船舶錨桿變形臨時矯正工藝與應用*

吳建強，劉早紅，劉在良

(1.舟山長宏國際船舶修造有限公司 設計部，浙江 舟山 316052； 2.浙江友聯修造船有限公司，浙江 舟山 316281； 3.浙江國際海運職業技術學院 海洋裝備工程學院，浙江 舟山 316021)

0 引 言

船用錨是具有特殊形狀和結構的鋼鐵重物。錨拋入水底后，其錨爪能抓住泥土并產生抓力。錨設備的配置就是為了使船舶錨泊時產生足夠的錨泊力，它是船舶錨泊系統的重要一環[1]。此外，錨也是船舶操縱的輔助設備，如靠離碼頭、系離浮筒、狹水道掉頭及緊急情況下減剎船速等往往都要用到錨[2-3]。如果船用錨桿變形就不能在靠離泊碼頭、狹水道航行時對船舶進行有效減速，有碰撞危險前也不能緊急控制船速等。因此，錨性能的好壞對于船舶的安全有很大影響[4-5]。

筆者主要結合臺灣籍散貨船“BUNUN JUSTICE”輪錨桿變形情況，重點對錨桿矯正施工前檢查、準備和矯正后試驗進行對比分析，實測數據結果說明修復方案滿足船東和船級社的要求。同時也為船舶用錨、航海實踐提供理論與實踐依據。

1 錨桿矯正前的檢查

錨及錨桿等附件總重為5.85 t，其中錨頭重約4 t。錨桿總長為3 403 mm，重約1.6 t，錨桿材質為SC410(碳素鋼鑄件)，截面規格為頂部239 mm×180 mm，根部335 mm×274 mm。

(1) 船舶卸錨，吊運落地并進加工車間1 250 t壓機附近。

(2) 檢查錨桿狀態，清除錨桿表面污漬后對變形區域做UT、MT探傷，查看彎曲表面是否有裂紋或裂紋分布情況；檢測錨桿彎曲、扭轉情況，并做拍照和變形數據記錄。

(3) 檢查錨桿與錨之間的配合情況，檢查扭曲轉動是否靈活、錨銷布司等是否完好。如若有損傷情況，則變形矯正及試驗需另行安排。

2 專用工裝及材料準備

由于錨桿規格尺寸各不相同，為保證矯正加工精度與質量，需制作專用的工裝和準備相關的試驗材料，所需的工裝與材料清單如下。

(1) 設計了專用的錨桿固定工裝(如圖1所示)。

圖1 錨桿的固定工裝制作圖

(2) 錨桿吊裝用吊耳、卸扣(自制2套)、鋼絲繩等。

(3) 制作加熱斗(約2.2 m×4 m，高400 mm)，用以盛裝煤塊并加熱錨桿。

(4) 加熱用煤塊若干重(為保證燃燒溫度，不能使用劣質煤)。

(5) 點溫計。

(6) 鼓風機(加速燃煤過程以達到所需高溫)。

(7) 備用廢舊型材或板材若干，以作臨時支撐等需求。

(8) 焊機、氧乙炔等備用。

(9) 石棉布若干(緩冷用)。

(10) 叉車、車間行車配合使用。

3 修理方案

錨桿通過熱處理，加熱到預定溫度，用油壓機緩慢下壓矯正，然后以預定的方式冷卻，以充分發揮金屬材料的潛力，延長零件和工具的使用壽命，節約金屬材料的消耗。

(1) 將錨桿從錨上拆除，裝上自制卸扣后放進加熱斗。斗內事先鋪設適量煤塊，煤塊加熱區域需涵蓋整根錨桿，卸扣上提前穿好鋼絲繩以備起吊用。未經允許，不得隨意在錨桿桿體上施焊。

(2) 燃燒煤塊并緩慢升溫，使之達到780～820 ℃，保持高溫約6 h。

(3) 將錨桿吊出加熱斗，用石棉布裹住整根錨桿保溫；將錨桿吊起放置在固定錨桿工裝上，工裝與錨桿敲緊貼合，避免矯正期間錨桿滑出機床(如圖2所示)。

圖2 錨桿吊點布置示意圖

(4) 將錨桿與座體移動到1 250 t油壓機下方，根據現場情況增設防錨桿傾倒工裝(如圖3所示)。事前須準備充分，第3、4項動作盡量快，以保證錨桿溫度，利于矯正。

圖3 防錨桿傾倒工裝

(5) 用油壓機緩慢下壓矯正至平直，因錨桿有大小頭，矯正至近平直時需拉線查看；錨桿翻轉再次緩慢施壓(如圖4所示，期間注意觀察錨桿狀況，如有意外情況立即停止矯正動作)。

圖4 翻轉施壓示意圖

(6) 矯正后肉眼觀察矯正區域材料變化，注意觀察是否產生新裂紋或衍生裂紋。

(7) 再次將矯正后的錨桿放入加熱斗加熱，溫度達到600～650 ℃，并保持3 h。

(8) 吊出錨桿覆蓋石棉布使之緩慢冷卻至50 ℃。

(9) 空冷到常溫。

(10) 原彎曲表面做UT、MT探傷。

(11) 再次做變形矯正后的測量工作，以記錄矯正后錨桿的長度尺寸和彎曲、扭曲情況。

以上熱處理過程目的是為了使整個鑄件材料能具有更強的機械處理性能，以減少錨桿的硬度并提高塑性，使矯正過程不至于產生裂紋甚至斷裂等缺陷。

4 矯正后試驗

為保證變形矯正后錨桿材料未產生或未大量產生不利于材料強度的晶粒變化，使其仍具有可靠實用性，需對矯正后的錨桿做拉力試驗。錨桿工作時主要受到的是拉伸力，因此用船廠門機做重塊拉伸(如圖5所示)。做試驗時需有船東、船檢人員在場同時檢驗。

圖5 重塊拉伸示意圖

(1) 事先準備兩種重塊，分別為大重塊57.7 t和小重塊7.2 t。

(2) 在錨桿上做兩處標記并掛上標尺，以備測量拉升時的變形量。需注意標尺讀數點應有足夠的靈活度，不能固定。

(3) 利用門機等起重設備，掛上錨桿及小重塊，起吊離地10 cm，保持5 min，讀測量間距。

(4) 卸掉小重塊，換上大重塊，起吊離地10 cm，保持5 min，讀測量間距。

(5) 計算兩次讀數的偏差值，即為拉升過程中的變形量。根據標準要求，變形量超出20 mm則視為試驗不成功。

5 施工及控制要點

(1) 注意搬運與放置過程中的重心控制，避免起吊時錨桿傾倒，現場準備鋼材等物料以備臨時增設支撐。

(2) 整個施工過程注意安全防范，避免燙傷、燒傷、撞傷。

(3) 升溫保溫過程中，嚴格按工藝要求控制錨桿溫度。

(4) 整個矯正過程須有專人指揮并安排各流程工作細則。

6 實測記錄表

變形矯正前后數據對比見表1，矯正示意圖見圖6。

表1 矯正前后數據對比表 /mm

圖6 變形矯正示意圖

拉伸試驗數據記錄見表2，重塊吊重時測量圖見圖7。

表2 拉伸試驗數據記錄表 /mm

圖7 重塊吊重時測量圖

通過實測數據分析表明：矯正前后數據在標準公差內，滿足船級社規范要求，拉伸力在100～600 kN時測量長度前后數值變化量為0，符合船東和船級社要求。

7 結 語

船舶航行時，在某些情況下錨桿會因剪切應力出現而產生變形缺陷，短期內不能持續航行工作，而重新訂購將會耗費數月時間，因而給船東帶頭巨大的經濟損失。文中對錨桿變形矯正的修復實例進行分析介紹，利用船廠自身條件制定了合理可行的矯正試驗工藝，通過試驗得到的實測拉力數據滿足船東和船級社的要求，能以較低經濟成本、較快的矯正變形施工流程矯正錨桿，使船舶在很短時間內重新運營。