Thornton, James R.

Thornton, James R.

Adresse Newport News Shipbuilding, Environmental, Health and Safety Division, 4101 Washington Avenue, Abt. 027, Newport News, VA 23607-2770

Land: USA

Telefon: 1 757 380-4651

Fax: 1 757 688-7673

E-Mail: thornton_rj@nns.com

Vergangene Position(en): Manager, Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltabteilung, Newport News Shipbuilding; Industriehygieniker, Research Triangle Institute, Raleigh, NC; Industriehygieniker, Tennessee Valley Authority, Muscle Shoals, AL

Ausbildung: BS, 1969, Universität Auburn; MS, 1972, Texas A&M-Universität

 

Montag, März 07 2011 18: 43

Bau und Reparatur von Schiffen und Booten

Schiffbau

Der Bau eines Schiffes ist ein hochtechnischer und komplizierter Prozess. Es beinhaltet die Vermischung vieler Fachberufe und Vertragsangestellter, die unter der Kontrolle eines Hauptauftragnehmers arbeiten. Der Schiffbau wird sowohl für militärische als auch für kommerzielle Zwecke durchgeführt. Es ist ein internationales Geschäft, in dem große Werften auf der ganzen Welt um ein relativ begrenztes Arbeitsvolumen konkurrieren.

Der Schiffbau hat sich seit den 1980er Jahren radikal verändert. Früher wurde meist in einem Bau- oder Grabdock gebaut, wobei das Schiff fast Stück für Stück von Grund auf neu gebaut wurde. Fortschritte in der Technologie und eine detailliertere Planung haben es jedoch ermöglicht, das Schiff in Untereinheiten oder Modulen zu konstruieren, in die Versorgungseinrichtungen und Systeme integriert sind. Somit können die Module relativ einfach verbunden werden. Dieser Prozess ist schneller, kostengünstiger und bietet eine bessere Qualitätskontrolle. Darüber hinaus eignet sich diese Art der Konstruktion für Automatisierung und Robotik, wodurch nicht nur Geld gespart, sondern auch die Exposition gegenüber chemischen und physikalischen Gefahren verringert wird.

Überblick über den Schiffsbauprozess

Abbildung 1 gibt einen Überblick über den Schiffbau. Der erste Schritt ist das Design. Die Konstruktionsüberlegungen für verschiedene Arten von Schiffen sind sehr unterschiedlich. Schiffe können Materialien oder Personen transportieren, können Oberflächenschiffe oder unterirdische Schiffe sein, können militärisch oder kommerziell sein und können nuklear oder nicht nuklear angetrieben werden. In der Entwurfsphase sollten nicht nur normale Bauparameter berücksichtigt werden, sondern auch die mit dem Bau- oder Reparaturprozess verbundenen Sicherheits- und Gesundheitsrisiken. Darüber hinaus müssen Umweltfragen angegangen werden.

Abbildung 1. Schiffbau-Flussdiagramm.  

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  Newport News Schiffbau

Die Grundkomponente des Schiffsbaus ist Stahlblech. Die Platten werden in die gewünschte Konfiguration geschnitten, geformt, gebogen oder anderweitig hergestellt, die durch das Design vorgegeben ist (siehe Abbildung 2 und Abbildung 3). Typischerweise werden die Platten durch ein automatisches Brennschneidverfahren in verschiedene Formen geschnitten. Diese Formen können dann zusammengeschweißt werden, um I- und T-Träger und andere Strukturelemente zu bilden (siehe Abbildung 4).

Abbildung 2. Automatisches Brennschneiden von Stahlplatten in der Fertigungshalle. 

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Eileen Mirsch

Abbildung 3. Biegen von Stahlblech.

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Newport News Schiffbau

Abbildung 4. Geschweißte Stahlplatte als Teil eines Schiffsrumpfes.

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Newport News Schiffbau

Die Platten werden dann an Fertigungsstätten geschickt, wo sie zu verschiedenen Einheiten und Unterbaugruppen zusammengefügt werden (siehe Abbildung 5). An dieser Stelle werden Rohrleitungen, elektrische und andere Versorgungssysteme montiert und in die Einheiten integriert. Die Einheiten werden durch automatisches oder manuelles Schweißen oder eine Kombination aus beidem zusammengebaut. Es werden mehrere Arten von Schweißprozessen verwendet. Am gebräuchlichsten ist das Stabschweißen, bei dem eine abschmelzende Elektrode zum Verbinden des Stahls verwendet wird. Andere Schweißverfahren verwenden inertgasgeschützte Lichtbögen und sogar nicht verbrauchbare Elektroden.

Abbildung 5. Arbeiten an einer Schiffsbaugruppe

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 Newport News Schiffbau

Die Einheiten oder Unterbaugruppen werden dann normalerweise zu einer Open-Air-Platte oder einem Ablegebereich transportiert, wo das Aufstellen oder Verbinden von Baugruppen erfolgt, um noch größere Einheiten oder Blöcke zu bilden (siehe Abbildung 6). Hier erfolgt zusätzliches Schweißen und Einpassen. Darüber hinaus müssen die Einheiten und Schweißnähte Qualitätskontrollen und -prüfungen unterzogen werden, wie z. B. Röntgen-, Ultraschall- und anderen zerstörenden oder nicht zerstörenden Prüfungen. Die als fehlerhaft befundenen Schweißnähte müssen durch Schleifen, Lichtbogengruppieren oder Meißeln entfernt und dann ersetzt werden. In diesem Stadium werden die Einheiten sandgestrahlt, um eine ordnungsgemäße Profilierung zu gewährleisten, und lackiert (siehe Abbildung 7). Die Farbe kann mit Pinsel, Rolle oder Spritzpistole aufgetragen werden. Am häufigsten wird Sprühen verwendet. Die Farben können brennbar oder giftig sein oder eine Umweltgefährdung darstellen Zu diesem Zeitpunkt muss die Kontrolle der Strahl- und Lackierarbeiten durchgeführt werden.

Abbildung 6. Kombinieren von Schiffsbaugruppen zu größeren Blöcken

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Newport News Schiffbau

Abbildung 7. Strahlen von Schiffseinheiten vor dem Lackieren.

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 Judi Baldwin

Die fertiggestellten größeren Einheiten werden dann zum Grabdock, zur Schiffswerft oder zum Endmontagebereich transportiert. Hier werden die größeren Einheiten zusammengefügt, um das Gefäß zu bilden (siehe Abbildung 8). Auch hier finden viele Schweiß- und Montagearbeiten statt. Sobald der Rumpf strukturell fertiggestellt und wasserdicht ist, wird das Schiff zu Wasser gelassen. Dies kann beinhalten, es von der Schiffsstraße, auf der es gebaut wurde, ins Wasser zu schieben, das Dock, in dem es gebaut wurde, zu fluten oder das Schiff ins Wasser zu lassen. Starts werden fast immer von großen Feierlichkeiten und Fanfaren begleitet.

Abbildung 8. Hinzufügen des Schiffsbugs zum Rest des Schiffes.

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Newport News Schiffbau

Nachdem das Schiff zu Wasser gelassen wurde, tritt es in die Ausrüstungsphase ein. Ein großer Zeit- und Geräteaufwand ist erforderlich. Die Arbeiten umfassen die Installation von Kabeln und Rohrleitungen, die Einrichtung von Küchen und Unterkünften, Isolierarbeiten, die Installation von elektronischen Geräten und Navigationshilfen sowie die Installation von Antriebs- und Hilfsmaschinen. Diese Arbeiten werden von den unterschiedlichsten Handwerksberufen ausgeführt.

Nach Abschluss der Ausrüstungsphase durchläuft das Schiff Dock- und Seeerprobungen, bei denen sich alle Schiffssysteme als voll funktionsfähig und einsatzbereit erweisen. Schließlich, nachdem alle Tests und die damit verbundenen Reparaturarbeiten durchgeführt wurden, wird das Schiff an den Kunden geliefert.

Stahlherstellung

Es folgt eine detaillierte Diskussion des Stahlherstellungsprozesses. Es wird im Zusammenhang mit Schneiden, Schweißen und Lackieren diskutiert.

Cutting

Das „Fließband“ der Werft beginnt im Stahllager. Hier werden große Stahlplatten unterschiedlicher Stärke, Größe und Dicke gelagert und für die Fertigung bereitgestellt. Der Stahl wird dann mit Strahlmittel gestrahlt und mit einer Baugrundierung grundiert, die den Stahl während der verschiedenen Bauphasen konserviert. Die Stahlplatte wird dann zu einer Fertigungsanlage transportiert. Hier wird die Stahlplatte durch automatische Brenner auf die gewünschte Größe geschnitten (siehe Abbildung 2). Die resultierenden Streifen werden dann zusammengeschweißt, um die strukturellen Komponenten des Behälters zu bilden (Abbildung 4).

Schweiß-

Der strukturelle Rahmen der meisten Schiffe besteht aus verschiedenen Sorten von weichem und hochfestem Stahl. Stahl bietet die erforderliche Formbarkeit, Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit, kombiniert mit der für Hochseeschiffe erforderlichen Festigkeit. Beim Bau der meisten Schiffe überwiegen verschiedene Stahlqualitäten, obwohl Aluminium und andere Nichteisenmaterialien für einige Aufbauten (z. B. Deckshäuser) und andere spezifische Bereiche innerhalb des Schiffes verwendet werden. Andere Materialien, die auf Schiffen zu finden sind, wie Edelstahl, verzinkter Stahl und Kupfer-Nickel-Legierungen, werden für eine Vielzahl von Korrosionsschutzzwecken und zur Verbesserung der strukturellen Integrität verwendet. Nichteisenmetalle werden jedoch in weit geringerer Menge als Stahl verwendet. Schiffssysteme (z. B. Lüftungs-, Kampf-, Navigations- und Rohrleitungen) sind normalerweise dort, wo die „exotischeren“ Materialien verwendet werden. Diese Materialien werden für eine Vielzahl von Funktionen benötigt, darunter Schiffsantriebssysteme, Notstromversorgung, Küchen, Pumpstationen für den Treibstofftransfer und Kampfsysteme.

Baustähle lassen sich in drei Typen unterteilen: Weichstahl, hochfester und hochlegierter Stahl. Weichstähle haben wertvolle Eigenschaften und sind einfach herzustellen, zu kaufen, zu formen und zu schweißen. Andererseits werden hochfeste Stähle mild legiert, um mechanische Eigenschaften bereitzustellen, die den Weichstählen überlegen sind. Speziell für den Einsatz im Schiffsbau wurden extrem hochfeste Stähle entwickelt. Im Allgemeinen werden die hochfesten und hochfesten Stähle als HY-80, HY-100 und HY-130 bezeichnet. Sie haben Festigkeitseigenschaften, die die von handelsüblichen hochfesten Stählen übertreffen. Bei hochfesten Stählen sind aufwendigere Schweißverfahren notwendig, um deren Eigenschaften nicht zu verschlechtern. Für hochfesten Stahl werden spezielle Schweißstäbe benötigt, und normalerweise ist eine Schweißnahterwärmung (Vorwärmung) erforderlich. Eine dritte allgemeine Klasse von Stählen, die hochlegierten Stähle, werden hergestellt, indem relativ große Mengen an Legierungselementen wie Nickel, Chrom und Mangan eingeschlossen werden. Diese Stähle, zu denen auch Edelstähle gehören, haben wertvolle Korrosionsbeständigkeitseigenschaften und erfordern außerdem spezielle Schweißverfahren.

Stahl ist ein hervorragendes Material für den Schiffbau, und die Wahl der Schweißelektrode ist bei allen Schweißanwendungen während des Baus von entscheidender Bedeutung. Das Standardziel ist es, eine Schweißnaht mit äquivalenten Festigkeitseigenschaften zu denen des Grundmetalls zu erhalten. Da beim Produktionsschweißen wahrscheinlich kleinere Fehler auftreten, werden Schweißnähte oft so konstruiert und Schweißelektroden ausgewählt, dass Schweißnähte mit Eigenschaften hergestellt werden, die über denen des Grundmetalls liegen.

Aluminium hat aufgrund seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses im Vergleich zu Stahl eine zunehmende Anwendung als Schiffbaumetall gefunden. Obwohl die Verwendung von Aluminium für Rümpfe begrenzt war, werden Aluminiumaufbauten sowohl für den Militär- als auch für den Handelsschiffbau immer häufiger. Schiffe, die ausschließlich aus Aluminium hergestellt sind, sind hauptsächlich kleinere Boote, wie Fischerboote, Sportboote, kleine Passagierboote, Kanonenboote und Tragflächenboote. Das für den Schiffbau und die Schiffsreparatur verwendete Aluminium ist im Allgemeinen mit Mangan, Magnesium, Silizium und/oder Zink legiert. Diese Legierungen bieten eine gute Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit.

Werftschweißprozesse, genauer gesagt Schmelzschweißen, werden an nahezu jedem Ort im Werftumfeld durchgeführt. Das Verfahren umfasst das Verbinden von Metallen, indem benachbarte Oberflächen auf extrem hohe Temperaturen gebracht werden, um sie mit einem geschmolzenen Füllmaterial zu verschmelzen. Eine Wärmequelle wird verwendet, um die Kanten der Verbindung zu erhitzen, wodurch sie mit geschmolzenem Schweißfüllmetall (Elektrode, Draht oder Stange) verschmelzen können. Die erforderliche Wärme wird in der Regel durch einen Lichtbogen oder eine Gasflamme erzeugt. Werften wählen die Art des Schweißverfahrens basierend auf Kundenspezifikationen, Produktionsraten und einer Vielzahl von Betriebsbeschränkungen, einschließlich staatlicher Vorschriften. Die Standards für Militärschiffe sind in der Regel strenger als für Handelsschiffe.

Ein wichtiger Faktor bei den Schmelzschweißverfahren ist die Lichtbogenabschirmung zum Schutz des Schmelzbades. Die Temperatur des Schweißbades ist wesentlich höher als der Schmelzpunkt des angrenzenden Metalls. Bei extrem hohen Temperaturen erfolgt eine Reaktion mit Sauerstoff und Stickstoff in der Atmosphäre schnell und hat negative Auswirkungen auf die Schweißnahtfestigkeit. Sollten Sauerstoff und Stickstoff aus der Atmosphäre in das Schweißgut und den geschmolzenen Stab eingeschlossen werden, kommt es zu einer Versprödung des Schweißbereichs. Zum Schutz vor dieser Schweißverunreinigung und zur Sicherstellung der Schweißqualität ist eine Abschirmung von der Atmosphäre erforderlich. Bei den meisten Schweißprozessen wird die Abschirmung durch Zugabe eines Flussmittels, eines Gases oder einer Kombination aus beiden erreicht. Wenn ein Flussmittel verwendet wird, führen Gase, die durch Verdampfung und chemische Reaktion an der Elektrodenspitze erzeugt werden, zu einer Kombination aus Flussmittel und Gasabschirmung, die die Schweißnaht vor Stickstoff- und Sauerstoffeinschlüssen schützt. Die Abschirmung wird in den folgenden Abschnitten besprochen, in denen spezifische Schweißverfahren beschrieben werden.

Beim Lichtbogenschweißen wird zwischen dem Werkstück und einer Elektrode oder einem Draht ein Stromkreis erzeugt. Wenn die Elektrode oder der Draht in geringem Abstand vom Werkstück gehalten wird, entsteht ein Hochtemperatur-Lichtbogen. Dieser Lichtbogen erzeugt ausreichend Wärme, um die Kanten des Werkstücks und die Spitze der Elektrode oder des Drahts zu schmelzen, um ein Schmelzschweißsystem herzustellen. Es gibt eine Reihe von Lichtbogenschweißverfahren, die für den Einsatz im Schiffbau geeignet sind. Alle Prozesse erfordern eine Abschirmung des Schweißbereichs von der Atmosphäre. Sie können in flussmittelgeschützte und gasgeschützte Verfahren unterteilt werden.

Hersteller von Schweißgeräten und zugehörigen Verbrauchs- und Nichtverbrauchsprodukten berichten, dass das Lichtbogenschweißen mit abschmelzenden Elektroden das universellste Schweißverfahren ist.

Schutzgasschweißen (SMAW). Lichtbogenschweißverfahren mit Flussmittelabschirmung unterscheiden sich hauptsächlich durch ihren manuellen oder halbautomatischen Charakter und die Art der verwendeten abschmelzenden Elektrode. Beim SMAW-Verfahren wird eine verbrauchbare Elektrode (30.5 bis 46 cm lang) mit einer trockenen Flussmittelbeschichtung verwendet, die in einem Halter gehalten und vom Schweißer dem Werkstück zugeführt wird. Die Elektrode besteht aus dem massiven Füllstabkern aus Metall, der entweder aus gezogenem oder gegossenem Material besteht und mit einem Mantel aus Metallpulver bedeckt ist. SMAW wird auch häufig als „Stabschweißen“ und „Lichtbogenschweißen“ bezeichnet. Das Elektrodenmetall ist von Flussmittel umgeben, das im Schweißfortschritt schmilzt, die abgeschiedene Metallschmelze mit Schlacke bedeckt und die unmittelbare Umgebung in eine Schutzgasatmosphäre einhüllt. Manuelles SMAW-Schweißen kann zum Niederhand- (Flach-), Horizontal-, Vertikal- und Überkopfschweißen verwendet werden. SMAW-Prozesse können auch halbautomatisch durch die Verwendung einer Schwerkraftschweißmaschine verwendet werden. Schwerkraftmaschinen verwenden das Gewicht der Elektrode und des Halters, um eine Bewegung entlang des Werkstücks zu erzeugen.

Unterpulverschweißen (SAW) ist ein weiteres flussmittelgeschütztes Lichtbogenschweißverfahren, das in vielen Werften verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird eine Decke aus granuliertem Flussmittel auf dem Werkstück abgeschieden, gefolgt von einer verbrauchbaren Drahtelektrode aus blankem Metall. Als Füllmaterial dient in der Regel die Elektrode, in manchen Fällen wird dem Flussmittel jedoch Metallgranulat zugesetzt. Der Lichtbogen, der in die Flussmitteldecke eingetaucht ist, schmilzt das Flussmittel, um eine schützende, isolierte, geschmolzene Abschirmung in der Schweißzone zu erzeugen. Eine hohe Wärmekonzentration ermöglicht starke Schweißabscheidungen bei relativ hohen Geschwindigkeiten. Nach dem Schweißen wird das geschmolzene Metall durch eine Schicht aus geschmolzenem Flussmittel geschützt, das anschließend entfernt und wiedergewonnen werden kann. Das UP-Schweißen muss mit der Hand ausgeführt werden und eignet sich ideal zum Stumpfschweißen von Platten an Plattenlinien, Plattenbereichen und Montagebereichen. Der SAW-Prozess ist im Allgemeinen vollautomatisch, wobei die Ausrüstung auf einem beweglichen Schlitten oder einer selbstfahrenden Plattform auf dem Werkstück montiert ist. Da der SAW-Prozess hauptsächlich automatisch abläuft, wird ein Großteil der Zeit damit verbracht, die Schweißnaht mit der Maschine auszurichten. Da der SAW-Lichtbogen unter einer Abdeckung aus granuliertem Flussmittel arbeitet, ist die Raucherzeugungsrate (FGR) oder die Rauchbildungsrate (FFR) in ähnlicher Weise niedrig und bleibt unter verschiedenen Betriebsbedingungen konstant, vorausgesetzt, dass eine angemessene Flussmittelabdeckung vorhanden ist.

Schutzgasschweißen (GMAW). Eine weitere große Kategorie des Lichtbogenschweißens sind die Schutzgasverfahren. Diese Prozesse verwenden im Allgemeinen blanke Drahtelektroden mit einem extern zugeführten Schutzgas, das inert, aktiv oder eine Kombination aus beiden sein kann. GMAW, auch allgemein als bezeichnet Metall Inertgas (MIG)-Schweißen verwendet eine verbrauchbare, automatisch zugeführte Drahtelektrode mit kleinem Durchmesser und Gasabschirmung. GMAW ist die Antwort auf eine lange gesuchte Methode, um ohne Unterbrechung durch Elektrodenwechsel kontinuierlich schweißen zu können. Ein automatischer Drahtvorschub ist erforderlich. Ein Drahtspulensystem liefert eine Elektrode/Drahtfüllrate, die eine konstante Geschwindigkeit hat, oder die Geschwindigkeit schwankt mit einem Spannungssensor. An der Stelle, wo die Elektrode auf den Lichtbogen trifft, wird von der Schweißpistole Argon oder Helium als Schutzgas zugeführt. Es wurde festgestellt, dass zum Schweißen von Stahl eine Kombination aus CO2 und/oder es könnte ein Inertgas verwendet werden. Häufig wird eine Kombination der Gase verwendet, um Kosten und Schweißqualität zu optimieren.

Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW). Eine andere Art von Schutzgas-Schweißverfahren ist das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen, manchmal auch als Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen bezeichnet Wolfram Edelgas (WIG)-Schweißen oder den Handelsnamen Heliarc, weil anfangs Helium als Schutzgas verwendet wurde. Dies war das erste der „neuen“ Schweißverfahren nach dem Stabschweißen von etwa 25 Jahren. Der Lichtbogen wird zwischen dem Werkstück und einer Wolframelektrode erzeugt, die nicht verbraucht wird. Ein Edelgas, meist Argon oder Helium, sorgt für die Abschirmung und einen sauberen, raucharmen Prozess. Außerdem überträgt der WIG-Lichtbogen das Füllmetall nicht, sondern schmilzt einfach das Material und den Draht, was zu einer saubereren Schweißnaht führt. GTAW wird am häufigsten in Werften zum Schweißen von Aluminium-, Blech- und Rohren mit kleinem Durchmesser oder zum Auftragen der ersten Lage einer mehrlagigen Schweißnaht bei größeren Rohren und Formstücken eingesetzt.

Lichtbogenschweißen mit Flussmittelkern (FCAW) verwendet eine ähnliche Ausrüstung wie GMAW, bei der der Draht kontinuierlich dem Lichtbogen zugeführt wird. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die FCAW-Elektrode ein röhrenförmiger Elektrodendraht mit einem Flussmittelkern ist, der bei der lokalen Abschirmung in der Schweißumgebung hilft. Einige Fülldrähte bieten allein mit dem Fülldraht eine ausreichende Abschirmung. Viele FCAW-Prozesse, die in der Schiffbauumgebung verwendet werden, erfordern jedoch das Hinzufügen einer Gasabschirmung für die Qualitätsanforderungen der Schiffbauindustrie.

Das FCAW-Verfahren bietet eine qualitativ hochwertige Schweißnaht mit höheren Produktionsraten und Schweißereffizienz als das herkömmliche SMAW-Verfahren. Das FCAW-Verfahren ermöglicht eine vollständige Palette von Produktionsanforderungen, wie z. B. Überkopf- und Vertikalschweißen. FCAW-Elektroden sind in der Regel etwas teurer als SMAW-Materialien, obwohl die höhere Qualität und Produktivität in vielen Fällen die Investition wert sind.

Plasmalichtbogenschweißen (PAW). Das letzte der Schutzgas-Schweißverfahren ist das Plasma-Metall-Inertgas-Schweißen. PAW ist dem WIG-Verfahren sehr ähnlich, außer dass der Lichtbogen gezwungen wird, eine Begrenzung zu passieren, bevor er das Werkstück erreicht. Das Ergebnis ist ein Jetstream aus intensiv heißem und sich schnell bewegendem Plasma. Das Plasma ist ein ionisierender Gasstrom, der den Lichtbogen trägt, der erzeugt wird, indem der Lichtbogen verengt wird, um durch eine kleine Öffnung im Brenner zu gehen. PAW führt zu einem konzentrierteren Lichtbogen mit hoher Temperatur, was ein schnelleres Schweißen ermöglicht. Abgesehen von der Verwendung der Öffnung zum Beschleunigen des Gases ist PAW identisch mit GTAW und verwendet eine nicht verbrauchbare Wolframelektrode und einen Inertgasschutz. PAW ist im Allgemeinen manuell und wird im Schiffbau nur minimal verwendet, obwohl es manchmal für Flammspritzanwendungen verwendet wird. Es wird hauptsächlich zum Schneiden von Stahl im Schiffsbau verwendet (siehe Abbildung 9).

Abbildung 9. Unterwasser-Plasmalichtbogenschneiden von Stahlblech

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Caroline Kiehner

Gasschweißen, Hartlöten und Weichlöten. Gasschweißen verwendet Wärme, die durch das Verbrennen eines Gasbrennstoffs erzeugt wird, und verwendet im Allgemeinen einen Füllstab für das abgeschiedene Metall. Der gebräuchlichste Brennstoff ist Acetylen, das in Kombination mit Sauerstoff verwendet wird (Acetylen-Sauerstoffschweißen). Ein Handbrenner richtet die Flamme auf das Werkstück und schmilzt gleichzeitig das Schweißgut, das sich auf der Verbindungsstelle ablagert. Die Oberfläche des Werkstücks schmilzt zu einer Schmelzpfütze, wobei Füllmaterial zum Füllen von Spalten oder Rillen verwendet wird. Das geschmolzene Metall, hauptsächlich Füllmetall, verfestigt sich, während der Brenner entlang des Werkstücks fortschreitet. Das Gasschweißen ist vergleichsweise langsam und für die Verwendung mit automatischen oder halbautomatischen Geräten nicht geeignet. Daher wird es selten für das normale Produktionsschweißen in Werften verwendet. Die Ausrüstung ist klein und tragbar und kann zum Schweißen dünner Bleche (bis zu etwa 7 mm) sowie für Rohre mit kleinem Durchmesser, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC)-Stämme (Blech) und elektrische Kabel nützlich sein Wege und zum Löten oder Weichlöten. Zum Schneiden werden identische oder ähnliche Geräte verwendet.

Löten und Hartlöten sind Techniken zum Verbinden zweier Metalloberflächen, ohne das Grundmetall zu schmelzen. Eine Flüssigkeit wird dazu gebracht, in den Raum zwischen den beiden Oberflächen zu fließen und ihn zu füllen und sich dann zu verfestigen. Wenn die Temperatur des Schweißzusatzes unter 450 °C liegt, spricht man von Löten; bei Temperaturen über 450 °C spricht man von Hartlöten. Das Löten erfolgt üblicherweise unter Verwendung von Hitze von einem Lötkolben, Flamme, elektrischem Widerstand oder Induktion. Beim Hartlöten wird die Wärme einer Flamme, des Widerstands oder der Induktion verwendet. Das Hartlöten kann auch durch Eintauchen von Teilen in ein Bad erfolgen. Löt- und Hartlötverbindungen haben nicht die Festigkeitseigenschaften von Schweißverbindungen. Folglich finden Hartlöten und Weichlöten im Schiffsbau und in der Schiffsreparatur begrenzte Anwendung, mit Ausnahme hauptsächlich von Rohrverbindungen mit kleinem Durchmesser, Blechherstellung, kleinen und seltenen Tischlerarbeiten und Wartungsfunktionen.

Andere Schweißverfahren. Es gibt weitere Arten des Schweißens, die aus verschiedenen Gründen in kleinen Mengen in der Werftumgebung verwendet werden können. Elektroschlackeschweißen überträgt Wärme durch geschmolzene Schlacke, die das Werkstück und das Füllmetall schmilzt. Obwohl die verwendete Ausrüstung ähnlich der für das Lichtbogenschweißen verwendeten ist, wird die Schlacke durch ihren Widerstand gegen den Strom, der zwischen der Elektrode und dem Werkstück fließt, in einem geschmolzenen Zustand gehalten. Daher ist es eine Form des elektrischen Widerstandsschweißens. Häufig wird hinter dem Werkstück eine gekühlte Stützplatte verwendet, um das Schmelzbad einzuschließen. Elektrogasschweißen verwendet einen ähnlichen Aufbau, verwendet jedoch eine flussmittelbeschichtete Elektrode und CO2 Gasabschirmung. Beide Verfahren sind sehr effizient für die automatische Herstellung vertikaler Stumpfnähte und sehr vorteilhaft für dickere Bleche. Es wird erwartet, dass diese Techniken eine erheblich breitere Anwendung im Schiffbau finden werden.

Thermitschweißen ist ein Prozess, bei dem überhitztes flüssiges Metall zum Schmelzen des Werkstücks und des bereitgestellten Füllmetalls verwendet wird. Das flüssige Metall entsteht durch eine chemische Reaktion zwischen einem Schmelzoxid und Aluminium. Das flüssige Metall wird in den zu schweißenden Hohlraum gegossen und der Hohlraum von einer Sandform umgeben. Das Thermitschweißen ähnelt dem Gießen und wird hauptsächlich zum Reparieren von Guss- und Schmiedeteilen oder zum Schweißen großer Strukturabschnitte wie eines Heckrahmens verwendet.

Laserschweißen ist eine neue Technologie, die einen Laserstrahl verwendet, um das Werkstück zu schmelzen und zu verbinden. Obwohl die Machbarkeit des Laserschweißens nachgewiesen wurde, haben die Kosten seine kommerzielle Anwendung bisher verhindert. Das Potenzial für effizientes und qualitativ hochwertiges Schweißen kann das Laserschweißen in Zukunft zu einer wichtigen Technik für den Schiffbau machen.

Eine andere relativ neue Schweißtechnik wird genannt Elektronenstrahlschweißen. Die Schweißnaht wird hergestellt, indem ein Elektronenstrom durch eine Öffnung auf das Werkstück geschossen wird, das von einem Inertgas umgeben ist. Das Elektronenstrahlschweißen hängt nicht von der Wärmeleitfähigkeit des Materials ab, um das Metall zu schmelzen. Folglich sind sowohl ein geringerer Energiebedarf als auch reduzierte metallurgische Auswirkungen auf den Stahl wesentliche Vorteile dieser Technik. Wie beim Laserschweißen sind die hohen Kosten ein Hauptproblem.

Bolzenschweißen ist eine Form des Lichtbogenschweißens, bei der der Bolzen selbst die Elektrode ist. Eine Bolzenschweißpistole hält den Bolzen, während sich der Lichtbogen bildet und das Blech und das Bolzenende schmelzen. Die Pistole drückt dann den Bolzen gegen die Platte und der Bolzen wird an die Platte geschweißt. Die Abschirmung wird durch die Verwendung einer Keramikhülse erreicht, die den Bolzen umgibt. Das Bolzenschweißen ist ein halbautomatisches Verfahren, das üblicherweise im Schiffbau verwendet wird, um die Installation von nichtmetallischen Materialien, wie z. B. Isolierungen, auf Stahloberflächen zu erleichtern.

Lackierung und Endbeschichtung

Die Lackierung erfolgt an fast allen Stellen der Werft. Die Art des Schiffsbaus und der Schiffsreparatur erfordert die Verwendung mehrerer Arten von Farben für verschiedene Anwendungen. Die Farbtypen reichen von wasserbasierten Beschichtungen bis hin zu Hochleistungs-Epoxidbeschichtungen. Die Art der Farbe, die für eine bestimmte Anwendung benötigt wird, hängt von der Umgebung ab, der die Beschichtung ausgesetzt wird. Farbauftragsgeräte reichen von einfachen Pinseln und Rollen bis hin zu Airless-Spritzgeräten und automatischen Maschinen. Im Allgemeinen bestehen Anforderungen an Schiffsanstriche in den folgenden Bereichen:

  • Unterwasser (Rumpfboden)
  • Wasserlinie
  • obere Aufbauten
  • Innenräume und Tanks
  • Wetterdecks
  • lose Ausrüstung.

 

Für jeden dieser Standorte gibt es viele verschiedene Lackiersysteme, aber Marineschiffe können aufgrund einer militärischen Spezifikation (Mil-spec) für jede Anwendung einen bestimmten Lacktyp erfordern. Bei der Auswahl von Farben müssen viele Überlegungen angestellt werden, darunter Umgebungsbedingungen, Schweregrad der Umweltbelastung, Trocknungs- und Aushärtungszeiten, Anwendungsgeräte und -verfahren. Viele Werften haben spezielle Einrichtungen und Werftstandorte, an denen Lackierungen stattfinden. Geschlossene Anlagen sind teuer, bieten aber eine höhere Qualität und Effizienz. Das Lackieren im Freien hat im Allgemeinen eine geringere Übertragungseffizienz und ist auf gute Wetterbedingungen beschränkt.

Lackbeschichtungssysteme für Werften. Farben werden für eine Vielzahl von Zwecken an einer Vielzahl von Stellen auf den Schiffen verwendet. Kein Lack kann alle gewünschten Funktionen erfüllen (z. B. Rostschutz, Antifouling und Alkalibeständigkeit). Farben bestehen aus drei Hauptbestandteilen: Pigment, Träger und Lösungsmittel. Pigmente sind kleine Partikel, die im Allgemeinen die Farbe sowie die vielen mit der Beschichtung verbundenen Eigenschaften bestimmen. Beispiele für Pigmente sind Zinkoxid, Talkum, Kohle, Steinkohlenteer, Blei, Glimmer, Aluminium und Zinkstaub. Das Vehikel kann man sich als Klebstoff vorstellen, der die Farbpigmente zusammenhält. Auf viele Farben wird nach ihrem Bindemitteltyp (z. B. Epoxid, Alkyd, Urethan, Vinyl, Phenolharz) verwiesen. Das Bindemittel ist auch sehr wichtig für die Bestimmung der Gebrauchseigenschaften der Beschichtung (z. B. Flexibilität, chemische Beständigkeit, Haltbarkeit, Finish). Das Lösungsmittel wird hinzugefügt, um die Farbe zu verdünnen und ein fließendes Auftragen auf Oberflächen zu ermöglichen. Der Lösungsmittelanteil der Farbe verdunstet, wenn die Farbe trocknet. Einige typische Lösungsmittel umfassen Aceton, Lösungsbenzin, Xylol, Methylethylketon und Wasser. Korrosionsschutz- und Antifouling-Anstriche werden typischerweise auf Schiffsrümpfen verwendet und sind die beiden wichtigsten Arten von Anstrichen, die in der Schiffbauindustrie verwendet werden. Das Korrosionsschutzfarben sind entweder Vinyl-, Lack-, Urethan- oder neuere Beschichtungssysteme auf Epoxidbasis. Die Epoxidsysteme sind mittlerweile sehr beliebt und weisen alle Eigenschaften auf, die die Meeresumwelt erfordert. Antifouling-Farben werden verwendet, um das Wachstum und die Anhaftung von Meeresorganismen an Schiffsrümpfen zu verhindern. Anstriche auf Kupferbasis werden häufig als Antifouling-Anstriche verwendet. Diese Farben setzen in unmittelbarer Nähe des Schiffsrumpfes kleinste Mengen giftiger Substanzen frei. Um unterschiedliche Farbtöne zu erzielen, können der Farbe Flammruß, rotes Eisenoxid oder Titandioxid zugesetzt werden.

Grundierungen für Werften. Das erste Beschichtungssystem, das auf Rohstahlbleche und -teile aufgetragen wird, ist im Allgemeinen eine Grundierung für die Bauvorbereitung, die manchmal als „Werkstattgrundierung“ bezeichnet wird. Diese Beschichtung ist wichtig, um den Zustand des Teils während des gesamten Bauprozesses zu erhalten. Die Grundierung vor dem Bau wird an Stahlplatten, Profilen, Rohrleitungsabschnitten und Lüftungskanälen durchgeführt. Shop Primer hat zwei wichtige Funktionen: (1) Bewahrung des Stahlmaterials für das Endprodukt und (2) Unterstützung der Bauproduktivität. Die meisten Baugrundierungen sind zinkreich und enthalten organische oder anorganische Bindemittel. Unter den anorganischen Zinkprimern überwiegen Zinksilikate. Zinkbeschichtungssysteme schützen Beschichtungen in ähnlicher Weise wie eine Verzinkung. Wenn Stahl mit Zink beschichtet wird, reagiert Sauerstoff mit dem Zink zu Zinkoxid, das eine dichte Schicht bildet, die den Kontakt von Wasser und Luft mit dem Stahl verhindert.

Ausrüstung zum Auftragen von Farbe. In der Schiffbauindustrie werden viele Arten von Ausrüstungen zum Auftragen von Farbe verwendet. Zwei gängige Methoden sind Druckluft- und Airless-Spritzgeräte. Druckluftsysteme sprühen sowohl Luft als auch Farbe, wodurch ein Teil der Farbe schnell zerstäubt (trocknet), bevor sie die beabsichtigte Oberfläche erreicht. Die Übertragungseffizienz von luftunterstützten Sprühsystemen kann zwischen 65 und 80 % variieren. Diese niedrige Übertragungseffizienz ist hauptsächlich auf Overspray, Abdrift und die Ineffizienz des Luftzerstäubers zurückzuführen; Diese Sprühgeräte sind aufgrund ihrer geringen Übertragungsfähigkeit veraltet.

Die am weitesten verbreitete Form des Farbauftrags im Schiffbau ist das Airless-Spritzgerät. Das Airless-Spritzgerät ist ein System, das Farbe einfach in einer Hydraulikleitung komprimiert und am Ende eine Sprühdüse hat; hydrostatischer Druck statt Luftdruck fördert die Farbe. Um die Menge an Overspray und Verschüttungen zu reduzieren, maximieren Werften den Einsatz von Airless-Farbspritzgeräten. Airless-Spritzgeräte sind viel sauberer zu bedienen und haben weniger Leckageprobleme als Druckluft-Spritzgeräte, da das System weniger Druck benötigt. Airless-Spritzgeräte haben je nach Bedingungen eine Auftragseffizienz von fast 90 %. Eine neue Technologie, die dem Airless-Spritzgerät hinzugefügt werden kann, heißt High Volume, Low Pressure (HVLP). HVLP bietet unter bestimmten Bedingungen eine noch höhere Übertragungseffizienz. Messungen der Übertragungseffizienz sind Schätzungen und beinhalten Zulagen für Tropfen und Verschüttungen, die beim Lackieren auftreten können.

Thermisches Spritzen, auch Metall- oder Flammspritzen genannt, ist das Aufbringen von Aluminium- oder Zinkschichten auf Stahl zum langfristigen Korrosionsschutz. Dieses Beschichtungsverfahren wird in einer Vielzahl von kommerziellen und militärischen Anwendungen eingesetzt. Es unterscheidet sich aufgrund seiner spezialisierten Ausrüstung und relativ langsamen Produktionsraten erheblich von herkömmlichen Beschichtungsverfahren. Es gibt zwei Grundtypen von thermischen Beschichtungsmaschinen: Brenndraht und Lichtbogenspritzen. Der Verbrennungsdrahttyp besteht aus brennbaren Gasen und einem Flammensystem mit einer Drahtvorschubsteuerung. Die brennbaren Gase schmelzen das auf die Teile zu spritzende Material. Das Lichtbogenspritzmaschine verwendet stattdessen einen Stromversorgungslichtbogen, um das flammgespritzte Material zu schmelzen. Dieses System umfasst ein Luftkompressions- und Filtersystem, eine Lichtbogenversorgung und -steuerung sowie eine Lichtbogen-Flammspritzpistole. Die Oberfläche muss für eine ordnungsgemäße Haftung von flammgespritzten Materialien ordnungsgemäß vorbereitet werden. Die gebräuchlichste Oberflächenvorbereitungstechnik ist Luftstrahlen mit feiner Körnung (z. B. Aluminiumoxid).

Die Anschaffungskosten des thermischen Spritzens sind im Vergleich zum Lackieren normalerweise hoch, obwohl das thermische Spritzen unter Berücksichtigung des Lebenszyklus wirtschaftlich attraktiver wird. Viele Werften haben ihre eigenen thermischen Spritzmaschinen, und andere Werften vergeben ihre thermischen Beschichtungsarbeiten an Unterauftragnehmer. Thermisches Spritzen kann in einem Geschäft oder an Bord des Schiffes durchgeführt werden.

Malpraktiken und Methoden. Die Lackierung wird in fast allen Bereichen der Werft durchgeführt, von der anfänglichen Grundierung des Stahls bis zur endgültigen Lackierung des Schiffs. Die Verfahren zum Lackieren sind von Prozess zu Prozess sehr unterschiedlich. Das Mischen von Farbe wird sowohl manuell als auch mechanisch durchgeführt und erfolgt normalerweise in einem Bereich, der von Bermen oder sekundären Eindämmungspaletten umgeben ist; Einige davon sind überdachte Bereiche. In der Werft findet sowohl Außen- als auch Innenlackierung statt. Schutzzäune aus Stahl, Kunststoff oder Stoff werden häufig verwendet, um Farbspritzer einzudämmen oder den Wind abzuhalten und Farbpartikel aufzufangen. Neue Technologien werden dazu beitragen, die Menge an Partikeln in der Luft zu reduzieren. Die Reduzierung des Oversprays reduziert auch den Farbverbrauch und spart der Werft somit bares Geld.

Oberflächenvorbereitung und Lackierbereiche in der Werft

Um Lackier- und Oberflächenvorbereitungspraktiken in der Schiffbau- und Reparaturindustrie zu veranschaulichen, können Praktiken allgemein in fünf Hauptbereichen beschrieben werden. Die folgenden fünf Bereiche sollen verdeutlichen, wie die Lackierung in der Werft abläuft.

Hull Malerei. Die Rumpflackierung erfolgt sowohl auf Reparaturschiffen als auch auf Neubauschiffen. Die Vorbereitung und Lackierung der Rumpfoberfläche auf Reparaturschiffen wird normalerweise durchgeführt, wenn das Schiff vollständig im Trockendock liegt (dh auf dem Grabdock eines schwimmenden Trockendocks). Für den Neubau wird der Rumpf vorbereitet und an einer Bauposition unter Verwendung einer der oben besprochenen Techniken lackiert. Luft- und/oder Wasserstrahlen mit mineralischem Sand sind die gebräuchlichsten Arten der Oberflächenvorbereitung für Schiffsrümpfe. Die Oberflächenvorbereitung umfasst das Strahlen der Oberfläche von Plattformen oder Aufzügen aus. In ähnlicher Weise wird Farbe mit Sprühgeräten und Geräten mit hoher Reichweite wie Arbeitsbühnen, Scherenbühnen oder tragbaren Gerüsten aufgetragen. Rumpfanstrichsysteme variieren in der Anzahl der erforderlichen Schichten.

Aufbaulackierung. Der Aufbau des Schiffes besteht aus den freiliegenden Decks, Deckshäusern und anderen Strukturen über dem Hauptdeck. In vielen Fällen werden an Bord des Schiffes Gerüste verwendet, um Antennen, Häuser und andere Aufbauten zu erreichen. Wenn es wahrscheinlich ist, dass Farbe oder Strahlmittel in angrenzende Gewässer fallen, wird eine Umhüllung angebracht. Auf Schiffen, die repariert werden, werden die Schiffsaufbauten meist im Liegen lackiert. Die Oberfläche wird entweder mit Handwerkzeugen oder Luftstrahlstrahlen vorbereitet. Sobald die Oberfläche vorbereitet ist und die zugehörigen Oberflächenmaterialien und der Sand gereinigt und entsorgt sind, kann mit dem Lackieren begonnen werden. Farbsysteme werden üblicherweise mit Airless-Farbspritzgeräten aufgetragen. Die Maler erreichen die Aufbauten mit vorhandenen Gerüsten, Leitern und verschiedenen Hebegeräten, die während der Oberflächenvorbereitung verwendet wurden. Das Ummantelungssystem (falls zutreffend), das zur Eindämmung der Explosion verwendet wurde, bleibt an Ort und Stelle, um Farbnebel einzudämmen.

Innenlackierung von Tank und Abteilen. Tanks und Abteile an Bord von Schiffen müssen beschichtet und neu beschichtet werden, um die Langlebigkeit des Schiffes zu erhalten. Die Neubeschichtung von Schiffsreparaturtanks erfordert eine umfangreiche Oberflächenvorbereitung vor dem Lackieren. Die meisten Tanks befinden sich am Boden des Schiffes (z. B. Ballasttanks, Bilgen, Kraftstofftanks). Die Tanks werden für die Lackierung vorbereitet, indem Lösungs- und Reinigungsmittel verwendet werden, um Fett- und Ölablagerungen zu entfernen. Das bei der Tankreinigung anfallende Abwasser muss fachgerecht aufbereitet und entsorgt werden. Nachdem die Tanks getrocknet sind, werden sie sandgestrahlt. Während des Strahlbetriebes muss der Tank Umluft haben und das Strahlgut abgesaugt werden. Die verwendeten Vakuumsysteme sind entweder vom Flüssigkeitsring- oder Drehschraubentyp. Diese Sauger müssen sehr stark sein, um den Sand aus dem Tank zu entfernen. Die Vakuumsysteme und Belüftungssysteme befinden sich im Allgemeinen auf der Oberfläche des Docks, und der Zugang zu den Tanks erfolgt durch Löcher im Rumpf. Sobald die Oberfläche gestrahlt und der Sand entfernt ist, kann mit dem Lackieren begonnen werden. Angemessene Belüftung und Atemschutzgeräte sind für alle Oberflächenvorbereitungen und Lackierungen von Tanks und Kammern erforderlich (dh in geschlossenen oder engen Räumen).

Vorbereitung der Lackoberfläche als Bauphasen. Sobald die Blöcke oder Mehrfacheinheiten den Montagebereich verlassen, werden sie häufig zu einem Strahlbereich transportiert, wo der gesamte Block für die Lackierung vorbereitet wird. An diesem Punkt wird der Block normalerweise wieder bis auf das blanke Metall abgestrahlt (dh die Konstruktionsgrundierung wird entfernt) (siehe Abbildung 7). Das häufigste Verfahren zur Oberflächenvorbereitung von Steinen ist das Luftstrahlstrahlen. Die nächste Stufe ist die Lackierungsstufe. Maler verwenden im Allgemeinen Airless-Spritzgeräte auf Hubarbeitsbühnen. Nachdem das Beschichtungssystem des Blocks aufgetragen wurde, wird der Block zur On-Block-Phase transportiert, wo die Ausrüstungsmaterialien installiert werden.

Lackierbereiche für Kleinteile. Viele Teile eines Schiffes müssen vor dem Einbau mit einem Beschichtungssystem versehen werden. Beispielsweise werden Rohrleitungsspulen, Entlüftungskanäle, Fundamente und Türen lackiert, bevor sie auf dem Block installiert werden. Kleinteile werden in der Regel in einem dafür vorgesehenen Bereich der Werft für die Lackierung vorbereitet. Die Lackierung von Kleinteilen kann an einem anderen bestimmten Ort in der Werft erfolgen, der den Produktionsanforderungen am besten entspricht. Einige Kleinteile werden in den verschiedenen Werkstätten lackiert, während andere an einem Standardstandort lackiert werden, der von der Lackierabteilung betrieben wird.

Oberflächenvorbereitung und Lackierung auf Block und auf Platte

Die endgültige Lackierung des Schiffes erfolgt an Bord, und Ausbesserungslackierungen erfolgen häufig auf Block (siehe Abbildung 10). Ausbesserungslackierungen auf dem Block treten aus mehreren Gründen auf. In einigen Fällen sind Lacksysteme auf Block beschädigt und müssen erneuert werden, oder vielleicht wurde das falsche Lacksystem aufgetragen und muss ersetzt werden. Die On-Block-Lackierung umfasst die Verwendung von tragbaren Strahl- und Lackiergeräten in den On-Block-Ausstattungsbereichen. Die Bordlackierung umfasst die Vorbereitung und Lackierung der Schnittstellenabschnitte zwischen den Baublöcken und die Neulackierung von Bereichen, die durch Schweißen, Nacharbeiten, Bordausrüstung und andere Prozesse beschädigt wurden. Die Oberflächen können mit Handwerkzeugen, Schmirgeln, Bürsten, Lösungsmittelreinigung oder anderen Oberflächenvorbereitungstechniken vorbereitet werden. Die Farbe wird mit tragbaren Airless-Spritzgeräten, Rollen und Pinseln aufgetragen.

Abbildung 10. Ausbesserungslackierung auf einem Schiffsrumpf.

SHP20F10

Newport News Schiffbau

Ausstattung

Die Vormontage von Baublöcken ist die aktuelle Schiffbaumethode, die von allen konkurrierenden Schiffbauern weltweit angewendet wird. Ausstattung ist der Prozess der Installation von Teilen und verschiedenen Unterbaugruppen (z. B. Rohrleitungssysteme, Lüftungsgeräte, elektrische Komponenten) auf dem Block, bevor die Blöcke bei der Errichtung zusammengefügt werden. Die Ausrüstung von Blöcken in der gesamten Werft eignet sich zur Bildung eines Fließbandansatzes für den Schiffbau.

Die Ausrüstung in jeder Bauphase ist so geplant, dass der Prozess in der gesamten Werft reibungslos abläuft. Der Einfachheit halber kann die Ausstattung nach der Montage der Stahlkonstruktion des Blocks in drei Hauptbauphasen unterteilt werden:

  1. Einheitsausstattung
  2. On-Block-Ausstattung
  3. Bordausstattung.

 

Einheitsausstattung ist die Phase, in der Beschläge, Teile, Fundamente, Maschinen und andere Ausstattungsmaterialien unabhängig vom Rumpfblock montiert werden (dh Einheiten werden getrennt von Stahlstrukturblöcken montiert). Die Ausrüstung von Einheiten ermöglicht es den Arbeitern, Schiffskomponenten und -systeme am Boden zusammenzubauen, wo sie einfachen Zugang zu den Maschinen und Werkstätten haben. Die Einheiten werden entweder in der On-Board- oder der On-Block-Bauphase installiert. Einheiten gibt es in unterschiedlichen Größen, Formen und Komplexitäten. In einigen Fällen sind Einheiten so einfach wie ein Lüftermotor, der mit einem Plenum und einer Spule verbunden ist. Große, komplexe Einheiten bestehen hauptsächlich aus Komponenten in Maschinenräumen, Kesseln, Pumpenräumen und anderen komplexen Bereichen des Schiffes. Bei der Ausrüstung von Einheiten werden Rohrspulen und andere Komponenten zusammengebaut und die Komponenten dann zu Einheiten verbunden. Maschinenräume sind Bereiche auf dem Schiff, in denen sich Maschinen befinden (z. B. Maschinenräume, Pumpstationen und Generatoren) und deren Ausstattung intensiv ist. Die Ausstattung von Einheiten am Boden erhöht die Sicherheit und Effizienz, indem die Arbeitszeit reduziert wird, die sonst für Arbeit im Block oder an Bord in engeren Räumen mit schwierigeren Bedingungen aufgewendet werden müsste.

On-Block-Ausstattung ist die Bauphase, in der das meiste Ausstattungsmaterial auf den Blöcken installiert wird. Auf dem Block installierte Ausstattungsmaterialien bestehen aus Lüftungssystemen, Rohrleitungssystemen, Türen, Lichtern, Leitern, Geländern, elektrischen Baugruppen und so weiter. Viele Einheiten werden auch in der On-Block-Phase installiert. Während der Einrichtungsphase am Block kann der Block angehoben, gedreht und bewegt werden, um das Anbringen von Ausstattungsmaterialien an Decken, Wänden und Böden effizient zu erleichtern. Alle Geschäfte und Dienstleistungen in der Werft müssen in der On-Block-Phase miteinander kommunizieren, um sicherzustellen, dass die Materialien zur richtigen Zeit und am richtigen Ort installiert werden.

Ausstattung an Bord wird durchgeführt, nachdem die Blöcke auf das im Bau befindliche Schiff gehoben wurden (dh nach der Errichtung). Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Schiff entweder an einer Bauposition (Bauwege oder Baudock) oder das Schiff könnte am Pier festgemacht sein. Die Blöcke sind bereits weitgehend ausgerüstet, bis das Schiff betriebsbereit ist, ist jedoch noch viel Arbeit nötig. Bei der Bordausrüstung werden große Einheiten und Blöcke an Bord des Schiffes installiert. Die Installation umfasst das Anheben der großen Blöcke und Einheiten an Bord des neuen Schiffes und das Anschweißen oder Verschrauben. Zur Bordausrüstung gehört auch die Verbindung der Bordsysteme (dh Rohrleitungssystem, Belüftungssystem und elektrisches System). Alle Kabelsysteme werden auf der Bordbühne durch das Schiff gezogen.

Testen

Die Betriebs- und Testphase des Baus bewertet die Funktionalität der installierten Komponenten und Systeme. In dieser Phase werden die Systeme betrieben, inspiziert und getestet. Wenn die Systeme die Tests aus irgendeinem Grund nicht bestehen, muss das System repariert und erneut getestet werden, bis es vollständig betriebsbereit ist. Alle Rohrleitungssysteme an Bord des Schiffes werden unter Druck gesetzt, um Lecks zu lokalisieren, die möglicherweise im System vorhanden sind. Tanks müssen auch strukturell geprüft werden, was erreicht wird, indem die Tanks mit Flüssigkeiten (dh Salzwasser oder Süßwasser) gefüllt und auf strukturelle Stabilität untersucht werden. Lüftung, Elektrik und viele andere Systeme werden getestet. Die meisten Systemtests und -operationen finden statt, während das Schiff am Pier angedockt ist. Es gibt jedoch einen zunehmenden Trend, Tests in früheren Konstruktionsphasen (z. B. Vortests in den Produktionshallen) durchzuführen. Die Durchführung von Tests in früheren Konstruktionsphasen erleichtert die Behebung von Fehlern aufgrund der besseren Zugänglichkeit der Systeme, obwohl vollständige Systemtests immer an Bord durchgeführt werden müssen. Sobald alle vorläufigen Pierside-Tests durchgeführt wurden, wird das Schiff für eine Reihe von voll funktionsfähigen Tests und Probefahrten auf See geschickt, bevor das Schiff an seinen Eigner ausgeliefert wird.

Schiffsreparatur

Praktiken und Verfahren zur Reparatur von Stahlschiffen

Die Schiffsreparatur umfasst im Allgemeinen alle Schiffsumbauten, Überholungen, Wartungsprogramme, Reparaturen größerer Schäden und Reparaturen kleinerer Ausrüstung. Die Schiffsreparatur ist ein sehr wichtiger Teil der Schifffahrts- und Schiffbauindustrie. Etwa 25 % der Arbeitskräfte in den meisten privaten Werften des Schiffbaus führen Reparatur- und Umbauarbeiten durch. Derzeit gibt es viele Schiffe, die aktualisiert und/oder umgebaut werden müssen, um Sicherheits- und Umweltanforderungen zu erfüllen. Veraltete und ineffiziente Flotten weltweit sowie hohe Kosten für neue Schiffe belasten die Reedereien. Generell sind Umbau- und Reparaturarbeiten in US-Werften rentabler als Neubauten. Auch in Neubauwerften tragen Reparaturverträge, Überholungen und Umbauten dazu bei, die Belegschaft in Zeiten begrenzter Neubauten zu stabilisieren, und Neubauten erhöhen die Auslastung der Reparaturarbeitskräfte. Der Schiffsreparaturprozess ist dem Neubauprozess sehr ähnlich, außer dass er im Allgemeinen in kleinerem Maßstab und in einem schnelleren Tempo durchgeführt wird. Der Reparaturprozess erfordert eine zeitnahere Koordinierung und ein aggressives Ausschreibungsverfahren für Schiffsreparaturverträge. Kunden für Reparaturarbeiten sind im Allgemeinen die Marine, gewerbliche Schiffseigner und andere Eigentümer von Schiffsstrukturen.

Der Kunde stellt in der Regel Kontraktspezifikationen, Zeichnungen und Standardartikel zur Verfügung. Verträge können sein fester Festpreis (FFP), feste Festpreiszuschlagsgebühr (FFPAF), Kosten plus Festgebühr (CPFF), Kosten zzgl. Prämiengebühr (CPAF) bzw dringende Reparatur Verträge. Der Prozess beginnt im Marketingbereich, wenn die Werft nach a gefragt wird Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen (RFP) oder ein Ausschreibung (IFB). Der niedrigste Preis gewinnt normalerweise einen IFB-Vertrag, während ein RFP-Zuschlag auf anderen Faktoren als dem Preis basieren kann. Die Gruppe Reparaturkalkulation erstellt den Kostenvoranschlag und den Vorschlag für den Reparaturvertrag. Angebotsschätzungen umfassen im Allgemeinen Arbeitsstunden und Lohnsätze, Materialien, Gemeinkosten, Sonderdienstkosten, Dollar für Subunternehmer, Überstunden- und Schichtprämien, andere Gebühren, Kosten für Einrichtungen und, basierend darauf, den geschätzten Preis des Vertrags. Nach Auftragsvergabe muss ein Produktionsplan erstellt werden.

Reparaturplanung, Engineering und Produktion

Obwohl in der Angebotsphase des Vertrags eine gewisse Vorplanung durchgeführt wird, ist noch viel Arbeit erforderlich, um den Vertrag rechtzeitig zu planen und auszuführen. Die folgenden Schritte sollten durchgeführt werden: Alle Vertragsspezifikationen lesen und verstehen, die Arbeit kategorisieren, die Arbeit in einen logischen Produktionsplan integrieren und den kritischen Pfad bestimmen. Planung, Engineering, Material, Subunternehmer und Reparaturproduktionsabteilungen müssen eng zusammenarbeiten, um die Reparatur so zeitnah und kostengünstig wie möglich durchzuführen. Die Vorfertigung von Rohrleitungen, Belüftung, elektrischen und anderen Maschinen wird in vielen Fällen vor der Ankunft des Schiffes durchgeführt. Die Vorrüstung und Vorverpackung von Reparatureinheiten erfordert die Zusammenarbeit mit den Produktionswerkstätten, um die Arbeiten rechtzeitig auszuführen.

Gängige Arten von Reparaturarbeiten

Schiffe ähneln anderen Arten von Maschinen darin, dass sie häufig gewartet und manchmal komplett überholt werden müssen, um betriebsbereit zu bleiben. Viele Werften haben Wartungsverträge mit Reedereien, Schiffen und/oder Schiffsklassen, die häufige Wartungsarbeiten vorsehen. Beispiele für Wartungs- und Reparaturpflichten sind:

  • Strahlen und Neulackieren von Schiffsrumpf, Freibord, Aufbauten, Innentanks und Arbeitsbereichen
  • Umbau und Installation von Großmaschinen (z. B. Dieselmotoren, Turbinen, Generatoren und Pumpstationen)
  • Systemüberholungen, Wartung und Installation (z. B. Spülen, Testen und Installieren eines Rohrleitungssystems)
  • Installation neuer Systeme, entweder Hinzufügen neuer Ausrüstung oder Ersetzen veralteter Systeme (z. B. Navigationssysteme, Kampfsysteme, Kommunikationssysteme oder aktualisierte Rohrleitungssysteme)
  • Reparatur, Modifikation und Ausrichtung von Propellern und Rudern
  • Schaffung neuer Maschinenräume auf dem Schiff (z. B. Ausschneiden bestehender Stahlkonstruktionen und Hinzufügen neuer Wände, Versteifungen, vertikaler Stützen und Gurte).

 

In vielen Fällen sind Reparaturverträge eine Notsituation mit sehr kurzer Vorwarnung, was die Schiffsreparatur zu einem schnelllebigen und unvorhersehbaren Umfeld macht. Normale Reparaturschiffe bleiben 3 Tage bis 2 Monate in der Werft, während größere Reparaturen und Umbauten mehr als ein Jahr dauern können

Große Reparaturen und Umbauprojekte

Große Reparaturaufträge und große Umbauten sind in der Schiffsreparaturbranche üblich. Die meisten dieser großen Reparaturverträge werden von Werften ausgeführt, die in der Lage sind, Schiffe zu bauen, obwohl einige hauptsächlich Reparaturwerften umfangreiche Reparaturen und Umbauten durchführen.

Beispiele für größere Reparaturverträge sind:

  • Umbau von Versorgungsschiffen zu Lazarettschiffen
  • ein Schiff halbieren und einen neuen Abschnitt installieren, um das Schiff zu verlängern (siehe Abbildung 11)
  • Austausch von Segmenten eines auf Grund gelaufenen Schiffes (siehe Abbildung 12)
  • kompletter Ausbau, strukturelle Neukonfiguration und Ausstattung von Kampfsystemen
  • größere Umgestaltung des Schiffsinneren oder -äußeren (z. B. vollständige Überholung von Passagierkreuzfahrtschiffen).

 

Die meisten größeren Reparaturen und Umbauten erfordern einen großen Planungs-, Engineering- und Produktionsaufwand. In vielen Fällen muss eine große Menge an Stahlarbeiten durchgeführt werden (z. B. größere Ausschnitte bestehender Schiffsstrukturen und Installation neuer Konfigurationen). Diese Projekte können in vier Hauptphasen unterteilt werden: Entfernung, Aufbau einer neuen Struktur, Installation und Prüfung der Ausrüstung. Für die meisten größeren und kleineren Reparaturen und Umbauten sind Subunternehmer erforderlich. Die Subunternehmer bringen Know-how in bestimmten Bereichen ein und helfen, die Arbeitslast in der Werft auszugleichen.

Abbildung 11. Ein Schiff halbieren, um einen neuen Abschnitt zu installieren.

SHP20F11

Newport News Schiffbau

Abbildung 12. Ersetzen des Bugs eines auf Grund gelaufenen Schiffes.

SHP20F12

Newport News Schiffbau

 Einige der Arbeiten, die Subunternehmer ausführen, sind wie folgt:

  • Unterstützung der Schiffsreparatur

  • große Kampfsysteminstallationen (technisch)

  • Kessel Neuverrohrung und Umbau

  • Überholung von Luftkompressoren

  • Asbestsanierung und -entsorgung

  • Tankreinigung

  • Strahlen und Lackieren

  • Überholung von Pumpensystemen

  • kleine strukturelle Fertigung

  • Windenüberholungen

  • Modifikationen des Hauptdampfsystems

  • Systemkonstruktionen (dh Rohrleitungen, Belüftung, Fundamente usw.).

 

Wie bei Neubauten müssen alle installierten Systeme getestet und betriebsbereit sein, bevor das Schiff an seinen Eigner zurückgegeben wird. Testanforderungen stammen im Allgemeinen aus dem Vertrag, obwohl es andere Quellen für Testanforderungen gibt. Die Tests müssen geplant, für die ordnungsgemäße Durchführung verfolgt und von den zuständigen Gruppen (interne Qualität der Werft, Schiffsbetrieb, Regierungsbehörden, Reeder usw.) überwacht werden. Sobald die Systeme vorhanden und ordnungsgemäß getestet sind, können der Bereich, die Abteilung und/oder das System als an das Schiff verkauft (dh fertiggestellt) angesehen werden.

Es gibt viele Gemeinsamkeiten zwischen Neubau- und Reparaturprozessen. Die Hauptähnlichkeiten bestehen darin, dass beide im Wesentlichen dieselben Herstellungsverfahren, Prozesse, Einrichtungen und Support-Werkstätten anwenden. Schiffsreparaturen und Neubauten erfordern hochqualifizierte Arbeitskräfte, da viele der Vorgänge nur begrenztes Automatisierungspotenzial haben (insbesondere Schiffsreparaturen). Beide erfordern eine hervorragende Planung, Technik und abteilungsübergreifende Kommunikation. Der Ablauf des Reparaturverfahrens ist im Allgemeinen wie folgt: Schätzen, Planen und Ausführen des Auftrags; Ausreißerarbeit; Nachrüstung von Stahlkonstruktionen; Reparatur der Produktion; Tests und Versuche; und liefert das Schiff ab. In vielerlei Hinsicht ähnelt der Schiffsreparaturprozess dem Schiffbau, obwohl der Neubau aufgrund der Größe der Belegschaft, der Arbeitsbelastung, der Anzahl der Teile und der Komplexität der Kommunikation (dh Produktionspläne und Zeitpläne) einen größeren Organisationsaufwand erfordert ) rund um den Arbeitsablauf im Schiffbau.

Gefahren und Vorsichtsmaßnahmen

Schiffbau und -reparatur ist eine der gefährlichsten Branchen. Arbeiten müssen in einer Vielzahl von hochgefährlichen Situationen durchgeführt werden, wie z. B. in engen Räumen und beträchtlichen Höhen. Es wird viel Handarbeit mit schwerem Gerät und Material verrichtet. Da die Arbeit so eng miteinander verknüpft ist, können die Ergebnisse eines Prozesses Mitarbeiter gefährden, die an einem anderen Prozess beteiligt sind. Darüber hinaus wird ein großer Teil der Arbeit im Freien durchgeführt, und die Auswirkungen von Wetterextremen können gefährliche Bedingungen verursachen oder verschlimmern. Darüber hinaus müssen eine Reihe von Chemikalien, Farben, Lösungsmitteln und Beschichtungen verwendet werden, die erhebliche Risiken für die Mitarbeiter darstellen können.

Gesundheitsrisiken

Chemische Gefahren Gesundheitsrisiken für die Beschäftigten in Werften sind unter anderem:

  • Stäube aus Strahlarbeiten
  • Exposition gegenüber Asbest und Mineralfasern bei Dämmarbeiten
  • Dämpfe und Sprühnebel von Farben, Lacken, Lösungs- und Verdünnungsmitteln
  • Rauch von verschiedenen Schweiß-, Brenn-, Löt- und Hartlötvorgängen
  • Exposition gegenüber Gasen, die bei verschiedenen Schweiß-, Brenn- und Erwärmungsprozessen verwendet werden
  • Exposition gegenüber bestimmten toxischen Chemikalien in Epoxidharzen, Antifouling-Farben aus Organozinn und Kupfer, Bleifarbe, Ölen, Fetten, Pigmenten und dergleichen.

    Physikalische Gefahren aufgrund der manuellen Natur der Arbeit umfassen:

    • Temperatur- und Wetterextreme im Zusammenhang mit Arbeiten im Freien
    • Gefahr von Stromschlägen
    • ergonomische Probleme, die durch die wiederholte Handhabung großer und sperriger Materialien verursacht werden
    • ionisierende und nichtionisierende Strahlung
    • Lärm und Vibrationen
    • Sauerstoffmangelpotential und andere Gefahren in engen Räumen im Zusammenhang mit Tanks, Doppelböden usw
    • Stürze und Stolpern von Arbeiten auf gleicher Höhe sowie Arbeiten aus großer Höhe.

    Vorsichtsmaßnahmen

    Obwohl der Schiffbau und die Schiffsreparatur eine sehr gefährliche Industrie sind, können und sollten die Risiken für das Personal durch diese Gefahren minimiert werden. Grundlage der Gefahrenminderung ist ein fundiertes Gesundheits- und Sicherheitsprogramm, das in einer guten Partnerschaft zwischen Management und Gewerkschaften bzw. Mitarbeitern wurzelt. Es gibt eine Reihe von Ansätzen, die verwendet werden können, um Gefahren in Werften zu verhindern oder zu minimieren, sobald sie erkannt wurden. Diese Ansätze können grob in mehrere Strategien unterteilt werden. Steuereinheit eingesetzt werden, um Gefahren am Entstehungsort zu beseitigen oder zu kontrollieren. Diese Steuerungen sind die wünschenswertesten der verschiedenen Arten, da sie am zuverlässigsten sind:

    • Substitution oder Eliminierung. Prozesse, die Gefahren oder toxische Materialien erzeugen, sollten nach Möglichkeit eliminiert oder durch weniger gefährliche Prozesse oder Materialien ersetzt werden. Dies ist die effektivste Form der Kontrolle. Ein Beispiel ist die Verwendung von nicht krebserregenden Materialien anstelle von Asbestisolierungen. Ein weiteres Beispiel ist der Einsatz von hydraulischen Hubtischen zur Handhabung schwerer Materialien anstelle des manuellen Hebens. Der Ersatz von lösemittelhaltigen Lacken durch wasserbasierte Lacke ist häufig möglich. Automatisierung oder Robotik können verwendet werden, um Prozessgefahren zu eliminieren.

    • Isolierung. Prozesse, die nicht ersetzt oder eliminiert werden können, können manchmal von den Mitarbeitern isoliert werden, um die Exposition zu minimieren. Häufig können Lärmquellen verlegt werden, um einen größeren Abstand zwischen Arbeitnehmern und der Lärmquelle zu schaffen und so die Exposition zu verringern.

    • Gehege. Prozesse oder Personal können manchmal eingeschlossen werden, um Expositionen zu eliminieren oder zu reduzieren. Bedienern von Geräten können geschlossene Kabinen zur Verfügung gestellt werden, um die Exposition gegenüber Lärm, Hitze, Kälte oder sogar chemischen Gefahren zu minimieren. Prozesse können auch eingeschlossen werden. Farbspritzkabinen und Schweißkabinen sind Beispiele für Prozessgehäuse, die die Exposition gegenüber potenziell toxischen Materialien reduzieren.

    • Belüftung. Prozesse, die toxische Materialien produzieren, können belüftet werden, um die Materialien an ihrem Entstehungsort einzufangen. Diese Technik wird in Werften und Bootswerften ausgiebig verwendet, insbesondere um Schweißrauch und -gase, Farbdämpfe und dergleichen zu kontrollieren. Viele Ventilatoren und Gebläse befinden sich auf den Decks von Schiffen, und Luft wird entweder ausgestoßen oder in Räume geblasen, um die Exposition gegenüber Gefahren zu verringern. Häufig werden Ventilatoren im Blasmodus verwendet, um Frischluft in die Abteile zu leiten, um akzeptable Sauerstoffwerte aufrechtzuerhalten.


    Administrative Kontrollen werden verwendet, um die Exposition zu minimieren, indem die Zeit, die das Personal in potenziell gefährlichen Situationen verbringt, administrativ begrenzt wird. Dies wird im Allgemeinen dadurch erreicht, dass das Personal von einem Arbeitsplatz mit relativ geringem Risiko zu einem Job mit höherem Risiko gewechselt wird. Obwohl die Summe der Personenexpositionszeit nicht verändert wird, wird die Exposition jedes einzelnen Arbeiters reduziert.

    Verwaltungskontrollen sind nicht ohne negative Aspekte. Diese Technik erfordert zusätzliches Training, da die Arbeiter beide Jobs kennen müssen und mehr Arbeiter potenziell einer Gefahr ausgesetzt sind. Da sich die Zahl der gefährdeten Personen aus rechtlicher Sicht verdoppelt hat, können sich auch die potenziellen Haftungen erhöhen. Die Verwaltungskontrolle kann jedoch eine wirksame Methode sein, wenn sie richtig angewendet wird.

    Persönliche Schutzkontrollen. Werften sind stark auf die verschiedenen Formen des Personenschutzes angewiesen. Die Art des Schiffsbaus und der Schiffsreparatur eignet sich nicht für herkömmliche technische Ansätze. Schiffe sind sehr beengte Räume mit eingeschränktem Zugang. Ein in Reparatur befindliches U-Boot hat 1 bis 3 Luken mit einem Durchmesser von 76 m, durch die Personen und Ausrüstung passieren müssen. Die Menge der durchführbaren Beatmungsschläuche ist stark begrenzt. In ähnlicher Weise wird auf großen Schiffen tief im Inneren des Schiffes gearbeitet, und obwohl eine gewisse Belüftung durch die verschiedenen Ebenen geraucht werden kann, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, ist die Menge begrenzt. Darüber hinaus befinden sich die Ventilatoren, die Luft durch das Entlüftungsrohr drücken oder ziehen, im Allgemeinen an der frischen Luft, normalerweise auf einem Hauptdeck, und auch sie haben eine etwas begrenzte Kapazität.

    Außerdem werden der Schiffsbau und die Schiffsreparatur nicht am Fließband durchgeführt, sondern an getrennten Baustellen, so dass stationäre technische Steuerungen unpraktisch sind. Ferner kann ein Schiff einige Tage in Reparatur sein, und das Ausmaß, in dem die technische Kontrolle genutzt werden kann, ist wiederum begrenzt. Persönliche Schutzausrüstung wird in diesen Situationen ausgiebig verwendet.

    In Läden kann ein umfassenderer Gebrauch von traditionellen technischen Kontrollansätzen gemacht werden. Die meisten Geräte und Maschinen in Werkstätten und Montageplatten sind für herkömmliche Schutz-, Belüftungs- und andere technische Ansätze sehr gut geeignet. Allerdings muss auch in diesen Situationen eine gewisse persönliche Schutzausrüstung verwendet werden.

    Es folgt eine Erörterung der verschiedenen Anwendungen von persönlicher Schutzausrüstung, die in Werften verwendet werden:

    Schweißen, Schneiden und Schleifen. Der grundlegende Prozess des Baus und der Reparatur von Schiffen umfasst das Schneiden, Formen und Verbinden von Stahl und anderen Metallen. Dabei entstehen Metalldämpfe, Stäube und Partikel. Obwohl manchmal eine Belüftung verwendet werden kann, müssen Schweißer häufiger Atemschutzgeräte zum Schutz vor Schweißpartikeln und -dämpfen verwenden. Darüber hinaus müssen sie einen angemessenen Augenschutz für ultraviolette und infrarote Beleuchtung und andere physische Gefahren für Augen und Gesicht verwenden. Zum Schutz vor Funken und anderen Formen von geschmolzenem Metall muss der Schweißer durch Schweißhandschuhe, langärmlige Kleidung und andere körperliche Schutzmaßnahmen geschützt werden.

    Strahlen und Lackieren. Beim Bau und der Reparatur von Schiffen wird viel gestrichen. In vielen Fällen werden die Farben und Beschichtungen vom Schiffseigner vorgegeben. Vor dem Lackieren muss die Ausrüstung mit einem Strahlmittel auf ein bestimmtes Profil gestrahlt werden, das eine gute Haftung und einen guten Schutz gewährleistet.

    Das Strahlen kleiner Teile kann in einem geschlossenen System, wie z. B. einer Glovebox, durchgeführt werden. Die meisten großen Bauteile werden jedoch manuell gestrahlt. Einige Sprengungen werden im Freien durchgeführt, einige in großen Buchten eines Gebäudes oder Geschäfts, die für diesen Zweck bestimmt sind, und einige innerhalb der Schiffe oder Schiffsabschnitte selbst. In jedem Fall muss das Personal, das Strahlarbeiten durchführt, einen Ganzkörperschutz, einen Gehörschutz und einen luftgespeisten Atemschutz tragen. Sie müssen ausreichend mit Atemluft (mindestens Atemluft der Klasse D) versorgt werden.

    In einigen Ländern wurde die Verwendung von kristallinem Siliziumdioxid verboten. Seine Verwendung wird im Allgemeinen nicht empfohlen. Werden beim Strahlen kieselsäurehaltige Materialien verwendet, sind vorbeugende Schutzmaßnahmen zu treffen.

    Nach dem Strahlen müssen Materialien schnell lackiert werden, um ein „Flugrosten“ der Oberfläche zu verhindern. Obwohl Quecksilber, Arsen und andere sehr giftige Metalle nicht mehr in Farben verwendet werden, enthalten Farben, die in Werften verwendet werden, in der Regel Lösungsmittel sowie Pigmente wie Zink. Andere Farben sind vom Epoxidtyp. Maler, die diese Beschichtungen auftragen, müssen geschützt werden. Die meisten Maler müssen zu ihrem Schutz ein Atemschutzgerät mit Unter- oder Überdruck sowie Ganzkörperanzüge, Handschuhe, Überschuhe und Augenschutz verwenden. Manchmal muss das Lackieren in engen oder geschlossenen Räumen durchgeführt werden. In diesen Fällen muss ein luftversorgter Atemschutz und ein Ganzkörperschutz verwendet werden, und es muss ein ausreichendes, genehmigungspflichtiges Programm für beengte Räume vorhanden sein.

    Überkopfgefahren. Werften haben viele Kräne, und es wird viel Überkopfarbeit verrichtet. Grundsätzlich ist in allen Produktionsbereichen von Werften ein Schutzhelm erforderlich.

    IIsolierarbeiten. Rohrleitungssysteme und andere Komponenten müssen isoliert werden, um die Komponententemperatur aufrechtzuerhalten und die Hitze im Schiffsinneren zu reduzieren; In einigen Fällen ist eine Isolierung zur Geräuschreduzierung erforderlich. Bei der Schiffsreparatur muss vorhandene Isolierung von Rohrleitungen entfernt werden, um Reparaturarbeiten durchzuführen; In diesen Fällen wird häufig Asbestmaterial angetroffen. Bei neuen Arbeiten werden häufig Glas- und Mineralfasern verwendet. In jedem Fall muss ein geeigneter Atemschutz und ein Ganzkörperschutz getragen werden.

    Geräuschquellen. Die Arbeit in Werften ist notorisch laut. Die meisten Prozesse beinhalten die Arbeit mit Metall; dies erzeugt normalerweise Geräuschpegel über akzeptablen Sicherheitsgrenzen. Nicht alle Geräuschquellen können durch den Einsatz technischer Steuerungen auf ein sicheres Niveau kontrolliert werden. Daher muss ein persönlicher Schutz verwendet werden.

    Fußgefahren. Werften haben eine Reihe von Arbeitsgängen und Prozessen, die Gefahren für die Füße darstellen. Es ist oft schwierig und unpraktisch, die Einrichtung in fußgefährdete und nicht fußgefährdete Bereiche zu unterteilen; Sicherheitsschuhe/-stiefel werden typischerweise für den gesamten Produktionsbereich von Werften benötigt.

    Gefahren für die Augen. In Werften gibt es viele potenzielle Gefahrenquellen für die Augen. Beispiele sind verschiedene Gefahren durch ultraviolettes und infrarotes Licht durch Schweißlichtbögen, physikalische Gefahren durch verschiedene Metallbearbeitungsstäube und -partikel, Strahlmittel, Arbeiten mit verschiedenen Beiz- und Metallbädern, Laugen und Farbsprays. Aufgrund der allgegenwärtigen Natur dieser Gefahren sind aus Gründen der praktischen und administrativen Vereinfachung häufig Schutzbrillen in den Produktionsbereichen von Werften erforderlich. Für bestimmte Einzelprozesse ist ein spezieller Augenschutz erforderlich.

    Führen. Im Laufe der Jahre wurden Grundierungen und Beschichtungen auf Bleibasis in großem Umfang im Schiffsbau verwendet. Obwohl bleihaltige Farben und Beschichtungen heute nur noch selten verwendet werden, wird eine erhebliche Menge an elementarem Blei in Nuklearwerften als Strahlenschutzmaterial verwendet. Bei Schiffsreparaturen müssen zudem häufig ältere, häufig bleihaltige Beschichtungen entfernt werden. In der Tat erfordern Reparaturarbeiten viel Fingerspitzengefühl und Rücksicht auf Materialien, die zuvor aufgetragen oder verwendet wurden. Die Arbeit mit Blei erfordert einen Ganzkörperschutz, einschließlich Overalls, Handschuhe, Mütze, Überschuhe und Atemschutz.

    Bootsbau

    In gewisser Weise können Boote als relativ kleine Schiffe betrachtet werden, da viele der Prozesse, die zum Bau und zur Reparatur von Booten verwendet werden, denen zum Bau und zur Reparatur von Schiffen sehr ähnlich sind, nur in kleinerem Maßstab. Im Allgemeinen werden Stahl, Holz und Verbundwerkstoffe für den Bau von Bootsrümpfen gewählt.

    Composite umfassen im Allgemeinen solche Materialien wie faserverstärkte Metalle, faserverstärkter Zement, bewehrter Beton, faserverstärkte Kunststoffe und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Die Entwicklung von Handlaminierverfahren in den frühen 1950er Jahren unter Verwendung von kalthärtendem Polyesterharz mit Glasverstärkung führte zu einer raschen Expansion des GFK-Bootsbaus, von 4 % in den 1950er Jahren auf über 80 % in den 1980er Jahren und sogar noch höher.

    Bei Schiffen über 40 m Länge ist Stahl statt Holz die Hauptalternative zu GFK. Wenn die Rumpfgröße reduziert wird, steigen die relativen Kosten der Stahlkonstruktion und werden im Allgemeinen für Rümpfe mit einer Länge von weniger als 20 m nicht mehr wettbewerbsfähig. Die Notwendigkeit eines Korrosionsspielraums führt tendenziell auch zu einem übermäßigen Gewicht bei kleinen Stahlbooten. Bei Schiffen über 40 m sind jedoch die geringen Kosten für schwere Stahlschweißkonstruktionen normalerweise ein entscheidender Vorteil. Sofern nicht durch einfallsreiches Design, verbesserte Materialien und automatisierte Fertigung eine erhebliche Kostenreduzierung erreicht werden kann, dürften jedoch glas- oder faserverstärkte Kunststoffe beim Bau von Schiffen über etwa 40 m Länge nicht mit Stahl konkurrenzfähig werden, es sei denn, es bestehen besondere Anforderungen ( zB für den Transport von korrosiven oder kryogenen Massengütern, wo ein nichtmagnetischer Rumpf erforderlich ist oder wo aus Leistungsgründen eine erhebliche Gewichtseinsparung erforderlich ist).

    GFK werden heute in einer sehr breiten Palette von Bootsrumpfanwendungen eingesetzt, darunter Schnellboote, Küsten- und Hochseeyachten, Arbeitsboote, Lotsen- und Passagierboote und Fischerboote. Sein Erfolg bei Fischerbooten, wo Holz das traditionelle Material ist, ist zurückzuführen auf:

    • wettbewerbsfähige Anschaffungskosten, insbesondere wenn viele Rümpfe nach demselben Design gebaut werden, was durch die steigenden Holzkosten und den Mangel an qualifizierten Holzarbeitern verstärkt wird

    • störungsfreie Leistung und niedrige Wartungskosten, die sich aus den auslaufsicheren, verrottungssicheren Eigenschaften der GFK-Rümpfe, ihrer Beständigkeit gegen marine Bohrorganismen und niedrigen Reparaturkosten ergeben

    • die Leichtigkeit, mit der komplexe Formen, die für hydrodynamische und strukturelle Zwecke oder aus ästhetischen Gründen erforderlich sein können, hergestellt werden können.

    Herstellungsmethoden

    Die gebräuchlichste Bauweise für Schalen, Decks und Schotten in großen und kleinen GFK-Rümpfen ist ein einwandiges Laminat, das bei Bedarf durch Versteifungen verstärkt wird. Beim Bau von einschaligen und Sandwichrümpfen kommen verschiedene Fertigungsverfahren zum Einsatz.

    Kontaktformteil. Das mit Abstand gebräuchlichste Herstellungsverfahren für einwandige GFK-Rümpfe aller Größen ist das Kontaktformen in einer offenen oder negativen Form unter Verwendung von kalthärtendem Polyesterharz und E-Glas-Verstärkung.

    Der erste Schritt im Herstellungsprozess ist die Formvorbereitung. Für Rümpfe kleiner und mittlerer Größe werden Formen normalerweise aus GFK hergestellt, wobei in diesem Fall zuerst ein positiver Stopfen, üblicherweise eine Holzkonstruktion mit GFK-Fertigstellung, zusammengebaut wird, dessen äußere Oberfläche genau die erforderliche Rumpfform definiert. Die Formvorbereitung wird im Allgemeinen durch Polieren mit Wachs und Auftragen eines Films aus Polyvinylalkohol (PVA) oder einem gleichwertigen Trennmittel abgeschlossen. Das Laminieren beginnt normalerweise mit dem Auftragen eines pigmentierten Gelcoats aus hochwertigem Harz. Das Laminieren wird dann fortgesetzt, bevor das Gelcoat vollständig ausgehärtet ist, indem eines der folgenden Verfahren verwendet wird:

    • Aufsprühen. Glasfaserrovings oder -verstärkungen werden gleichzeitig mit Polyesterharz besprüht, wobei letzteres an der Spritzpistole mit Katalysator und Beschleuniger vermischt wird.

    • Handauflegen. Mit Katalysator und Beschleuniger vermischtes Harz wird großzügig auf dem Gelcoat oder auf einer vorherigen Schicht aus imprägnierter Verstärkung mit einem Pinsel, Walzenspender oder einer Spritzpistole aufgetragen.

     

    Mit dem oben beschriebenen Verfahren können sehr schwere Verstärkungen (Gewebe mit bis zu 4,000 g/m²) effizient aufgebracht werden2 erfolgreich eingesetzt, obwohl für die Großserienproduktion ein Gewebegewicht von 1,500 bis 2,000 g/m² verwendet wird2 wurde bevorzugt), wodurch sich eine schnelle Laminierungsgeschwindigkeit bei niedrigen Arbeitskosten ergibt. Ein ähnliches Verfahren kann zum schnellen Auflegen von flachen oder nahezu flachen Decks- und Schottplatten angewendet werden. Die Serienproduktion bestimmter 49-Meter-Rümpfe, einschließlich der Installation von Decks und Schotten, wurde mit einer Fertigstellungszeit von 10 Wochen pro Rumpf erreicht.

    Formpressen. Beim Formpressen wird Druck, möglicherweise begleitet von Wärme, auf die Oberfläche eines ungehärteten Laminats ausgeübt, um den Fasergehalt zu erhöhen und Hohlräume zu reduzieren, indem überschüssiges Harz und Luft herausgedrückt werden.

    Vakuumbeutelformung. Bei diesem Verfahren, das als Weiterentwicklung des Kontaktformens angesehen werden kann, wird eine flexible Membran über die Form gelegt, die vom ungehärteten Laminat durch einen Film aus PVA, Polyethylen oder einem gleichwertigen Material getrennt ist, die Kanten versiegelt und der Raum unter der Membran so evakuiert wird dass das Laminat einem Druck von bis zu XNUMX bar ausgesetzt wird. Das Aushärten kann beschleunigt werden, indem die verpackte Komponente in einen Ofen gegeben oder eine erhitzte Form verwendet wird.

    Autoklavieren. Höhere Drücke (z. B. 5 bis 15 bar) in Kombination mit erhöhter Temperatur, die einen erhöhten Fasergehalt und damit überlegene mechanische Eigenschaften ergeben, können erreicht werden, indem das Beutelformverfahren in einem Autoklaven (Druckofen) durchgeführt wird.

    Abgestimmte Formgebung. Das ungehärtete Formmaterial, das bei einem großen Bauteil wie einem Bootsrumpf wahrscheinlich eine gespritzte Vormischung aus Harz und Schnittglas oder ein maßgeschneiderter Vorformling aus vorimprägniertem Glasgewebe ist, wird normalerweise zwischen aufeinander abgestimmten Positiv- und Negativformen gepresst in metallischer Ausführung, ggf. unter Wärmezufuhr. Aufgrund der hohen Anschaffungskosten für Formen ist dieses Verfahren wahrscheinlich nur für große Produktionsserien wirtschaftlich und wird selten für die Herstellung von Bootsrümpfen verwendet.

    Filamentwicklung. Die Herstellung bei diesem Verfahren erfolgt durch Wickeln von Verstärkungsfasern in Form eines kontinuierlichen Rovings, das kurz vor dem Wickeln mit Harz imprägniert (Nasswickeln) oder mit teilweise ausgehärtetem Harz (Trockenwickeln) vorimprägniert werden kann. auf einen Dorn, der die Innengeometrie definiert.

    Sandwichbauweise. Sandwich-Rümpfe, -Decks und -Schotten können durch Kontaktformen unter Verwendung von bei Raumtemperatur aushärtendem Polyesterharz ähnlich wie einschalige Strukturen hergestellt werden. Auf die Negativform wird zunächst die GFK-Außenhaut aufgelegt. Auf einer Schicht aus Polyester- oder Epoxidharz sind Streifen aus Kernmaterial eingebettet. Die Fertigung wird dann durch das Auflegen der inneren GFK-Haut abgeschlossen.

    Polyester- und Epoxidharze. Ungesättigte Polyesterharze sind bei weitem die am häufigsten verwendeten Matrixmaterialien für Marinestrukturlaminate. Ihre Wirksamkeit ergibt sich aus ihren moderaten Kosten, der einfachen Verwendung bei manuellen Layup- oder Spray-up-Fertigungsprozessen und der allgemein guten Leistung in einer Meeresumgebung. Drei Haupttypen sind verfügbar:

    1. Orthophthal-Polyester, hergestellt aus einer Kombination von Maleinsäure- und Phthalsäureanhydriden mit einem Glykol (üblicherweise Propylenglykol), ist das kostengünstigste und am weitesten verbreitete Matrixmaterial für den Bau kleiner Boote.

    2. Isophthalsäurepolyester, Isophthalsäure anstelle von Phthalsäureanhydrid enthält, ist teurer, hat etwas bessere mechanische Eigenschaften und Wasserbeständigkeit und wird üblicherweise für leistungsfähigere Bootskonstruktionen und Marine-Gelcoats spezifiziert.

    3. Bisphenol-Epoxy-Systeme, bei denen Phthalsäure oder -anhydrid teilweise oder vollständig durch Bisphenol A ersetzt ist, bietet (bei wesentlich höheren Kosten) eine stark verbesserte Wasser- und Chemikalienbeständigkeit.

    Sicherheits- und Gesundheitsgefahren

    Obwohl viele der chemischen, physikalischen und biologischen Gefahren im Schiffsbau auch im Bootsbau auftreten, ist die Exposition gegenüber verschiedenen Lösungsmitteldämpfen und Epoxidstäuben aus dem Bootsherstellungsprozess ein Hauptanliegen. Eine unkontrollierte Exposition gegenüber diesen Gefahren kann Störungen des Zentralnervensystems, Leber- und Nierenschäden bzw. Sensibilisierungsreaktionen hervorrufen. Die Kontrollen für diese potenziellen Gefahren sind im Wesentlichen die gleichen wie die zuvor im Schiffbauabschnitt beschriebenen – nämlich technische Kontrollen, administrative Kontrollen und persönliche Schutzkontrollen.

     

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