芻議船體結構中疲勞裂紋的修復

摘 要：船舶自建造完成之日起歷經年月后不可避免會在船體周身出現疲勞裂紋，這是船舶在每個不同的船齡階段所表現出的必然特性。疲勞裂紋最易出現在船舶的底部位置以及船身的舷側縱骨中。文章根據筆者的工作實踐來展開探討和分析船體結構中的疲勞裂紋問題，對其產生的主要原因和預防方案給出一些可操作性建議和意見。

關鍵詞：船體結構；疲勞裂紋；修復

隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，人們的科學文化素質也在逐步提高。科技的發展同時也促進并帶動著交通設施的進步。船舶作為航海海運必不可少的交通工具之一，在人們的生活中越來越發揮出不可忽視的作用。誠然，船舶如同所有的制造產品一樣，存在著一定的使用周期，超過了這個周期，必然會產生一定的破損乃至損壞。筆者根據自己的實踐經驗發現，很多的散貨船在經歷風吹浪打磨蝕后都出現了疲勞裂紋，這種情況在船的底邊艙表現最為明顯。因此，為有效延長船舶的使用壽命，正確的修理方法的總結和實施尤為迫切，還可以為今后船舶制造的節點設計提供一些有益的參考。

1 船體結構中疲勞裂紋出現的情況及原因分析

1.1 船體結構中疲勞裂紋的產生概況

一般而言，船體結構中的疲勞裂紋現象主要發生在大型貨輪底邊艙及雙層底中。涂布條件疲勞裂紋周圍是典型的好，幾乎沒有由于腐蝕減薄現象引起的腐蝕，也可以看出，裂縫邊緣像刀一樣的整潔。在航海海運的船只中，有一些船型是極易出現疲勞裂紋的。例如，一個比較大的散貨船雙層底和邊艙是最脆弱的。有幾個大型散貨船貨艙有更多的裂縫。縱向裂縫中可能出現雙底的內外側縱，也可能出現在船艙的邊緣。側縱向和疲勞裂紋大型散貨船經常在邊上出現。那些容易產生疲勞裂紋，裂紋多發生在船體固定的地區。雙底和邊艙發生交變應力最大的船中0.4L范圍內的疲勞裂紋。大型散貨船，裂縫一般出現在船中的第二，第三邊水箱和接近的兩個或三個縱向區域的側面。船除了地下污水道碴和貨物區，其他地區發生的縱向裂隙少，最容易出現裂紋區對側廂側縱，在外底縱邊艙也發生了。細致分析一下，易發生疲勞裂紋的構件大多發生在外底、舷側外板縱骨、較外側的側縱桁上，裂紋起始的部位有兩種，一是肘板及輔強材的趾端，二是流水孔、人孔、過梁孔、過焊孔等開孔的邊緣。一般來講，上述疲勞裂紋在船齡15年左右多發，有的船甚至在5年船齡后就可能發現裂紋。

1.2 船體結構中疲勞裂紋發生的原因

經過多年的經驗和實際觀察發現，船體結構中的疲勞裂紋發生的原因主要可分為以下四個方面。從下列幾個方向來分析更全面地了解船體結構中疲勞裂紋發生的情況。第一是在船舶使用過程中出現的一些不當之處沒有及時得到解決。具體而言主要有船舶在營運過程中遭遇到嚴酷的海況、裝卸貨程序等安排不當，以致造成船舷的中部產生過大的應力對整個船體結構造成很大的負荷，嚴重影響船舶的正常運行。第二是節點設計中出現的問題。船舶在新造時的節點設計如肘板、輔強材、半桁等沒有進行軟趾化處理，相對于與其連接的肘板、輔強材來講，其下的縱骨剛性較弱等。這些情況都是需要深入考慮的問題。并且設計過程極為粗糙，很不合理。第三是在船舶制造過程中存在的施工質量問題。在新的裝配，焊接，拋光，由于施工質量差引起的裂紋源點，在3個因素中，位錯的上部和下部結構造成平面位移是產生裂紋的主要因素。角不完全，咬邊，在研磨槽在構件上的原因，也是疲勞裂紋產生的原因之一。

疲勞強度低的另一個原因是由于加工精度差，強迫裝配肋架和垂直骨之間不得不引起，使焊接殘余較大的拉應力。最后一個原因是高強度鋼的使用。通過滿足抗拉強度與普通低合金鋼材料的組成進行比較的前提下，高強度鋼構件尺寸小，剛性差，易產生大的應變。這是一種高強度鋼、低鋼比較容易引起疲勞裂紋。有一些不容忽視的問題是，為了減少空船重量，船建于上世紀80年代初，使用高強度鋼率提高了很多。但是，節點的設計仍采用普通低合金鋼的設計方法，考慮的疲勞強度是不全面的。這導致船舶建造在運行10年到15年期間多裂紋。然而，有一些相關方面的調查結果表明，建立的同時，船舶類型相同，雖然高強度鋼的比例是相似的，裂紋率的出現是由于船廠是不同的，所以情況不一樣的。因此，在高強度鋼的使用中如何揚長避短深入研究項目是必要的。

2 有效修復和預防船體結構疲勞裂紋發生的對策探討

基于上述對船體結構中疲勞裂紋出現的情況及原因所進行的一系列分析可見，有效修復和預防疲勞裂紋發生尤為必要。筆者根據自身的實踐經驗，這里總結出以下幾點措施以供相關研究的參考。

2.1 認真分析原因，選擇正確的修復方法

在實際的船舶修復過程中，應當切實分析船體結構中裂紋出現的原因和情況。如果原因分析不當很有可能出現適得其反的效果。例如，肘板太小。肘板形狀小，裂縫多出現。裂紋是由于肘板尺寸過小的原因，肘板小，甚至導致在支架邊裂紋，裂紋擴展到縱向相鄰的。縱向支架，增加新的裂紋。沒有新的部件的涂層在2～3年迅速變薄，導致疲勞裂紋問題的解決將導致嚴重應力腐蝕開裂。有一個孔的應力集中區。在新加肘板時，以確認下面沒有水孔肘板趾。如及時，它應該被打開。肘板不軟趾。肘板軟趾是一個關鍵的疲勞裂紋的防止再次出現。如果在腳趾的新支架Web太高，與面板不相符，在這樣一個“硬”的腳趾裂縫很快。因此，裂紋面殼，底板縱骨上，按照船級社（IACS）協會推薦的修復方法。為發紋小且不超過1/3的縱向裂紋深度可用于加工平面焊接和肘板無開關。

2.2 根據實際情況，選擇科學的預防措施

首先，在加載和卸載的規定中，嚴格按照船舶操作，壓力排水程序，應注意避免過度應力的構件。其次，通過優化設計分析，節點的疲勞強度，減少應力集中，肘板軟趾強或輔助材料，避免產生較大應力的位置。再次，在裝配時避免強烈的裝配和位錯；包角焊全整流罩，避免咬邊；無孔的邊緣打磨光滑，避免留下空白；避免高強度鋼部件在弧，與馬板的間隙地光滑，避免留下缺口組件。

3 結束語

通過以上分析可以發現，充分了解和把握較容易出現疲勞裂紋的大中型散貨船船艙，不斷加強和改進對船艙的修復，從中總結經驗教訓，更有效地全面掌握規律，這樣才能較快地找到裂紋的所在。更為重要的是，掌握了船體結構中疲勞裂紋發生的原因及修復措施和預防技巧，也更有利于人們在未來對船舶制造中的節點設計過程中吸取教訓，使造船工藝更加完善。

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作者簡介：丁家興（1976，1-），女，籍貫：江蘇省揚州市，現職稱：工程師，學歷：大專，研究方向：船舶建造與船舶工藝。