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第三章船体钢料加工将钢板和型钢变为船体构件的工艺过程称船体钢料加工在这一过程中，要涉及到金属材料特性、弹塑性力学、断裂力学以及防腐等方面知识根据不同的加工特点，加工目的，整个钢料加工过程可以分为三大类钢材预处理构件的边缘加工构件的成形加工船体钢料加工类别、方法及设备第一节船体钢材预处理一、钢材的矫正钢板和型材在轧制、运输和贮存过程中受各种因素影响，常常产生波浪形、局部凸凹和各种扭曲等变形这些变形将影响号料、气割及其他加工工序的正常进行，降低加工精度这些变形在焊接时还会产生附加应力或构件失稳而影响构件的强度在号料前应进行矫正，消除这些变形1.钢板的矫正钢板的任何一种变形都是因为钢板的纤维组织长短不均所致钢板矫正就是使板材纤维组织长短均匀，从而消除局部不平的过程压缩板材纤维难以实现，一般采用拉长纤维的方法将板材较短的纤维拉长，使它们和周围的纤维有相同的长度，消除局部变形用多辊轿平机矫正钢板的变形多辊矫平机矫平机由上下两列工作辊组成，有5～11个轴辊•上列轴辊为从动辊，可在垂直方向做整体上下调节，适应不同厚度钢板的矫平作业•下列轴辊为主动辊，固定在机体上•由电动机通过减速器带动其旋转多辊矫平机按轴辊排列形式和调节方式，多辊矫平机有两大类•上下辊列不平行的机床，辊列间的间隙沿出口方向逐渐增大。适于薄板的矫正•上下辊列平行的机床•上辊列前后轴辊可单独调节•前辊为导辊钢板矫平作业钢板随轴辊的转动而啮入在轴辊间承受方向相反的多次变化小曲率弯曲•钢板弯曲应力超过材料的屈服极限而产生塑性变形•增加矫平机的轴辊数目，可以提高钢板的矫平质量•使较短的纤维伸长，从而将整张板矫平钢板矫平用五辊或七辊矫平机矫正钢板，上下两列轴辊间隙应略小于被矫平钢板的厚度从矫平的原理可知，厚钢板矫平容易薄板容易产生变形，矫正比较困难钢板凸凹严重难于达到矫正要求时，可往复几次钢板中间凸凹现象严重，可根据不平度选择大小和厚度适当的垫板帮助矫平2.型材的矫正三撑床型材矫直机机床工作部分由两个支撑和一个推撑组成•推撑安装在一个能作水平运动的滑块上，由由电动机通过减速器带动其作水平往复运动•两个支承没有动力传动，间距可以调节•矫正型材时，将型材变形段靠在两个支撑之间，使其受到推撑作用力后产生反向变形，从而将变形段矫直•手工敲击矫正、水火矫正、液压机进行矫正二、钢材的表面清理金属与周围介质发生化学和电化学作用而遭受破坏，称作金属腐蚀各种金属都有与周围介质发生作用的倾向，金属的腐蚀是一种自然趋势浸于静止海水中的炭钢，每年平均锈蚀深度约为0.1mm在海水航行中的船舶受腐蚀程度更为严重，每年平均锈蚀深度在0.25mm以上，严重的可达1～2mm钢材锈蚀的结果钢材锈蚀使构件的厚度减薄，影响船体结构的强度，缩短使用寿命腐蚀和海洋生物的附着使船体表面粗糙度增加，导致航行阻力增大，航速降低船舶的锈蚀使船舶停航维修次数增多，严重影响到船舶营运的经济性做好船舶防腐和防污工作十分重要钢材腐蚀的原因钢材在钢厂热轧成型时，表面形成一层完整、致密的氧化皮钢材在贮存、运输以及加工过程中的冲击和弯曲，氧化皮逐渐龟裂脱落同时吸附大气中的水分在金属表面形成疏松的铁锈氧化皮和锈斑在海水中与基本钢材形成电位差，造成钢材表面的强烈电化腐蚀炭及其他合金元素也容易形成微电池，产生电化腐蚀，使钢材锈蚀船体的防腐方法和除锈方法主要是涂料保护和阴极保护(即电化学保护)相结合的方法为防止锈蚀扩展，保证防护漆膜的结合牢度，在涂料保护前应将铁锈和氧化皮预先清除由于本身的化学特性，即使经油漆将氧化皮和锈斑与空气、水隔开，锈蚀仍会继续，从而引起脱漆现象清除钢材表面的氧化皮和铁锈、喷涂保养底漆是钢材表面清理及防护的主要内容钢材预处理过程中的除锈方法有机械抛丸除锈法和化学除锈法1.抛丸除锈法利用专门的抛丸机将铁丸或其它磨料高速地抛射到钢材表面上，以清除钢材表面的氧化皮和铁锈主要用于板材的原材料除锈除锈效率高、表面处理质量比较均匀，便于组成自动作业流水线立式抛丸机和卧式抛丸机两种在钢材预处理流水线上，采用的是卧式抛丸机抛丸除锈机的基本形式图示抛丸除锈卧式抛丸机除锈时，铁丸容易堆积在钢板上，从而影响除锈质量设置高压鼓风机组成的吹丸系统或机械式刮板，随时清除堆积的铁丸离心式抛丸叶轮是抛丸机的关键部件，叶轮总数视生产量和板材宽度而定抛丸除锈设备均设有丸粒回收系统，以便铁丸铁丸或其它磨料的反复使用应配置通风除尘装置以降低对环境的污染抛丸后应立即涂刷防护底漆或做其它防护处理2.化学除锈法用于5mm以下的薄钢板和型材除锈通常指手工酸洗法，大致过程是将脱脂洗净后的钢材浸入酸洗槽内利用酸液浸渍除掉氧化皮和铁锈用水洗净后再用碱液中和残酸，防止其对钢材的腐蚀化学除锈一般用盐酸、硫酸或混合液作为除锈液；也有用有机酸的采用HCl，H2SO4,成本低，除锈速度快各种酸洗液HCl对消除锈斑的效果较好，H2SO4对清除氧化皮有效浓度控制不当，即使加了缓蚀剂，也会有产生过蚀和吸氢的可能残液清洗不彻底，会使钢材继续腐蚀磷酸作为酸洗液，没有上述缺点，而且会在酸洗钢材的表面上产生一层不溶于水的磷酸盐层磷酸盐层既有防止锈蚀的作用，也是涂漆的良好基底，但成本高H2SO4酸洗过程(1)①表面去污；②酸洗；③冷水冲洗；④中和；⑤冷水冲洗；⑥磷化处理；⑦热水冲洗；⑧自然干燥；⑨补充处理主要工序的化学原理FeO+H2SO4→FeSO4+H2OFe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+3H2OFe3O4+4H2SO4→FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O同时表面上FeFe+H2SO4→FeSO4+H2↑H2SO4酸洗过程(2)Fe2O3及Fe3O4不易溶于酸中H2可将Fe2O3及Fe3O4还原成FeO，使其溶于酸液中另一方面H2的溢出有疏松氧化皮的作用为避免过蚀，节约酸液，加一定量的缓蚀剂，控制腐蚀过程酸液浓度经常变化，酸洗的温度、时间亦变化酸洗后常用的防护处理方法是磷化处理磷化处理（1）保证钢材在建造过程中不致生锈用磷酸锰铁制剂(马日夫盐)的水溶液做处理液。该制剂在热水中可离解•反应式中：Me代表二价的Mn或Fe•将钢材放入处理液中，则铁与溶液中游离的H3PO4发生反应244343345Me(HP0)2MeHPO+Me(PO)+6HPO342422Fe+2HPOFe(HPO)+H磷化处理（2）结果形成由MnHPO4·3H2O和FeHPO4·3H2O组成的混合盐层沉积在钢材表面上，构成硬脆、难溶于水的膜层表面上的铁也发生溶解，参与形成磷酸盐膜，所以能与金属结合较牢磷酸盐膜在大气中对钢材可以起保护作用，在海水中的耐蚀性较差磷化前的除锈方法对磷化质量有影响，其中抛丸除锈后的磷化膜保护性能较高三、钢板预处理自动流水线由钢板输送、钢板矫正、除锈、喷涂低漆和烘干等工序形成的自动作业流水线，如图所示•矫平后的钢板由输送辊道送入加热炉，使钢材温度达到40～60℃•目的是去除钢板表面的水份，并使氧化皮、锈斑疏松便于清除，同时可增强漆膜的附着性四、减少涂装除锈工作量的研究（一）涂装除锈方法的发展•手工风动工具除锈的劳动条件恶劣，质量低，周期长（二）降低涂装和除锈工作量的主要途径•→干喷砂除锈(砂尘大)•→分段喷丸除锈，原材料抛丸除锈•延长涂膜耐用年限而无需保养，关键是彻底的钢材表面处理和高超的涂装技术降低涂装和除锈工作量的意义彻底的钢材表面处理和高超的涂装技术的应用，提高了造船中涂装的费用目前，涂装费用大体占船价的5~7%涂装费又可细分为涂料费、除锈费和涂装作业费除锈费由约占全部涂装费的50%除锈特别是二次除锈是一项在恶劣条件下作业的重体力劳动降低除锈工作量对降低涂装费用，顺应节约资源和防止公害的要求极其重要降低涂装和除锈工作量的三条主要途径发展带锈涂料低清理度舱室涂料提高机械化除锈设备性能1.发展带锈涂料为充分发挥涂膜性能，现在的涂装施工方法，无论是对新涂装还是重新涂装，一律要求把锈完全除掉船舶的大型化和复杂化，使全面的除锈处理需投入大量的资金、工时和劳动力许多场合要彻底清除铁锈是困难的甚至是不可能的寻求一种简单、经济、有效的防锈涂料利用涂料本身的作用解决钢材锈蚀问题，这就是带锈涂料的应用带锈涂料又称锈面涂料可以直接涂在生锈的钢材上，而获得防腐效果的除锈涂料带锈底漆除锈工艺使用时只需将表面的外层浮锈清除即可大大减少除锈工作量改善劳动条件使生产效率明显提高这种除锈防腐方法受到普遍重视带锈涂料的作用机理根据锈的组成和性质，选用不同的方法使锈蚀转化、稳定和将它包封起来与腐蚀介质隔绝，达到即除锈又保护的目的按作用机理带锈涂料大致分为转化型、稳定型和渗透型三种基本类型涂漆后能使锈层稳定，不再继续造成锈蚀危害的底漆称为稳定型带锈底漆涂漆后将锈层转化为一种牢固保护膜的底漆叫转化型带锈底漆其中，稳定型带锈涂料已在120多个国家和地区的船舶涂装中得到推广应用2.发展低清理度舱室涂料“低清理度舱室涂料”——BISMAX，一种特殊改性环氧树脂涂料具有如下特点(1)被涂料表面仅需去除疏松的附着物和锈之后，即可涂装BISMAX涂料防蚀效果与经过抛丸清理再进行涂装的焦油环氧树脂的一样(2)与锈面的附着性好涂料中的环氧树脂能与锈反应生成物，具有良好的润滑性能和附着性能BISMAX低清理度舱室涂料(3)涂一道漆即可达到湿膜454微米(干膜250微米)的涂膜(4)与各种底漆均有良好的结合性，因此，配套性优良(5)除锈性能好，具有优良的涂装作业性BISMAX涂料已被广泛用于涂装船舶的压载舱、机舱、隔离舱、散装货舱，以及仪表盘、钢管桩桥梁和港口设备等钢结构构件3.提高机械化除锈设备性能抛丸预处理技术发展很快，应用许多先进技术采用弯叶片取代直叶片，有如下优点同一转速下抛丸速度更高在最低成本控制下，有最高的抛射效率节省能源、减少损耗、维护成本低使用寿命长、除锈质量高叶片轴承在严重不平衡状态下寿命也可达到10万小时，且噪声低机械化除锈设备开发在流水线上采用大量的自动检测控制系统，甚至可以做到漆膜损伤自动修补抛丸量控制采用数控技术，可以从各个角度抛射，提高了抛丸处理质量舾装件二次除锈采用自动喷丸除锈，除锈质量和除锈效率较高，显著减轻劳动强度和对环境的污染高效高质量除锈设备的应用对提高涂装质量和效率起着决定性的作用（三）船壳漆的新进展用于船体水面上甲板之外暴露部位的船壳漆，应具有保护和装饰作用舰船上还兼有伪装、甚至隐形效果性能要求为耐海水、耐盐雾、耐大气老化(不变色、不纷化、不脱落)潜艇要求其能耐干湿交替和防污国内外对船壳漆的开发均极为重视先进国家的船壳漆先进国家的主要品种为氯化橡胶船壳漆，有效期1~2年原广泛使用的醇酸船壳漆正在逐步向丙烯酸改性醇酸发展美国海军开发使用了有机硅改性醇酸船壳漆，据称有效期达3年更高档的用于豪华游艇的常温化丙烯酸聚氨脂漆，其保光保色可达5年以上丙烯酸改性醇酸船壳漆丙烯酸改性醇酸船壳漆在性能上以达到了氯化橡胶系列的水平同时装饰性(光泽、丰满等)及保光方面超过了氯化橡胶涂料价格比普通船壳漆贵30~50%使用寿命可延长2倍所以不失为性能和价格均比较好的涂料品种高氯化聚乙烯产品氯化橡胶的生产需要使用致癌的四氯化碳，所以有的国家限制其生产1980年代，美日德开始开发高氯化聚乙烯(含氯量60%)替代氯化橡胶，已有产品出售国内产品质量和工艺水平与国外尚有差距，研究开发高氯化聚乙烯很有前途。与船壳漆配套的防锈底漆的品种由面漆来定