Laivų statyboje dažniausiai naudojamų metalų rūšys
Laivų statyba yra inžinerijos sritis, kuriai reikalingos medžiagos, pasižyminčios savybėmis, kurias ne visada lengva pasiekti vienu metu: laikomoji galia, atsparumas korozijai jūros aplinkoje, formavimo ir suvirinimo paprastumas, ekonomiška gamyba ir priežiūra. Tarp įvairių medžiagų variantų metalai išlieka šiuolaikinės laivų statybos stuburu, ypač prekybiniuose laivuose, karo laivuose, keleiviniuose laivuose ir net darbo laivuose, tokiuose kaip vilkikai ir patruliniai laivai. Tinkamas metalo pasirinkimas turės įtakos saugai, eksploatavimo efektyvumui, eksploatavimo trukmei ir priežiūros išlaidoms per visą laivo gyvavimo ciklą.
Toliau pateikiami dažniausiai laivų statyboje naudojami metalų tipai, taip pat techninės priežastys, kodėl kiekvienas iš jų buvo pasirinktas, ir kuriose laivo dalyse jie paprastai naudojami.
1) Anglinis plienas pagrindinei konstrukcijai
Anglinis plienas yra labiausiai paplitusi medžiaga laivybos pramonėje, ypač korpusams, deniams, pertvaroms, rėmams ir kitoms vidinėms konstrukcijoms. Pagrindiniai jo privalumai yra puikus stiprumas, platus prieinamumas ir santykinai maža kaina, palyginti su kitomis medžiagomis.
Praktiškai laivų statyboje naudojamas jūrinis plienas, atitinkantis klasifikavimo standartus (pvz., ABS, DNV, LR, BV). Šis plienas gaminamas naudojant kontroliuojamą cheminę sudėtį ir specialius gamybos procesus, kad būtų pasiektas pakankamas tvirtumas, ypač žemoje temperatūroje, taip sumažinant trapiojo lūžio riziką.
Tačiau anglinis plienas turi didelį trūkumą: jūrinėje aplinkoje jis yra jautrus korozijai. Todėl plieniniams laivams visada reikalingos apsaugos nuo korozijos sistemos, tokios kaip apsauginės dangos, aukojimo anodai arba įspaustos srovės katodinė apsauga (ICCP). Reguliarus techninis aptarnavimas yra būtinas norint išlaikyti konstrukcijos našumą.
2) Didelio tempimo plienas svorio efektyvumui
Be standartinio anglinio plieno, daugelyje šiuolaikinių laivų toms vietoms, kurioms reikalingas didesnis stiprumas arba siekiant sumažinti konstrukcijos svorį nepakenkiant saugumui, naudojamas didelio stiprumo plienas (pvz., AH36, DH36, EH36 ir panašios rūšys). Didesnis tempiamasis stipris ir takumo riba leidžia tam tikrose vietose sumažinti plokštės storį, todėl sumažėja laivo svoris ir pagerėja degalų naudojimo efektyvumas.
Šis plieno tipas dažnai naudojamas didelės apkrovos veikiamose vietose, pavyzdžiui, pagrindiniame denyje, krovininių laivų liukų srityje arba didelių laivų išilginėse konstrukcijose. Tačiau naudojant didelio stiprumo plieną taip pat reikia skirti daugiau dėmesio suvirinimo procedūroms ir kokybės kontrolei, nes netinkamai apdirbus, jo mechanines savybes gali paveikti šiluma (karščio poveikio zona).
3) Nerūdijantis plienas, skirtas atsparumui korozijai tam tikrose sistemose
Nerūdijantis plienas naudojamas laivų komponentuose, kuriems reikalingas didelis atsparumas korozijai, ypač vamzdžiuose, rezervuaruose, jungiamosiose detalėse ir komponentuose, kurie liečiasi su jūros vandeniu arba koroziniais skysčiais. Įprastos rūšys apima austenitinę seriją, tokią kaip 304/304L ir 316/316L, o 316 paprastai yra atsparesnis chloridų korozijai dėl jame esančio molibdeno kiekio.
Jūrų reikmėms nerūdijantis plienas dažnai pasirenkamas:
– Tam tikros jūros ir gėlo vandens vamzdynų sistemos ...
– Įranga laivo virtuvėje arba medicinos kambaryje (higieniška ir lengvai valoma)
– Cheminių medžiagų talpyklos cheminių medžiagų tanklaiviuose (specialios klasės pagal krovinį)
– Tvirtinimo detalių (varžtų, veržlių) rūdims linkusiose vietose
Nors nerūdijantis plienas yra atsparus rūdims, jis nėra atsparus visų tipų korozijai. Chloridų aplinkoje vis dar yra taškinės ir plyšinės korozijos rizika, ypač jei jungčių konstrukcijoje atsiranda tarpų arba jei atsiranda užterštumas. Be to, nerūdijantis plienas paprastai yra brangesnis nei įprastas plienas, todėl jis dažnai naudojamas selektyviai.
4) Aliuminis ir jo lydiniai antstatams ir greitaeigėms valtims
Aliuminis (ypač 5xxx ir 6xxx serijos aliuminio lydiniai, skirti laivams) yra populiarus antstatų ir greitaeigių laivų, tokių kaip greitaeigiai keltai, patruliniai laivai ar pramoginiai laivai, gamyboje. Didžiausias aliuminio privalumas yra daug mažesnis tankis nei plieno, todėl žymiai sumažėja laivo svoris. Šis svorio sumažinimas pagerina stabilumą, naudingąją galią ir degalų naudojimo efektyvumą.
Aliuminis taip pat pasižymi gana geru atsparumu korozijai dėl natūralaus oksido sluoksnio susidarymo. Tačiau laivybos reikmėms vis tiek reikalinga papildoma apsauga, ypač siekiant išvengti galvaninės korozijos, kai aliuminis liečiasi su kitais metalais, tokiais kaip plienas ar varis, drėgnomis / sūriomis sąlygomis. Tinkamas izoliatorių, dangų naudojimas ir jungčių projektavimas yra labai svarbūs.
Be to, aliuminio suvirinimas reikalauja specializuotų procedūrų ir įgūdžių. Šilumos deformacijos kontrolė, užpildo parinkimas ir suvirinimo kokybės patikrinimas yra pagrindiniai elementai, siekiant išlaikyti konstrukcijos stiprumą.
5) Varis, žalvaris ir bronza vamzdynų sistemoms ir specialiems komponentams
Vario pagrindo metalai plačiai naudojami sistemose, kurioms reikalingas atsparumas jūros vandens korozijai ir specifinės antibakterinės savybės. Grynas varis retai naudojamas konstrukcijoms, tačiau tokie lydiniai kaip žalvaris ir bronza yra gana dažni jūriniuose komponentuose.
Įprastos taikymo sritys:
– Vožtuvai, jungiamosios detalės ir siurblių komponentai
– Tam tikros įvorės ir guoliai
– Propeleris (dažnai naudojamas nikelio-aliuminio bronzos/NAB lydinys)
– Šilumokaitis (priklausomai nuo konstrukcijos ir reikalavimų)
Bronza, ypač tam tikri lydiniai, yra žinoma kaip puikiai tinkanti jūriniams sraigtams dėl savo stiprumo, atsparumo korozijai ir kavitacijai. Tačiau lydinio pasirinkimas turi būti pritaikytas prie eksploatavimo sąlygų, nes kai kurie vario lydiniai (ypač žalvaris) gali išcinkuotis, jei ilgą laiką yra veikiami jūros vandens.
6) Nikelis ir jo lydiniai ekstremalioms aplinkoms
Laivuose su specialiais reikalavimais, tokiuose kaip jūriniai technologiniai laivai, tam tikri cheminių medžiagų vežėjai arba aukštos temperatūros variklių sistemos, gali būti naudojami nikelio lydiniai, tokie kaip monel arba inkonel. Šie lydiniai pasižymi atsparumu korozijai (įskaitant jūros vandens atsparumą) ir aukštai temperatūrai.
Dėl didelės kainos nikelio lydiniai paprastai naudojami tik tikrai svarbiose dalyse, tokiose kaip siurblių komponentai, tam tikros vamzdynų sistemos arba variklio ir išmetimo sistemos dalys, kurios veikiamos sunkiomis sąlygomis.
7) Titanas didelės vertės specialiosioms reikmėms
Titanas pasižymi puikiu stiprumo ir svorio santykiu ir išskirtiniu atsparumu korozijai jūros vandenyje. Tačiau didelės medžiagų ir gamybos sąnaudos riboja jo naudojimą bendruose komerciniuose laivuose. Titanas dažniau randamas karinėse reikmėse, povandeniniuose laivuose arba specializuotuose komponentuose, tokiuose kaip šilumokaičiai tam tikrose sistemose, kurioms reikalingas maksimalus patvarumas ir minimalus svoris.
Svarbūs veiksniai renkantis metalą laivams
Nors aukščiau pateiktas metalų sąrašas suteikia bendrą apžvalgą, laivų medžiagų pasirinkimas nėra vien tik apie tai, „kuris metalas yra tvirčiausias“. Jūrų inžinieriai atsižvelgia į kelis pagrindinius veiksnius, įskaitant:
1. Atsparumas korozijai ir apsaugos strategijos (danga, katodinė, drenažo projektavimas)
2. Stiprumas, tvirtumas ir atsparumas nuovargiui dėl bangų ir vibracijų
3. Gamybos paprastumas (pjovimas, formavimas, suvirinimas, neardomoji patikra)
4. Gyvavimo ciklo sąnaudos (medžiagų kaina + priežiūra + prastovos)
5. Klasifikavimo taisyklių ir saugos standartų laikymasis
6. Galvaninės korozijos rizika skirtingų metalų deriniuose
Uždarymas
Laivų statyboje naudojami metalai parenkami atsižvelgiant į geriausią kompromisą tarp eksploatacinių savybių, atsparumo korozijai, gamybos paprastumo ir kainos. Anglies ir didelio stiprumo plienai išlieka pagrindinėmis korpuso konstrukcijų medžiagomis dėl savo stiprumo ir ekonomiškumo, o nerūdijantis plienas, aliuminis, vario lydiniai, nikelio lydiniai ir titanas atlieka specializuotus vaidmenis, priklausomai nuo eksploatacinių reikalavimų. Tinkamai parinkus medžiagas ir tinkamai prižiūrint, laivai gali saugiai ir efektyviai eksploatuoti dešimtmečius, net ir labai agresyvioje jūros aplinkoje.
Jei pageidaujate, galiu pritaikyti šį straipsnį, kad jis būtų techninis (pvz., pridėti laivų plieno rūšių pavyzdžių, klasifikavimo standartų arba konkrečių laivų tipų medžiagų pasirinkimo atvejų tyrimų).
