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船舶尾轴螺栓损坏的四个原因及对策

时间:2018/1/26 13:13:35 点击:

  内容提示:实例说明坞期间,拆卸艉轴与中间轴链接螺栓的过程,操作要点,关键数据,以及损坏后的选材、加工和安装链接螺栓的关键操作。...
0.引言
船舶进坞后,对于需要拆中间轴、拉艉轴的船舶,就必须把艉轴与中间轴链接法兰上的螺栓全部拆出。该螺栓与法兰孔是“过盈”配合,俗称“过盈螺栓”,又称“铰制孔螺栓”。
根据业内不完全统计,在首次拉艉轴作业的船舶中,有不少于70%的船舶,在拆艉轴与中间轴法兰链接螺栓时,会造成螺栓及法兰孔的损坏。对于部分轻微损伤的,可在现场做简单的打磨修复后,完成最后的装配;但对于严重损伤的,螺栓报废需新做,法兰需镗孔处理。这将严重影响船舶修期,造成大量预算外开支,给坞修工作带来极大麻烦。
1.拆卸艉轴与中间轴链接螺栓案例
某52000T载重吨的散装船,国内某船厂2012年制造出厂。2017年第一次坞修,在坞内进行拉艉轴作业,就遇到艉轴与中间轴链接螺栓拆不出来的情况。虽然采用了多种方法,还是造成了多个螺栓的损坏,耽误了一定的船期。
(1)过盈螺栓常规拆卸法
该轮中间轴轴径φ420 mm,两端法兰直径φ900 mm,分别与艉轴和主机飞轮相联接。螺栓孔直径为46mm。每对法兰配备12个过盈螺栓,整个轴系配有24个过盈螺栓。
正常情况下,拆卸该螺栓的方法是由人工使用重锤敲打出来,但该船的链接螺栓在长时间、反复敲击后,均无法拆出。
(2)过盈螺栓液压拆卸法
改用专用液压工具拉螺栓,图1所示。安装完专业液压工具后,逐步加压,观察过盈螺栓是否有向外拨出的迹象。在正常操作程序情况下,液压压力达到40MPa时,就能够把该螺栓拉出,螺栓和法兰孔均不会有大的损伤。艉轴与中间轴链接螺栓可重复使用,在安装时,只要一一对应,原样安装即可。
在正常拉力无法拉出螺栓的情况下,一般是逐步加压,最多加压到80MPa。如果在80MPa能够拉出螺栓,螺栓和法兰孔一般会受到轻微伤害,经过现场简单修复后,还能够继续使用,影响不大。如图2所示,轻微损坏的法兰孔。
如果继续加压,最终是一定能够拉出艉轴与中间轴的链接螺栓。但是,如在二倍于正常拉力的作用下,还是无法拉出过盈螺栓,就必需停止液压作业。否则将造成巨大的损失。
船舶尾轴螺栓损坏的四个原因及对策
图1如上
船舶尾轴螺栓损坏的四个原因及对策
图2如上
2.过盈螺栓损坏的原因 
    如果采用继续加压方式拉出螺栓,势必造成螺栓及法兰孔的严重损坏。新船第一次进坞时,发生这种情况的几率是非常高的。可能存在的原因是:
(1)艉轴螺栓材料的加工工艺存在缺陷;
(2)轴系安装施工工艺存在缺陷;
(3)运行过程中,轴系对中变形的缺陷;
(4)运行中,轴系或螺旋桨受到外力的冲击等等。
以上一种或多种原因共同作用下,使得轴系运行中受到剪切力和拉伸力的交替作用,在螺栓局部形成交变应力。在该应力的长期作用下,螺栓和法兰孔的接触面,产生了金属融着现象,使螺栓和法兰孔之间的局部产生粘连。在拆螺栓时,就会造成螺栓与法兰孔的损坏。俗称“切肉”现象,如图3和图4所示。
3.采用“电熔”烧毁螺栓保护法兰的拆卸法
我轮在螺栓拆卸时加压到80MPa,依然有多只螺栓没有能够拉出来。如果强行拉出该螺栓,势必造成螺栓和法兰孔同时损坏。螺栓损坏,可以新做。但如果法兰孔被大块“切肉”,或者贯穿性的损坏,就需要对法兰重新镗孔、精磨,修复。再根据新的法兰孔尺寸,适配过盈螺栓,这将造成修期和费用的极大损失。
再者,由于中间轴本体和法兰是整体锻造的大件,移进车间是一件非常困难的事。因此一般只能由专业厂家,利用新型的回转式自动车床,在现场进行铛孔处理。这样的施工方案,相当费时,且价格昂贵。
船舶尾轴螺栓损坏的四个原因及对策
图3如上    
船舶尾轴螺栓损坏的四个原因及对策
图4如上

因此,为防止螺栓和法兰孔双双损坏,在无法使用常规拉力拉出螺栓时,就停止了盲目拉螺栓。
正确的做法是:使用“电熔”法破坏性地把螺栓烧掉,螺栓在大电流的作用下,瞬间熔化,而法兰孔丝毫不伤,从而起到保护法兰孔的目的。
4.艉轴与中间轴链接螺栓的材质与加工
采用“电熔”法烧毁螺栓后,马上在市场上寻找加工艉轴与中间轴链接螺栓的毛坯材料。该螺栓的毛坯材料由42CrMo合金钢锻造而成,需对锻件进行“调制”处理,包括淬火和回火处理,回火温度不低于550℃,以达到如下机械性能:抗拉强度为880 N/mm2。布氏硬度255-311 HB。
经船级社检验合格的毛坯材料,经初加工、精加工、质检等步骤,做成合格的艉轴螺栓,才能安装使用。
过盈螺栓的过盈量一般在1-3丝。由于艉轴或中间轴这样的大件加工难道比较高,在出厂时,一般会造成每个法兰孔的尺寸略有差异。
为了控制好过盈量,艉轴螺栓的精加工是根据具体的每个法兰孔尺寸,进行精磨加工的。也就是说,过盈螺栓和法兰孔是一一对应的,不能互换。新配螺栓,需要精密测量法兰孔的尺寸,以过盈2丝的标准去加工新的螺栓,最终以达到每个螺栓和法兰孔的配对过盈量在1-3丝的范围内。
5.艉轴与中间轴链接螺栓加工步骤
(1)毛坯材料42CrMo合金钢锻在车间,进行切割断料,上车床,初加工,形成螺栓的初步形状。
(2)初加工成型的螺栓,上冼床,加工螺栓头方块,先形成毛坯螺栓,并多加工几只,存船备用。
(3)毛坯螺栓再上车床进行精加工,达到预定的尺寸。一般比标准尺寸预留3-5丝的余量,以备下一步精磨时有足够的余量。
(4)精加工处理后的螺栓,再上磨床,对螺栓进行精磨处理,确保合理的过盈量,以及合适的表面光洁度。
    经过以上步骤,最终完成螺栓的精加工。每个螺栓上都有标号,和法兰孔一一对应,确保有1-3丝的过盈量。见图5和图6所示。
船舶尾轴螺栓损坏的四个原因及对策
图5 如上
船舶尾轴螺栓损坏的四个原因及对策
图6 如上

6.艉轴(中间轴)螺栓最后安装
加工好的艉轴与中间轴链接螺栓,在现场安装前,将螺栓埋入干冰中,经干冰速冻半小时左右,取出,立即进行安装,只需使用小锤,轻轻敲击,即可安装到位。如果非常轻松、或难以安装到位,说明螺栓的过盈量可能存在问题,必需重新进行测量加工。
经历了一系列曲折的过程,耽误二天的船期,最终全部完成了本次“艉轴螺栓损坏故障”的处理。

作者:张云龙 来源:机务之家

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