新船因何“無故”斷裂

河北省地方海事局 王 茹

新船因何“無故”斷裂

河北省地方海事局 王 茹

近年來，多艘船齡小于兩年的新船發生了從舯部斷裂的事故，有的是在首航甚至無風無浪的港池內。筆者上船考察發現，這種斷裂一般都是從艙口圍板頂部開始，逐步延伸至主甲板再至舷側外板，最終開裂至水線附近，而這種船的構件尺寸和板厚都是符合規范要求的，有的甚至比規范要求值還大，但是為什么在幾乎沒受到任何外力的情況下會發生斷裂呢？

鋼材的材質問題

經對實船開裂斷口處的鋼板斷面仔細觀察發現，其鋼材的晶粒非常粗大，斷口處無任何由拉伸引起的朔性變形，甚至有些類似鑄鐵的斷面。經查閱船上有關造船資料，發現有的注明是A級鋼（復印件），有的是小鋼廠生產陸用沸騰鋼。而這種鋼材的物理性能及化學成分均達不到《規范》要求值。其韌性極差，特別在低溫條件下，當應力（包括內應力）達到一定數值時，就會出現斷裂現象。

造船工藝不合理引起內應力過大

一些船廠造船時，由于設備能力和習慣性等原因，建造船舶還在沿用整體建造法，加上不注意采用合理的裝配焊接程序等，引起應力的累加而得不到釋放；從而使得新造船舶存在過大的內應力。這種落后的建造方式，對于建造幾十米以下的小型船舶來說，問題還不太突出，而近年來，小廠造大船的現象越來越多，有的船長甚至已超過一百多米，載重量已達到五千至一兩萬噸。筆者曾經調查斷裂的5艘船，船長都是在80～150米范圍內，而其中3艘是在冬季首航北方時出現了開裂，且多是在沒遇到風浪的情況下出現的。這就更加證明其斷裂的主要原因并不是一般的強度問題，而是由于采取了不正確的建造工藝，使得船體內累積了過大的焊接內應力，加之材料的韌性較差（特別是低溫韌性很差），導致船舶在幾乎沒受外力的情況下就發生了斷裂現象。

一些船廠在建造船舶時，采用非船用的劣質焊條，并且普遍存在著焊角尺寸過小，夾渣、咬邊、吹偏、未融合、未焊透等嚴重焊接缺陷。他們在施焊時，往往僅對船體外板、主甲板比較重視，基本能按要求進行刨坡口后施焊。而對其他結構的焊接不給予足夠的重視，對一些結構的對接焊，往往只進行表面的焊接，且不進行包角焊。有的甚至對參加總縱強度的縱通大開口的艙口圍板，僅進行簡單的雙面焊接（圍板厚度一般都在δ=14～24mm），這樣盡管造船所用的構件尺寸很大，但實際上它們并不能承擔起應有的作用，其實際強度根本達不到要求。

當船舶在風浪中航行時，會承受很大的舯拱、舯垂及剪切等各種復雜的交

焊接質量差

變應力。而行話說得好，“小船要看（注意）穩性，大船要看（注意）強度”，一艘船船體是由千萬個鋼質零構件焊接而成的，當人們建造小型船舶時，這些缺陷還不容易引起大的后果，但隨著所建造船舶尺度的加大，這個問題就會愈加突出。由這種焊接質量造出的船舶，當它受到外力和內應力的作用而達到一定極限值時，發生斷裂也就在所難免了。

設計的結構型式不合理

在斷裂的5艘船舶中，有兩艘是雙殼大開口的集裝箱船，3艘是具有2個大艙口的干貨船。它們有一個共同特點，那就是都設有一個很長的較高（1.6-2.2米）且縱通的艙口圍板（將貨艙口在甲板上進行縱向連接，形成了縱通的艙口圍板）。顯然，這些艙口圍板是參加總縱強度計算的，這樣做雖然剖面慣性矩略有增加，但總剖面模數可能會變小，受力時，會使艙口圍板處的應力大大增加，采用這種結構型式，必使此處成為全船強度最薄弱的地方。上述斷裂的船舶都是首先從縱通的艙口圍板頂部開始開裂，也證明了這一點。

針對上述情況，主要應從以下幾個方面引起特別注意：

1、關于結構型式不合理問題

由多艘船舶首先從艙口圍板開始斷裂可知，簡單地認為采用縱通的貨艙口圍板結構型式，就一定會增加總縱強度的觀念是錯誤的。需在設計時做詳細分析比較，選擇合理的艙口圍板結構型式。經對十多艘船舶的艙口圍板，按縱通和非縱通分別進行計算比較得知（即：艙口圍板參加和不參加總縱強度計算。后者就是將艙口圍板在各貨艙口之間斷開，使甲板以上的圍板縱向不連續），其最小剖面模數幾乎都是后者更大些。所以，除非特別需要，一般船舶都應將艙口圍板在各貨艙口之間斷開，并進行合理的過渡。

2、關于造船材料的選用問題

因為船舶是一種在海上承受各種交變應力的彈性體，尤其是當它航行于低溫航區，同時又受到風浪等外力作用時，其應力狀態及工作環境（條件）是復雜而特殊的，故造船必須使用船用鋼。另外，對于特殊受力部位，要給予特別考慮。如對于腫0.4 L內縱通的艙口圍板、舷側頂列板、主甲板及所有的艙口角隅處甲板，船舶規范都有較詳細的要求。規范中是按不同板厚、部位和航區要求使用不同級別的船用鋼材。當上述部位的鋼板厚板≤15毫米時，規范允許全部使用A級鋼。而板厚≤20毫米時，規范允許使用B級鋼。但從對發生過船體開裂現象的船舶進行統計后可知，發生開裂部位的頻率依次是：縱通的艙口圍板頂部、貨艙口角隅、舷頂列板及主甲板（其他部位正常情況下很少出現開裂現象），所以，對于船長在90米以上的海船，尤其是在冬季到寒冷的北方水域航行的船舶，考慮到目前各鋼鐵廠制造水平的參差不齊，普遍存在“下差”（從未發現過有“上差”的鋼材）等實際現象，對0.6L范圍內的受交變應力的某些特殊部位，在設計選材時，可考慮提高一個鋼材級別。因為當甲板或舷頂列板達20毫米時，船長都在100米以上，其載重量可能已達到1～2萬噸。基于此，對重要部位應適當提高鋼材等級（規范中要求在上述重要部位使用Ⅲ級優質鋼，而A級或B級鋼是船用鋼中的最低或較低等級的鋼材），造船成本并不會增加很多。

3、關于減少內應力問題

造船時要采用合理的裝焊程序，這一點非常重要。對于載重3000噸以上的船舶，決不允許再采用整體建造法，而應采用分段建造法。如因受起吊設備能力限制，至少也應先制成較小的分段單元，然后將這種單元按合理的次序進行組裝。這樣做，既能增加施工效率，又能提高施工質量；更主要的是，采用分段建造法和合理的組裝、焊接工藝，可以大大減少船體結構內應力的累積。進行焊接時，要使其處在不受約束狀態下進行，并留有適當的伸縮量，以減少內應力。一般程序應該是：制成小的分段單元→較大的分段（可采取“島”式建造法）→大的合攏分段→進行合攏。對特別部位的橫焊縫，如艙口圍板、主甲板及舷側頂列板的橫焊縫，施焊完畢后可采用敲擊等措施，以便進一步消除其內應力。

4、焊接的質量問題

造船的焊接質量是決定造船質量優劣的關鍵所在。而一些不太規范的船廠為了降低成本，不選用船用鋼材和焊條。在施工時，為了加快施工進度、節省焊條，同時，由于受技術水平所限（使用不合格的焊工施焊）以及對焊接質量的重要性重視程度不夠等原因，特別是對縱向構件對接縫材不刨口、焊透，對焊角尺寸過小、咬邊、夾渣等嚴重的焊接缺陷不重視，又不按合理的裝焊工藝進行施工，這樣的船舶投入營運后，其航行安全就根本無法得到保證。所以我們對焊接質量問題必須給予足夠的重視。

總之，建造質量問題是保證船舶安全航行的源頭問題，是安全鏈中的重要一環。要杜絕劣質船舶，就必須從船舶設計、圖紙審查、船廠的生產管理和職工的技術素質、建造工藝、配套廠家以及質量檢驗等各方面入手，共同努力提高造船質量。