа пределом текучести работу удара не ниже 36 Дж. Значение работы удара для стали категории А определяют при 0°С, для стали категории D при -20°С и для стали категории Е при -40°С, а для категории F при-60° С. Столь высоких значений механических свойств достигают благодаря рациональному выбору состава сталей и совершенствованию технологий их выплавки и раскисления, Регистр регламентирует районы целесообразного применения сталей повышенной прочности по длине и высоте корпуса судна

Выбор стали для элементов корпуса, подверженных воздействию низких температур производится по таблицам» Правил» для 1.2.3 групп связей, исходя из фактически принятой категории и толщины элемента (от 0 до 50 мм) и расчетной температуры конструкции в пределах от 0° до -60° С.

Для соединения элементов корпуса и ремонта, в основном, применяют дуговую сварку плавящими электродами, которую выполняют вручную, автоматами и полуавтоматами. Сварка может выполняться на переменном и постоянном токе в различной газовой среде и под водой.

Разновидности дуговой сварки являются:

• сварка под флюсом;

• сварка покрытыми электродами;

• сварка в среде защитных газов.

Ручная дуговая сварка выполняются в нижнем, вертикальном и потолочном положении, а сварка под флюсом только автоматами или полуавтоматами в нижнем положении или при углах наклона 15-20.

Сварка в углекислом газе применяется для угловых швов в нижнем, вертикальном и потолочном положении.

Основными типами сварных соединений являются соединения встык и тавровое, а соединение внахлестку не находит применения. Для обеспечения полного провара в стыковом шве используется разделка кромок нескольких типов: без скоса кромок V, X и U образные.

Для провара в тавровых соединениях используются двухсторонние, односторонние, цепные и шахматные швы.

Вопросы ухода за корпусом судна, очистке, окраске, защите, ремонте и др. рассмотрены в [19].