船舶舵叶制造工艺改进研究

船舶舵叶制造工艺改进研究

孙增龙

大连连环劳务有限公司

摘要：对船舶舵叶制造工艺进行改进，可以有效减的少舵叶阻力，不仅使船舶在航行过程中更加平稳、灵活同时也能提高舵叶效能，有效提高船舶推进效率，降低运输成本。本文分析了船舶舵叶的种类和每种舵叶适合的船舶类型，进而深入阐释了船舶舵叶制造工艺的改进方法，希望能对我国的船舶制造行业有所启发。

关键词：船舶舵叶制造工艺；平衡舵；铸件焊接

引言：船舶的舵是由我国的古代人民发明的，舵掌控着船舶运转的方向，是船舶进行航行和调转方向的关键，它的发明为航海事业的发展做出了巨大的贡献，并且为远航技术的发明提供了技术条件。现代海运交通的发达，大型运输船只的出现，要求改进船舶舵叶制造工艺，使之阻力更小，更适合现代船舶发展。

1船舶舵叶的分类

1.1按照舵叶与船体的联结形式分

舵叶在船舶制造中非常重要，是舵系的主要构成部分，通过水流经舵叶表面产生压力，转动舵叶时产生转船力矩，操纵着船舶转向，其材质一般是钢材只有少数木帆船用木材制造舵叶，现代大型船舶制造的舵叶主要采用的是钢材，由于在船舶转向中承受较大力矩，一般舵叶板相比船板更厚且常需要与铸/锻件焊接。按照舵叶与船体的联结形式，可以将船舶舵叶分为悬挂舵、半悬挂舵、双支撑平衡舵、三个支撑平衡舵。悬挂舵和双支撑平衡舵一般都是平衡舵，半悬挂舵与三个支撑平衡舵一般都是不平衡舵。悬挂舵和舵承一起使用，由于安装、维修便利，具有良好的回转性能，因此广泛应用于大型海上运输船舶的制造。

1.2按照旋转轴的位置分

按照旋转轴的位置，可以将船舶舵叶分成平衡舵、不平衡舵和半平衡舵。舵杆的轴线位于舵叶前后缘之间，就是平衡舵，舵叶面积全部在轴线之后，就是不平衡舵，舵叶一部分在轴线之后，另一部分平衡与轴线，那就是半平衡舵。平衡舵的舵杆轴线与舵的压力中心距离较近，虽然舵的平衡性较弱，但在转动舵叶的时候用的力气较小，所以应用最为广泛。不平衡舵有很多舵钮，舵杆轴线和舵的压力中心距离较远，所以船在航行过程中能够保持平衡，但是转动舵叶所需的力气大，应用中有许多问题，不便于广泛应用。

1.3按照舵叶剖面形状分

按照舵叶剖面形状，可以将船舶舵叶分成平板舵和复板舵，平板舵主体是一个单板，故也称单板舵，由于结构简单，舵效能较差。复板舵内部是空心、水密的，由舵板、垂直隔板、水平隔板焊接成舵叶的骨架，外部焊接钢板，通过舵杆承座、舵销承座、舵杆及舵销与船体相连，由于内部空心，从而产生了一定的浮力，从而减少了舵承上的压力，舵的升力系数大，舵效较高，因此现在大部分海洋船舶的舵是采用机翼型的复板舵结构和更为节能的节能舵。

2船舶舵叶制造工艺的改进

2.1工艺的准备

在进行船舶舵叶的制造时，要进行一系列的准备工作，首先应该充分先了解舵叶的结构形式，包括舵叶的长、宽、高和钢板厚度，使用计算机建模、放样，套料这样能保证钢板下料准确性，避免在装配过程中出现空隙，影响船舶制造的精度。现代造船随着绿色船舶成为主流，高效全悬挂反应舵、节能舵被广泛应用，不仅舵效高，且能更好地吸收螺旋桨艉部能量，有效提高船舶推进效率，由于高效舵制造精度更高，结构、线型复杂对舵叶制造工艺要求更高，以前舵叶制造部材预留余量，曲型外板冷弯加工，装配时根据图纸尺寸调整、修割，改进后以补偿量代替余量，外板冷弯后进行火工加工，使用样型检查外板线型，大大提高装配精度，缩短了建造周期。

2.2舵叶胎架制造

舵叶制造一般采用侧造方式，舵叶胎架为全档胎架，以外板为基面，也就是舵叶每个横剖面设置一档胎架，呈现多档平行状态，制造时先铺设舵叶外板，改进后的胎架使用14-16mm的钢板以舵销承座、舵杆承座为支点，设计两档胎架，胎架高度应该不低于500mm，制造时先定位内部隔板，以隔板焊接成型的骨架为基面装配舵叶外板。胎架容易变形，所以地面放置胎架的结构一定要有足够的抗拉强度，并且牢牢焊接在平台上，保证其不会发生移动。胎架面一般放在舵叶的右边，然后进行定盘十字检验线、四周轮廓线和舵杆中心线等的划定。

2.3舵叶的焊接顺序

舵叶的焊接一般采用CO₂气体保护焊，先进行立焊，然后再平焊，先进行纵焊，再横焊。结构件的焊接方式为立焊，舵外板的焊缝为平焊，也就是先将结构件组装焊接好之后再焊接舵外板，先将内部构造焊接完成之后，再进行外部的完善。改进之后，舵叶内部隔板、外板焊接，增加了台车焊、埋弧焊等焊接方式，相比CO₂气体保护焊焊接效率更高，舵外板通过舵叶整体翻转的形式舵叶两侧外板对称焊接，严格按照焊接工艺参数控制焊接电流、电压，减少热输入量,有效的减少舵叶变形，焊接时候要进行记录，保证质量在监控之中，不合格的要重新进行操作^[1] 。

2.4舵叶铸件焊接

舵叶上下承座一般为铸件，与铸件对接的舵板常常厚度较厚，常采用单侧V型坡口贴衬垫，焊前使用烘枪预热，预热温度一般控制在100～150℃，改进后铸件与舵板采用K型坡口，正面焊接填充坡口的2/3后，对反面坡口清根焊接，尽可能使舵板两侧均匀受热，焊前预热采用电加热方式，使受热更加均匀，焊接时要连续不断进行焊接，多层多道焊在每一道焊接前将焊渣残留及时清除，这样可以充分保证焊接的质量，确保无损探伤质量，避免由于检验不合格进行返工，焊接完成之后要对表面成型进行仔细检查，表面缺陷及时修补，打磨。

2.5舵封板焊接

舵叶内部焊接结束后进行舵封板焊接，封板常采用塞焊的形式，焊接时要先进行纵向塞焊孔的焊接，也就是先将舵叶的主要结构与舵封板进行固定，再进行横向塞焊，最后将顶板、底板等与上舵封板进行焊接。舵封板的塞焊孔在下料阶段就已经切孔，所以在焊接的时候只要直接在塞焊孔进行焊接就可以。舵封板塞焊的时候要从中间开始焊接，再从中间向两边对称延伸，便于焊接收缩应力向两边释放。在进行顶板、底板等与上舵封板进行焊接时，要彻底清除焊接残渣，避免造成不良影响。

2.6舵叶下胎架

高效舵在下胎架之前需将舵外板所有对接缝焊道余高打磨与母材一平，自由边3R打磨，使舵叶线型更加光顺，减小船舶在运行中水流阻力，还要将舵叶整体表面质量彻底检测一次，查看是否有变形以及其它母材缺陷，同时解除所有定盘固定，使舵叶处于自由状态，检测各项尺寸、水平指标是否合格，如果不合格，可以在舵叶上放置一块合适重量的压铁，使用烘枪背烧再校正的方式进行调整。例如，用千斤顶将舵叶的角度调成水平，检测舵销的水平状态，再使用拉线的方式检测舵叶上下外板的直线度，在舵杆和舵销的承座轴上拉线，校正其轴孔的位置。

2.7舵叶镗孔

舵叶结构完工后都需进行舵杆承座、舵销承座镗孔作业，由于舵叶在焊接过程或多或少会发生一些变形出现数据偏差，为了保证舵杆与舵销同心，舵叶各承座孔在径向方向普遍留有10-15mm余量，结构完工后通过镗杆或机床切削加工的方式将余量加工掉。舵叶在镗孔前使用水准仪将舵叶整体调至水平，使用200H钢或其它型材将舵叶四周固定在地面上，以舵杆承座上端面孔心及舵销承座下端面孔心为基准拉设钢琴丝，测量孔心偏差，并确定镗孔基准点偏差3丝以内，测量时需特别注意不同钢琴丝直径对应不同的拉紧力及下沉量，确定镗孔基准时下沉量需一并计算在内，加工完成后从新拉线确认同心度，确保满足设计及工艺需求。

结论：总之，船舶制造工艺的改进有利于船舶航行过程中减小阻力，使船舶的航行操作更灵活，有利于航海业和海上交通运输行业的发展。我国的船舶制造工艺目前处于世界领先水平，应用互联网手段，消除生产和设计之间的隔阂，使船舶制造更加精确、快速，有利于进一步提高船舶自动化的程度。

参考文献：

1. 时金宝,李静龙.悬挂舵舵叶分体制造工艺研究[J].船舶与海洋工程,2012(02):75-78.

作者简介：姓名：孙增龙，性别：男，出生年月：1989.7；毕业学校：武汉船舶职业技术学院；方向：船舶与海洋工程（舾装方向）