某船舵系修理與檢驗(yàn)

趙長(zhǎng)斌

(中國(guó)船級(jí)社天津分社，天津 300457)

某船在南美接受檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)舵葉下沉，由于當(dāng)?shù)夭痪邆溆谰眯孕蘩項(xiàng)l件，故采取水下臨時(shí)性修理措施后滿載自主航行回國(guó)內(nèi)，在天津港進(jìn)行永久性修理。

1 基本信息

該船舵桿的基本參數(shù)，材質(zhì)，S45C(日本標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于中國(guó)的45#鍛鋼);舵桿錐體錐度:1∶10;錐體大端直徑:390mm;錐體長(zhǎng)度:580mm。

2 水下檢驗(yàn)情況與臨時(shí)水下修理措施

該船舵系型式為半懸掛舵，經(jīng)水下檢查發(fā)現(xiàn):舵桿下端螺母松脫，舵葉整體下沉約76mm，導(dǎo)致舵葉觸碰掛舵臂，舵葉上檢查孔板焊縫有裂紋，舵葉向后傾斜。

由于發(fā)現(xiàn)舵下沉?xí)r船舶處于滿載狀態(tài)，且當(dāng)?shù)夭痪邆溥M(jìn)塢條件，因此船東安排施工單位進(jìn)行水下修理，施工過(guò)程如下。

首先在舵葉和船體上焊吊環(huán)，將舵葉盡可能提升至原高度;舵葉提升后，割除上檢查孔板，以舵桿下端螺母與舵葉間距為高度加工2塊半圓形墊塊，并將其至于螺母與舵葉之間，并與螺母、舵葉焊在一起;為防止舵葉與螺母繼續(xù)下移，新制保險(xiǎn)桿和封板，將封板與螺母焊接，保險(xiǎn)桿穿過(guò)封板與螺母焊接;為保證舵效，用4塊肘板將封板、螺母、墊塊、舵本體焊接在一起，肘板同時(shí)也是防止舵葉、螺母繼續(xù)下沉的措施，修理完成圖見(jiàn)圖1。

圖1 臨時(shí)修理完成圖

這一水下臨時(shí)修理用時(shí)約1周，用料簡(jiǎn)單且對(duì)零部件加工工藝、精度均沒(méi)有太高要求，修理后該船滿載從南美回到國(guó)內(nèi)，船長(zhǎng)反映操舵正常，船進(jìn)塢后發(fā)現(xiàn)所有臨時(shí)修理部件狀況良好，證明了臨時(shí)修理的有效性。除了對(duì)施工人員水下焊接技術(shù)要求較高外，該方案不失為一種快捷有效的針對(duì)舵下沉事故的應(yīng)急修理方案，值得我們學(xué)習(xí)和技術(shù)儲(chǔ)備。

3 進(jìn)塢后損壞情況檢查、原因分析及舵系的永久性修理

3.1 損壞情況

船舶進(jìn)塢后，舵葉、舵桿解體及無(wú)損探傷后發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題。

3.1.1 舵葉

1)舵葉目檢未見(jiàn)明顯變形，隨邊對(duì)稱性良好，線型正常;舵葉本體未發(fā)現(xiàn)裂紋，舵桿螺母鎖閉桿已脫落。

2)舵桿目檢未見(jiàn)明顯變形和裂紋，錐體部位表面未見(jiàn)過(guò)量腐蝕;鍵槽邊緣有滾邊現(xiàn)象，尤其下緣較嚴(yán)重;螺紋部位可見(jiàn)2處較嚴(yán)重的螺紋倒伏變形，變形區(qū)域均沿舵桿軸向分布，螺紋向船底方向倒伏。

3)掛舵臂舵鈕塞隆套目視檢查狀況尚好。

4)舵葉錐孔內(nèi)表面銹蝕較嚴(yán)重，鍵槽邊緣有滾邊。

3.1.2 舵桿

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)磁粉和著色探傷發(fā)現(xiàn):與下舵承配合處的舵桿表面有多處裂紋，最長(zhǎng)裂紋約145mm.深度至少2mm，沿圓周方向分布;錐體鍵槽邊緣也有多處裂紋。

鑒于上述情況，決定將原舵桿廢棄，換新舵桿1根。

3.2 損壞原因分析

該船舵葉與舵桿采用有鍵連接，舵葉錐孔與舵桿錐體采用過(guò)盈配合，其過(guò)盈量由安裝時(shí)的軸向位移 (壓入量)S1保證，S1按以下公式計(jì)算:

式中:S1為軸向位移量，mm;d1為舵桿錐體大端軸頸尺寸，mm;k1為配合面的錐度。

具體到本船，其壓入量應(yīng)不小于1.17mm。

該船舵系損壞時(shí)距上次特檢不到2年，特檢時(shí)對(duì)舵系進(jìn)行了拆檢，情況正常。從本次舵系損壞情況分析，其損壞過(guò)程應(yīng)是舵葉上檢查孔板 (舵桿小端位置)焊縫先漏水，在海水腐蝕下舵桿螺母下方的鎖閉桿焊縫、舵桿螺紋出現(xiàn)銹蝕，導(dǎo)致鎖閉桿脫落、螺母在舵葉和自身重力作用下松脫下移;螺母松脫后舵桿小端密封壓盤(pán)失去作用，海水不斷沖蝕舵桿錐體，錐體錐孔接觸面銹蝕，舵桿與舵葉之間出現(xiàn)間隙，舵桿向舵葉傳遞扭矩所依靠的接觸面靜摩擦力減小，僅靠起保險(xiǎn)作用的鍵來(lái)轉(zhuǎn)舵，導(dǎo)致鍵槽滾邊;由于失去螺母的垂向定位作用，在重力作用下舵葉逐漸松動(dòng)下移，從上所述公式推算，該船舵桿錐體錐度只有1∶10，舵葉壓入量取值較小，一旦舵葉下移，即使下移量只有幾毫米也容易導(dǎo)致舵葉舵桿之間的過(guò)盈配合失效，進(jìn)而導(dǎo)致掉舵。幸運(yùn)的是，該船發(fā)現(xiàn)損壞時(shí)舵桿螺母并未完全脫落，舵葉下移不大，但正由于尚有舵效，船員對(duì)舵葉的損壞毫不知情，若非外部檢查偶然發(fā)現(xiàn)，很可能引起舵葉丟失、船舶失去操縱能力的嚴(yán)重后果。此外，舵桿下端原鍵槽由于不是平行于錐體母線設(shè)置，導(dǎo)致鍵與鍵槽之間的接觸面積不滿足要求，先是由此導(dǎo)致鍵與鍵槽都受到過(guò)度力的擠壓作用而發(fā)生變形乃至出現(xiàn)鍵槽根部裂紋，使鍵失效，由此繼而引起舵葉與舵桿之間出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)，導(dǎo)致本應(yīng)由鍵承擔(dān)的轉(zhuǎn)矩都作用在防止舵桿下端螺母與舵葉舵桿之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而松脫的螺母定位銷或定位肘板上，并進(jìn)而導(dǎo)致定位銷或定位肘板的焊縫開(kāi)裂，失去定位作用，螺母出現(xiàn)松脫，也可能是最終導(dǎo)致舵葉下沉的原因之一。

3.3 舵系的永久性修理

根據(jù)損壞情況，處于恢復(fù)船舶適航性和加強(qiáng)舵系可靠性考慮，本次舵系永久性修理采用如下修理工藝進(jìn)行。

1)參考船東提供的圖紙和原舵桿實(shí)物，繪制舵桿零件加工圖。

2)根據(jù)新繪制舵桿圖加工新舵桿和舵桿小端螺母;新舵桿毛坯件做熱處理后，應(yīng)做UT探傷，成品后應(yīng)做磁粉探傷，不得有缺陷存在。

3)由于舵葉錐孔鍵槽變形較嚴(yán)重，且內(nèi)表面腐蝕較嚴(yán)重，所以將錐孔處擴(kuò)孔加工，將錐孔大端直徑由390mm加工至550mm，然后在擴(kuò)孔處嵌入1個(gè)“預(yù)制鑄鋼套”(以下簡(jiǎn)稱鑄鋼套)。

4)鑄鋼套材質(zhì)為SC－42(原舵葉鑄鋼件材料，日本標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于中國(guó)鑄鋼ZG310－570)，原圖紙要求材料含碳量質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.18%，本次修理繼續(xù)按此標(biāo)準(zhǔn)選材。

5)對(duì)鑄鋼套要求如下:鑄鋼件的外徑公稱尺寸為550mm，與舵葉擴(kuò)孔后直徑相同，為保證工作質(zhì)量，二者采用過(guò)盈配合安裝，過(guò)盈量為0.15～0.20mm;在預(yù)制鑄鋼件上下兩端開(kāi)焊接坡口，坡口角度為55°，深度為20mm;預(yù)制鑄鋼套中間錐孔和鍵槽均按圖紙加工。

6)新制鍵塊，材料選用55#鍛鋼。

7)按預(yù)制鑄鋼件錐孔制作陽(yáng)梢板1塊，再根據(jù)陽(yáng)梢板制作陰梢板1塊，二者合為1套。

8)根據(jù)梢板的尺寸加工舵桿錐體 (錐度為1∶10)。

9)將預(yù)制鑄鋼件與舵桿錐體進(jìn)行錐孔研磨，研磨時(shí)要將新制鍵與舵桿連接緊固。研配要求:著色點(diǎn)為每25mm×25mm有2～3個(gè)點(diǎn)為合格，總接觸面積75%以上。

10)待研磨工作完畢后，再將預(yù)制鑄鋼套安裝在舵葉本體上。安裝采用液氮冷卻安裝。安裝時(shí)要注意以下2點(diǎn):為保證方位安裝準(zhǔn)確，要在預(yù)制鑄鋼件上劃出十字線，舵葉本體上也要?jiǎng)澇鍪志€;為防止安裝過(guò)位，在舵葉本體座孔下端需焊上限位擋板。

11)待鑄鋼套安裝完畢，且溫度恢復(fù)到常溫后將鑄鋼套與舵葉鑄鋼件焊接在一起，焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，焊絲牌號(hào):ER80S－G。

12)鑄鋼套焊接完畢后，將舵桿錐體與舵葉錐孔再進(jìn)行著色研配檢查，研配結(jié)果需滿足鋼規(guī)的要求。

13)舵葉修理后應(yīng)進(jìn)行0.02MPa氣密試驗(yàn)，舵葉上下檢查孔板焊后進(jìn)行真空試驗(yàn)及無(wú)損探傷。

14)舵葉、舵桿安裝后需進(jìn)行零度角校檢，人工轉(zhuǎn)舵試驗(yàn) (左35°，右35°)，測(cè)量并記錄止跳塊與舵柱間隙 (2～5mm)，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)順暢。

15)舵葉、舵桿大小端密封壓盤(pán)時(shí)，需進(jìn)行間隙量的測(cè)量，以保證密封膠條的壓緊量。密封上壓盤(pán)的間隙為14mm、下壓盤(pán)的間隙為15mm;膠條尺寸為D16mm。

原鍵塊布置型式為與舵桿軸線平行，此布置型式導(dǎo)致鍵槽的兩側(cè)面深淺不同，淺的地方易出現(xiàn)滾邊現(xiàn)象，且損壞事實(shí)也是如此;在本次修理中，根據(jù)鍵槽出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)原船的鍵槽結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了改進(jìn)，將錐孔鍵槽改為平行于錐體母線型式，鍵塊的大小與原件相同。

此外，對(duì)舵葉錐孔進(jìn)行擴(kuò)孔后嵌入鑄鋼套是本次修理工藝的重點(diǎn)所在，采用這一方法的前提是在舵葉鑄件擴(kuò)孔后剩余壁厚結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠，其優(yōu)點(diǎn)如下:無(wú)需改變新舵桿的尺寸，避免了因舵桿尺寸和重量增大帶來(lái)舵機(jī)負(fù)荷增加可能導(dǎo)致的問(wèn)題;修理所需的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本均較低;鑄鋼套與舵葉鑄鋼件采用過(guò)盈配合且焊接在一起，理論上等同于與舵葉連為一體，舵桿與舵葉 (鑄鋼套)的配合與原船一致，日后拆裝都較容易。

除了上文提到的，對(duì)舵桿鍵槽型式的改進(jìn)外，為了加固舵桿螺母，驗(yàn)船師建議船廠在螺母安裝后在鎖閉桿兩端加焊肘板將鎖閉桿與舵本體焊在一起，但最終船廠采用了在螺母上加焊肘板的方式(如圖2)，船廠方案施工較簡(jiǎn)單且對(duì)于加固螺母無(wú)疑是有效的，但存在日后拆卸時(shí)損壞螺母的問(wèn)題，對(duì)新船不建議使用。

圖2 永久性修理完工圖

4 船舶營(yíng)運(yùn)和修理中舵系檢查的注意事項(xiàng)

掉舵事故是船舶常見(jiàn)的損壞形式。這種損壞一般發(fā)自舵系內(nèi)部，且初期多數(shù)無(wú)明顯跡象，在船舶營(yíng)運(yùn)期間較難發(fā)現(xiàn)。為防止類似事故，船員和檢驗(yàn)人員應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

對(duì)船員來(lái)說(shuō)，輪機(jī)部船員應(yīng)在航行期間對(duì)舵機(jī)艙的任何異常響聲和振動(dòng)保持警覺(jué)并及時(shí)上報(bào);甲板部船員特別是大副則應(yīng)熟悉本船的舵葉止跳塊位置和間隙數(shù)值，每次靠港看吃水時(shí)需注意觀察止跳塊間隙有無(wú)異常;船員還應(yīng)定期進(jìn)行小舵角操舵試驗(yàn)，觀察舵葉與舵桿隨動(dòng)時(shí)有無(wú)空舵現(xiàn)象。

對(duì)檢驗(yàn)人員來(lái)說(shuō)，每次塢檢時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)舵系的檢查，具體關(guān)注點(diǎn)如下。

1)經(jīng)驗(yàn)表明，造成舵下沉/掉舵事故的直接原因通常是舵桿螺母下移、脫落;間接原因包括舵桿壓入量不足、舵檢查孔板漏水等。直接原因單獨(dú)作用即可造成事故，間接原因則通過(guò)誘發(fā)直接原因起作用。

2)舵桿螺母的下移乃至脫落是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，但其根本原因卻通常都是安裝不到位。一般來(lái)說(shuō)造成螺母安裝不到位的原因有如下幾點(diǎn):①上緊力不足，導(dǎo)致長(zhǎng)期使用后松動(dòng)、這要求檢驗(yàn)人員根據(jù)圖紙確定預(yù)緊力數(shù)值，安裝時(shí)加強(qiáng)對(duì)上緊力的監(jiān)控。②螺母結(jié)構(gòu)原因，目前舵桿螺母都配有鎖閉桿，一部分螺母高度較高，上緊后下端面與舵桿小端齊平，鎖閉桿槽同時(shí)開(kāi)在螺母本體和舵桿小端上，另一部分螺母上緊后舵桿小端伸出螺母下端，鎖閉桿槽只開(kāi)在舵桿小端。對(duì)前一種 (螺母高度較高)，由于安裝時(shí)要求螺母上緊的起始位置定位準(zhǔn)確，否則會(huì)出現(xiàn)上緊后螺母與舵桿上的鎖閉桿槽無(wú)法對(duì)齊，鎖閉桿安裝不了的問(wèn)題，因而經(jīng)常出現(xiàn)船廠工人為順利安裝鎖閉桿故意不上緊螺母的情況，這要求檢驗(yàn)人員全程跟蹤螺母安裝過(guò)程，確保安裝開(kāi)始時(shí)定位準(zhǔn)確，完成時(shí)上緊到位。后一種螺母則沒(méi)有定位問(wèn)題，僅需關(guān)注預(yù)緊力是否滿足圖紙要求即可。

除了螺母的上緊質(zhì)量，還應(yīng)注意到任何一次螺母松脫都是從鎖閉桿脫落開(kāi)始的，因而許多檢驗(yàn)人員之前經(jīng)常忽視的鎖閉桿焊接質(zhì)量也應(yīng)引起足夠重視。無(wú)論對(duì)哪種形式的螺母，安裝時(shí)上緊到位，鎖閉桿焊透都應(yīng)是檢驗(yàn)重點(diǎn)，需要特別關(guān)注。

3)將舵桿壓入量不足歸納為舵下沉/掉舵事故的間接原因，是因?yàn)榧词苟鎵喝肓坎蛔悖诼菽杆擅撝岸嫒~也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重下沉。但正如前文所述，舵桿椎體與舵葉錐孔之間的過(guò)盈配合是靠壓入量保證的，壓入量不足也就意味著配合不足，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)下來(lái)舵葉逐漸松動(dòng)幾乎是必然的，而一旦舵桿舵葉接觸面無(wú)法提供支撐舵葉重量和傳遞舵桿轉(zhuǎn)矩的摩擦力，幾乎肯定會(huì)造成舵葉的下沉和鍵/鍵槽的損壞，在這種情況下舵桿螺母無(wú)法獨(dú)力承擔(dān)舵葉的重量，很可能在短時(shí)間內(nèi)松脫，這時(shí)舵下沉/掉舵事故幾乎無(wú)法避免。因而確保不小于圖紙要求的壓入量數(shù)值，應(yīng)是現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的重點(diǎn)之一。

4)從損壞跡象判斷，此次該船的舵下沉事故應(yīng)該是舵葉上檢查孔板漏水引起的，海水腐蝕了舵桿螺母鎖閉桿、舵桿螺紋、進(jìn)而腐蝕了錐體接觸面，最終導(dǎo)致舵葉下沉。由此可以看出，對(duì)舵葉上下檢查孔板焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)以及焊接后的密性試驗(yàn)應(yīng)該引起檢驗(yàn)人員的足夠重視，否則一處小缺陷都可能最后引起嚴(yán)重事故。

5)在修理檢驗(yàn)中，當(dāng)遇到需要用毛坯料新制某些鍛鋼件時(shí) (特別是小件，如:鍵塊)，應(yīng)特別注意落實(shí)好毛坯的交貨狀態(tài)，有時(shí)生產(chǎn)廠家在交貨時(shí)不做調(diào)質(zhì) (尤其在船東緊急訂貨時(shí))，此時(shí)的鍛件機(jī)械性能較標(biāo)準(zhǔn)值差異甚大，應(yīng)在加工前先按《材料與焊接規(guī)范》第一篇第5章第2節(jié)5.2.3規(guī)定的工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)，若不能確定交貨狀態(tài)，建議采取取樣做力學(xué)性能試驗(yàn)的方式與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比。

6)應(yīng)注意舵桿椎體上下兩端密封的安裝，密封材料、壓縮量都應(yīng)滿足原船圖紙要求，壓板安裝時(shí)應(yīng)檢查螺栓數(shù)量并確認(rèn)所有螺栓均已上緊。