Le complesse navi mercantili, le navi passeggeri e le navi da guerra degli anni '1990 comprendono tonnellate di acciaio e alluminio oltre a una varietà di materiali che vanno dai più comuni a quelli molto esotici. Ogni nave può contenere centinaia o addirittura migliaia di chilometri di tubi e cavi dotati delle più sofisticate centrali elettriche e apparecchiature elettroniche disponibili. Devono essere costruiti e mantenuti per sopravvivere agli ambienti più ostili, fornendo al contempo comfort e sicurezza agli equipaggi e ai passeggeri a bordo e completando in modo affidabile le loro missioni.

La costruzione e riparazione di navi è tra le industrie più pericolose al mondo. Secondo il Bureau of Labor Statistics (BLS) degli Stati Uniti, ad esempio, la costruzione e la riparazione navale è una delle tre industrie più pericolose. Mentre i materiali, i metodi costruttivi, gli strumenti e le attrezzature sono cambiati, migliorati radicalmente nel tempo e continuano ad evolversi, e mentre la formazione e l'attenzione alla sicurezza e alla salute hanno notevolmente migliorato la sorte del lavoratore del cantiere navale, resta il fatto che in tutto il mondo ogni anno i lavoratori muoiono o subiscono lesioni gravi mentre sono impiegati nella costruzione, manutenzione o riparazione di navi.

Nonostante i progressi tecnologici, molti dei compiti e delle condizioni associati alla costruzione, al varo, alla manutenzione e alla riparazione delle navi odierne sono essenzialmente gli stessi di quando fu posata la prima chiglia migliaia di anni fa. Le dimensioni e la forma dei componenti di una nave e la complessità del lavoro necessario per assemblarli e allestirli precludono in gran parte qualsiasi tipo di processo automatizzato, sebbene una certa automazione sia stata resa possibile dai recenti progressi tecnologici. I lavori di riparazione rimangono in gran parte resistenti all'automazione. Il lavoro nel settore è molto laborioso e richiede competenze altamente specializzate, che spesso devono essere utilizzate in circostanze tutt'altro che ideali e in una situazione fisicamente impegnativa.

L'ambiente naturale di per sé rappresenta una sfida significativa per il lavoro dei cantieri navali. Mentre ci sono alcuni cantieri navali che hanno la capacità di costruire o riparare navi sotto copertura, nella maggior parte dei casi la costruzione e la riparazione delle navi viene effettuata principalmente all'aperto. Ci sono cantieri navali dislocati in ogni regione climatica del mondo, e mentre i cantieri più estremi del nord hanno a che fare con l'inverno (ovvero condizioni scivolose dovute a ghiaccio e neve, brevi ore diurne e gli effetti fisici sui lavoratori delle lunghe ore su fredde superfici d'acciaio , spesso in posizioni scomode), i cantieri nei climi più meridionali devono affrontare il potenziale stress da calore, scottature solari, superfici di lavoro abbastanza calde per cucinare, insetti e persino morsi di serpente. Gran parte di questo lavoro viene svolto sopra, dentro, sotto o intorno all'acqua. Spesso, le rapide correnti di marea possono essere sferzate dal vento, provocando un beccheggio e un rollio della superficie di lavoro su cui i lavoratori devono svolgere compiti molto impegnativi in ​​una varietà di posizioni, con strumenti e attrezzature che possono potenzialmente infliggere gravi lesioni fisiche. Lo stesso vento, spesso imprevedibile, è una forza da non sottovalutare quando si spostano, si sospendono o si posizionano unità che spesso pesano più di 1,000 tonnellate con un sollevamento singolo o multiplo della gru. Le sfide presentate dall'ambiente naturale sono molteplici e prevedono una combinazione apparentemente infinita di situazioni per le quali i professionisti della sicurezza e della salute devono progettare misure preventive. Una forza lavoro ben informata e formata è fondamentale.

Man mano che la nave cresce dalle prime lastre di acciaio che compongono la chiglia, diventa un ambiente in continua evoluzione e sempre più complesso con un sottoinsieme in continua evoluzione di potenziali pericoli e situazioni pericolose che richiedono non solo procedure ben fondate per l'esecuzione del lavoro, ma meccanismi per riconoscere e affrontare le migliaia di situazioni non pianificate che invariabilmente sorgono durante il processo di costruzione. Man mano che la nave cresce, vengono aggiunti continuamente impalcature o stadi per fornire l'accesso allo scafo. Sebbene la costruzione stessa di questo allestimento sia un lavoro altamente specializzato e talvolta intrinsecamente pericoloso, il suo completamento significa che i lavoratori sono soggetti a rischi sempre maggiori con l'aumentare dell'altezza dell'allestimento rispetto al suolo o all'acqua. Mentre lo scafo inizia a prendere forma, anche l'interno della nave sta prendendo forma poiché i moderni metodi di costruzione consentono di impilare grandi sottoassiemi l'uno sull'altro e di creare spazi chiusi e ristretti.

È a questo punto del processo che la natura ad alta intensità di lavoro del lavoro è più evidente. Le misure di sicurezza e salute devono essere ben coordinate. La consapevolezza dei lavoratori (per la sicurezza sia del singolo lavoratore che di chi gli sta vicino) è fondamentale per un lavoro senza infortuni.

Ogni spazio all'interno dei confini dello scafo è progettato per uno scopo molto specializzato. Lo scafo può essere un vuoto che conterrà la zavorra, oppure può ospitare serbatoi, stive di carico, compartimenti notte o un centro di controllo del combattimento altamente sofisticato. In ogni caso, la costruzione richiederà un numero di lavoratori specializzati per svolgere una varietà di compiti in stretta vicinanza l'uno con l'altro. Uno scenario tipico può vedere installatori di tubi che brasano valvole in posizione, elettricisti che tirano cavi e installano circuiti stampati, pittori di pennelli che eseguono ritocchi, installatori navali che posizionano e saldano piastre di coperta, squadre di isolatori o carpentieri e una squadra di collaudo che verifica che un sistema sia attivato nel stessa zona contemporaneamente. Tali situazioni, e altre ancora più complesse, si verificano tutto il giorno, tutti i giorni, secondo uno schema in continua evoluzione dettato da modifiche di programma o ingegneristiche, disponibilità del personale e persino condizioni meteorologiche.

L'applicazione di rivestimenti presenta una serie di pericoli. Le operazioni di verniciatura a spruzzo devono essere eseguite, spesso in spazi ristretti e con vernici e solventi volatili e/o una varietà di rivestimenti di tipo epossidico, noti per le loro caratteristiche sensibilizzanti.

Nel corso degli anni sono stati compiuti enormi progressi nel campo della sicurezza e della salute dei lavoratori dei cantieri navali grazie allo sviluppo di migliori attrezzature e metodi di costruzione, strutture più sicure e una forza lavoro altamente qualificata. Tuttavia, i maggiori progressi sono stati ottenuti e continuano ad essere ottenuti quando rivolgiamo la nostra attenzione al singolo lavoratore e ci concentriamo sull'eliminazione del comportamento che contribuisce in modo significativo agli incidenti. Sebbene ciò si possa dire di quasi tutte le industrie, il carattere ad alta intensità di manodopera del lavoro nei cantieri navali lo rende particolarmente importante. Man mano che ci muoviamo verso programmi di sicurezza e salute che coinvolgano più attivamente il lavoratore e incorporino le sue idee, non solo aumenta la consapevolezza del lavoratore dei rischi inerenti al lavoro e di come evitarli, ma comincia a sentirsi responsabile per il programma. È con questa proprietà che si può realizzare il vero successo in termini di sicurezza e salute.

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Costruzione navale

La costruzione di una nave è un processo altamente tecnico e complicato. Implica la fusione di molti mestieri qualificati e dipendenti a contratto che lavorano sotto il controllo di un appaltatore principale. La costruzione navale viene eseguita sia per scopi militari che commerciali. È un business internazionale, con i principali cantieri navali di tutto il mondo che competono per una quantità di lavoro piuttosto limitata.

La costruzione navale è cambiata radicalmente dagli anni '1980. In precedenza, la maggior parte della costruzione avveniva in un edificio o in un molo di scavo, con la nave costruita quasi pezzo per pezzo da zero. Tuttavia, i progressi tecnologici e una pianificazione più dettagliata hanno reso possibile costruire la nave in sottounità o moduli che hanno servizi e sistemi integrati all'interno. Pertanto, i moduli possono essere collegati in modo relativamente semplice. Questo processo è più veloce, meno costoso e fornisce un migliore controllo di qualità. Inoltre, questo tipo di costruzione si presta all'automazione e alla robotica, non solo risparmiando denaro, ma riducendo l'esposizione a pericoli chimici e fisici.

Panoramica del processo di costruzione della nave

La figura 1 offre una panoramica della costruzione navale. Il primo passo è il design. Le considerazioni progettuali per vari tipi di navi variano ampiamente. Le navi possono trasportare materiali o persone, possono essere navi di superficie o sotterranee, possono essere militari o commerciali e possono essere a propulsione nucleare o non nucleare. Nella fase di progettazione, non solo devono essere considerati i normali parametri di costruzione, ma devono essere considerati i rischi per la sicurezza e la salute associati al processo di costruzione o riparazione. Inoltre, occorre affrontare le questioni ambientali.

Figura 1. Diagramma di flusso della costruzione navale.  

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Il componente di base della costruzione navale è la lamiera d'acciaio. Le piastre vengono tagliate, sagomate, piegate o altrimenti fabbricate nella configurazione desiderata specificata dal progetto (vedere figura 2 e figura 3). Tipicamente le lastre vengono tagliate con un processo di taglio a fiamma automatico in varie forme. Queste forme possono poi essere saldate insieme per formare travi a I ea T e altri elementi strutturali (vedi figura 4).

Figura 2. Taglio a cannello automatico di lamiere in acciaio nell'officina di fabbricazione. 

Eileen Mirsch

Figura 3. Piegatura della lamiera d'acciaio.

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Figura 4. Piastra in acciaio saldato facente parte dello scafo di una nave.

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Le lastre vengono quindi inviate alle officine di fabbricazione, dove vengono unite in varie unità e sottoassiemi (vedere la figura 5). A questo punto, le tubazioni, i sistemi elettrici e di altro tipo vengono assemblati e integrati nelle unità. Le unità sono assemblate mediante saldatura automatica o manuale o una combinazione dei due. Vengono impiegati diversi tipi di processi di saldatura. La più comune è la saldatura a bastone, in cui viene utilizzato un elettrodo consumabile per unire l'acciaio. Altri processi di saldatura utilizzano archi protetti da gas inerte e persino elettrodi non consumabili.

Figura 5. Lavorare su un sottoassieme di una nave

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Le unità o i sottoassiemi vengono solitamente trasferiti in una piastra all'aperto o in un'area di posa dove si verifica l'erezione o l'unione di assiemi per formare unità o blocchi ancora più grandi (vedere la figura 6). Qui si verificano saldature e adattamenti aggiuntivi. Inoltre, le unità e le saldature devono essere sottoposte a ispezioni e test di controllo della qualità come radiografia, ultrasuoni e altri test distruttivi o non distruttivi. Le saldature riscontrate difettose devono essere rimosse mediante molatura, raggruppamento ad aria compressa o cesellatura e quindi sostituite. In questa fase le unità vengono sabbiate con abrasivo per garantire una corretta profilatura e verniciate (vedere figura 7. La vernice può essere applicata con pennello, rullo o pistola a spruzzo. La spruzzatura è più comunemente utilizzata. Le vernici possono essere infiammabili o tossiche o rappresentare una minaccia per l'ambiente Il controllo delle operazioni di sabbiatura e verniciatura deve essere eseguito in questo momento.

Figura 6. Combinazione di sottoinsiemi di navi in ​​blocchi più grandi

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Figura 7. Sabbiatura delle unità navali prima della verniciatura.

 Judi Baldovino

Le unità più grandi completate vengono quindi spostate sul molo di scavo, sulla nave o nell'area di assemblaggio finale. Qui, le unità più grandi vengono unite insieme per formare il recipiente (vedi figura 8). Ancora una volta, si verificano molte saldature e adattamenti. Una volta che lo scafo è strutturalmente completo ea tenuta stagna, la nave viene varata. Ciò può comportare lo scivolamento in acqua dalla nave su cui è stato costruito, l'allagamento del molo in cui è stato costruito o l'abbassamento della nave in acqua. I lanci sono quasi sempre accompagnati da grandi festeggiamenti e clamore.

Figura 8. Aggiunta della prua della nave al resto della nave.

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Dopo che la nave è stata varata, entra nella fase di allestimento. Sono necessari una grande quantità di tempo e attrezzature. I lavori comprendono il montaggio di cavi e tubazioni, l'arredamento di cambuse e alloggi, lavori di isolamento, installazione di apparecchiature elettroniche e ausili alla navigazione e installazione di propulsione e macchinari ausiliari. Questo lavoro è svolto da un'ampia varietà di mestieri qualificati.

Dopo il completamento della fase di allestimento, la nave viene sottoposta sia alle prove in banchina che in mare, durante le quali viene dimostrato che tutti i sistemi della nave sono perfettamente funzionanti e operativi. Infine, dopo aver eseguito tutti i test e le relative riparazioni, la nave viene consegnata al cliente.

Fabbricazione d'acciaio

Segue una discussione dettagliata del processo di fabbricazione dell'acciaio. Viene discusso nel contesto del taglio, della saldatura e della verniciatura.

Cutting

La “catena di montaggio” del cantiere inizia nell'area di stoccaggio dell'acciaio. Qui vengono immagazzinate e preparate per la fabbricazione grandi lastre di acciaio di varie resistenze, dimensioni e spessori. L'acciaio viene poi sabbiato con abrasivo e primerizzato con un primer da costruzione che preserva l'acciaio durante le varie fasi di costruzione. La piastra d'acciaio viene quindi trasportata in un impianto di fabbricazione. Qui la lamiera d'acciaio viene tagliata da bruciatori automatici alla misura desiderata (vedi figura 2). Le strisce risultanti vengono poi saldate insieme per formare i componenti strutturali della nave (figura 4).

Saldatura

La struttura strutturale della maggior parte delle navi è costruita con vari gradi di acciaio dolce e ad alta resistenza. L'acciaio fornisce la formabilità, la lavorabilità e la saldabilità richieste, combinate con la forza necessaria per le navi oceaniche. Vari gradi di acciaio predominano nella costruzione della maggior parte delle navi, anche se l'alluminio e altri materiali non ferrosi sono utilizzati per alcune sovrastrutture (ad esempio, tughe) e altre aree specifiche all'interno della nave. Altri materiali trovati sulle navi, come l'acciaio inossidabile, l'acciaio galvanizzato e la lega di rame-nichel, sono utilizzati per una varietà di scopi di resistenza alla corrosione e per migliorare l'integrità strutturale. Tuttavia, i materiali non ferrosi vengono utilizzati in quantità molto inferiori rispetto all'acciaio. I sistemi di bordo (ad es. ventilazione, combattimento, navigazione e tubazioni) sono solitamente dove vengono utilizzati i materiali più "esotici". Questi materiali sono necessari per svolgere un'ampia varietà di funzioni, inclusi i sistemi di propulsione delle navi, l'alimentazione di riserva, le cucine, le stazioni di pompaggio per il trasferimento del carburante e i sistemi di combattimento.

L'acciaio utilizzato per le costruzioni può essere suddiviso in tre tipi: acciaio dolce, ad alta resistenza e altolegato. Gli acciai dolci hanno proprietà preziose e sono facili da produrre, acquistare, formare e saldare. D'altra parte, gli acciai ad alta resistenza sono leggermente legati per fornire proprietà meccaniche superiori agli acciai dolci. Gli acciai ad altissima resistenza sono stati sviluppati appositamente per l'uso nella costruzione navale. In generale, gli acciai ad alta resistenza e ad alto rendimento sono denominati HY-80, HY-100 e HY-130. Hanno proprietà di resistenza superiori agli acciai ad alta resistenza di tipo commerciale. Per gli acciai ad alta resistenza sono necessari processi di saldatura più complessi per evitare il deterioramento delle loro proprietà. Per l'acciaio ad alta resistenza sono necessarie bacchette di saldatura specifiche e di solito è richiesto il riscaldamento del giunto di saldatura (preriscaldamento). Una terza classe generale di acciai, gli acciai altolegati, sono realizzati includendo quantità relativamente elevate di elementi di lega come nichel, cromo e manganese. Questi acciai, che includono gli acciai inossidabili, hanno preziose proprietà di resistenza alla corrosione e richiedono anche processi di saldatura speciali.

L'acciaio è un materiale eccellente per la costruzione navale e la scelta dell'elettrodo di saldatura è fondamentale in tutte le applicazioni di saldatura durante la costruzione. L'obiettivo standard è quello di ottenere una saldatura con caratteristiche di resistenza equivalenti a quelle del metallo di base. Poiché è probabile che si verifichino difetti minori nella saldatura di produzione, le saldature vengono spesso progettate e gli elettrodi di saldatura scelti per produrre saldature con proprietà superiori a quelle del metallo di base.

L'alluminio ha trovato una maggiore applicazione come metallo per la costruzione navale grazie al suo elevato rapporto resistenza-peso rispetto all'acciaio. Sebbene l'uso dell'alluminio per gli scafi sia stato limitato, le sovrastrutture in alluminio stanno diventando sempre più comuni per la costruzione di navi militari e mercantili. Le navi realizzate esclusivamente in alluminio sono principalmente imbarcazioni di piccole dimensioni, come pescherecci, imbarcazioni da diporto, piccole imbarcazioni passeggeri, cannoniere e aliscafi. L'alluminio utilizzato per la costruzione e riparazione navale è generalmente legato con manganese, magnesio, silicio e/o zinco. Queste leghe offrono buona forza, resistenza alla corrosione e saldabilità.

I processi di saldatura dei cantieri navali, o più specificamente la saldatura per fusione, vengono eseguiti in quasi tutti i punti dell'ambiente dei cantieri navali. Il processo prevede l'unione di metalli portando le superfici adiacenti a temperature estremamente elevate per essere fuse insieme con un materiale di riempimento fuso. Una fonte di calore viene utilizzata per riscaldare i bordi del giunto, consentendo loro di fondersi con il metallo di riempimento della saldatura fuso (elettrodo, filo o bacchetta). Il calore richiesto è solitamente generato da un arco elettrico o da una fiamma di gas. I cantieri navali scelgono il tipo di processo di saldatura in base alle specifiche del cliente, ai tassi di produzione e a una serie di vincoli operativi, comprese le normative governative. Gli standard per le navi militari sono generalmente più rigorosi rispetto alle navi commerciali.

Un fattore importante rispetto ai processi di saldatura per fusione è la schermatura dell'arco per proteggere il bagno di saldatura. La temperatura del bagno di fusione è sostanzialmente superiore al punto di fusione del metallo adiacente. A temperature estremamente elevate, una reazione con l'ossigeno e l'azoto nell'atmosfera è rapida e ha effetti negativi sulla resistenza della saldatura. Se l'ossigeno e l'azoto dell'atmosfera rimangono intrappolati all'interno del metallo saldato e della bacchetta fusa, si verificherà l'infragilimento dell'area di saldatura. Per proteggere da questa impurità di saldatura e garantire la qualità della saldatura, è necessaria la schermatura dall'atmosfera. Nella maggior parte dei processi di saldatura, la schermatura si ottiene aggiungendo un fondente, un gas o una combinazione dei due. Quando viene utilizzato un materiale di flusso, i gas generati dalla vaporizzazione e dalla reazione chimica sulla punta dell'elettrodo danno luogo a una combinazione di flusso e schermatura del gas che protegge la saldatura dall'intrappolamento di azoto e ossigeno. La schermatura è discussa nelle sezioni seguenti, dove sono descritti specifici processi di saldatura.

Nella saldatura ad arco elettrico, viene creato un circuito tra il pezzo in lavorazione e un elettrodo o filo. Quando l'elettrodo o il filo viene tenuto a breve distanza dal pezzo in lavorazione, si crea un arco ad alta temperatura. Questo arco genera calore sufficiente per fondere i bordi del pezzo in lavorazione e la punta dell'elettrodo o del filo per produrre un sistema di saldatura per fusione. Esistono numerosi processi di saldatura ad arco elettrico adatti per l'uso nella costruzione navale. Tutti i processi richiedono la schermatura dell'area di saldatura dall'atmosfera. Possono essere suddivisi in processi con schermatura di flusso e processi con schermatura di gas.

I produttori di apparecchiature di saldatura e relativi prodotti consumabili e non consumabili riferiscono che la saldatura ad arco con elettrodi consumabili è il processo di saldatura più universale.

Saldatura ad arco metallico schermato (SMAW). I processi di saldatura ad arco elettrico con protezione di flusso si distinguono principalmente per la loro natura manuale o semiautomatica e per il tipo di elettrodo consumabile utilizzato. Il processo SMAW utilizza un elettrodo consumabile (da 30.5 a 46 cm di lunghezza) con un rivestimento di flusso secco, tenuto in un supporto e alimentato al pezzo in lavorazione dal saldatore. L'elettrodo è costituito dall'anima dell'asta di apporto in metallo solido, realizzata in materiale trafilato o fuso ricoperto da una guaina di polveri metalliche. SMAW è anche spesso indicato come "saldatura a bastoncino" e "saldatura ad arco". Il metallo dell'elettrodo è circondato da un flusso che fonde man mano che la saldatura procede, ricoprendo il metallo fuso depositato di scoria e avvolgendo l'area circostante in un'atmosfera di gas protettivo. La SMAW manuale può essere utilizzata per la saldatura a mano verso il basso (piatta), orizzontale, verticale e sopratesta. I processi SMAW possono anche essere utilizzati in modo semiautomatico attraverso l'uso di una saldatrice a gravità. Le macchine a gravità utilizzano il peso dell'elettrodo e del supporto per produrre la corsa lungo il pezzo in lavorazione.

Saldatura ad arco sommerso (SAW) è un altro processo di saldatura ad arco elettrico con protezione del flusso utilizzato in molti cantieri navali. In questo processo, uno strato di flusso granulato viene depositato sul pezzo in lavorazione, seguito da un elettrodo a filo di metallo nudo consumabile. Generalmente, l'elettrodo funge da materiale di riempimento, sebbene in alcuni casi vengano aggiunti granuli di metallo al flusso. L'arco, immerso nella coltre di flusso, fonde il flusso per produrre uno schermo fuso isolato protettivo nella zona di saldatura. L'elevata concentrazione di calore consente pesanti depositi di saldatura a velocità relativamente elevate. Dopo la saldatura, il metallo fuso è protetto da uno strato di flusso fuso, che viene successivamente rimosso e può essere recuperato. La saldatura ad arco sommerso deve essere eseguita a mano ed è ideale per la saldatura testa a testa di piastre su linee di pannelli, aree di piastra e aree di montaggio. Il processo SAW è generalmente completamente automatico, con attrezzature montate su un carrello mobile o su una piattaforma semovente sopra il pezzo in lavorazione. Poiché il processo SAW è principalmente automatico, una buona parte del tempo viene impiegata per allineare il giunto di saldatura con la macchina. Allo stesso modo, poiché l'arco SAW opera sotto una copertura di flusso granulato, la velocità di generazione dei fumi (FGR) o la velocità di formazione dei fumi (FFR) è bassa e rimarrà costante in varie condizioni operative a condizione che vi sia un'adeguata copertura del flusso.

Saldatura ad arco metallico a gas (GMAW). Un'altra importante categoria di saldatura ad arco elettrico comprende i processi con gas schermato. Questi processi utilizzano generalmente elettrodi a filo nudo con un gas di protezione fornito esternamente che può essere inerte, attivo o una combinazione dei due. GMAW, anche comunemente indicato come gas inerte metallico (MIG), utilizza un elettrodo a filo consumabile, alimentato automaticamente, di piccolo diametro e schermatura a gas. GMAW è la risposta a un metodo a lungo ricercato per poter saldare in continuo senza l'interruzione del cambio degli elettrodi. È necessario un trainafilo automatico. Un sistema di avvolgimento del filo fornisce una velocità di riempimento elettrodo/filo che è a una velocità costante o la velocità fluttua con un sensore di tensione. Nel punto in cui l'elettrodo incontra l'arco di saldatura, l'argon o l'elio utilizzati come gas di protezione vengono forniti dalla torcia di saldatura. È stato riscontrato che per la saldatura dell'acciaio, una combinazione di CO₂ e/o potrebbe essere utilizzato un gas inerte. Spesso viene utilizzata una combinazione dei gas per ottimizzare i costi e la qualità della saldatura.

Saldatura ad arco di tungsteno gassoso (GTAW). Un altro tipo di processo di saldatura a gas schermato è la saldatura ad arco di tungsteno a gas, a volte indicata come gas inerte di tungsteno (TIG) o il nome commerciale Heliarc, perché inizialmente l'elio era utilizzato come gas di protezione. Questo è stato il primo dei "nuovi" processi di saldatura, dopo la saldatura a bastone di circa 25 anni. L'arco si genera tra il pezzo in lavorazione e un elettrodo di tungsteno, che non si consuma. Un gas inerte, solitamente argon o elio, fornisce la schermatura e garantisce un processo pulito ea basso contenuto di fumi. Inoltre, l'arco di processo GTAW non trasferisce il metallo d'apporto, ma fonde semplicemente il materiale e il filo, ottenendo una saldatura più pulita. GTAW è più spesso impiegato nei cantieri navali per saldare alluminio, lamiera e tubi e tubi di piccolo diametro, o per depositare la prima passata su una saldatura a più passate in tubi e raccordi più grandi.

Saldatura ad arco con nucleo di flusso (FCAW) utilizza apparecchiature simili a GMAW in quanto il filo viene alimentato continuamente all'arco. La differenza principale è che l'elettrodo FCAW è un filo per elettrodo tubolare con un centro del nucleo di flusso che aiuta con la schermatura localizzata nell'ambiente di saldatura. Alcuni fili animati forniscono un'adeguata schermatura con il solo nucleo di flusso. Tuttavia, molti processi FCAW utilizzati nell'ambiente della costruzione navale richiedono l'aggiunta della protezione del gas per i requisiti di qualità dell'industria della costruzione navale.

Il processo FCAW fornisce una saldatura di alta qualità con velocità di produzione ed efficienza del saldatore più elevate rispetto al tradizionale processo SMAW. Il processo FCAW consente una gamma completa di requisiti di produzione, come la saldatura sopratesta e verticale. Gli elettrodi FCAW tendono ad essere un po' più costosi dei materiali SMAW, anche se in molti casi l'aumento di qualità e produttività vale l'investimento.

Saldatura ad arco plasma (PAW). L'ultimo dei processi di saldatura a gas schermato è la saldatura a gas inerte metallo-plasma. PAW è molto simile al processo GTAW tranne per il fatto che l'arco è forzato a passare attraverso una restrizione prima di raggiungere il pezzo in lavorazione. Il risultato è una corrente a getto di plasma intensamente caldo e in rapido movimento. Il plasma è un flusso ionizzante di gas che trasporta l'arco, che viene generato costringendo l'arco a passare attraverso un piccolo orifizio nella torcia. PAW si traduce in un arco ad alta temperatura più concentrato e ciò consente una saldatura più rapida. A parte l'uso dell'orifizio per accelerare il gas, PAW è identico a GTAW, utilizzando un elettrodo di tungsteno non consumabile e uno schermo di gas inerte. PAW è generalmente manuale e ha un uso minimo nella costruzione navale, sebbene a volte sia utilizzato per applicazioni di spruzzatura a fiamma. Viene utilizzato principalmente per il taglio dell'acciaio nell'ambiente della costruzione navale (vedere figura 9).

Figura 9. Taglio subacqueo con arco al plasma di lamiera d'acciaio

Carolina Kiehner

Saldatura a gas, brasatura e brasatura. La saldatura a gas utilizza il calore generato dalla combustione di un combustibile gassoso e generalmente utilizza un'asta di riempimento per il metallo depositato. Il combustibile più comune è l'acetilene, utilizzato in combinazione con l'ossigeno (saldatura a gas ossiacetilenico). Una torcia manuale dirige la fiamma verso il pezzo in lavorazione fondendo contemporaneamente il metallo d'apporto che si deposita sul giunto. La superficie del pezzo in lavorazione si scioglie per formare una pozzanghera fusa, con materiale di riempimento utilizzato per riempire spazi vuoti o scanalature. Il metallo fuso, principalmente metallo d'apporto, si solidifica man mano che la torcia avanza lungo il pezzo in lavorazione. La saldatura a gas è relativamente lenta e non adatta all'uso con apparecchiature automatiche o semiautomatiche. Di conseguenza, è raramente utilizzato per la normale saldatura di produzione nei cantieri navali. L'attrezzatura è piccola e portatile e può essere utile per la saldatura di lamiere sottili (fino a circa 7 mm), nonché per tubi di piccolo diametro, tronchi (lamiere) di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC), cavi elettrici modi e per brasatura o brasatura. Per il taglio viene utilizzata un'attrezzatura identica o simile.

La saldatura e la brasatura sono tecniche per unire due superfici metalliche senza fondere il metallo di base. Un liquido viene fatto fluire e riempire lo spazio tra le due superfici per poi solidificarsi. Se la temperatura del metallo d'apporto è inferiore a 450ºC, il processo si chiama saldatura; se è superiore a 450ºC, il processo è chiamato brasatura. La saldatura viene comunemente eseguita utilizzando il calore di un saldatore, fiamma, resistenza elettrica o induzione. La brasatura utilizza il calore di una fiamma, resistenza o induzione. La brasatura può essere eseguita anche immergendo le parti in un bagno. I giunti saldati e brasati non hanno le proprietà di resistenza dei giunti saldati. Di conseguenza, la brasatura e la saldatura trovano un'applicazione limitata nella costruzione e riparazione navale, ad eccezione principalmente di giunti di tubi di piccolo diametro, fabbricazione di lamiere, piccoli e rari lavori di falegnameria e funzioni di manutenzione.

Altri processi di saldatura. Esistono altri tipi di saldatura che possono essere utilizzati nell'ambiente del cantiere navale in piccole quantità per una serie di motivi. Saldatura elettroscoria trasferisce il calore attraverso scorie fuse, che fondono il pezzo in lavorazione e il metallo d'apporto. Sebbene l'attrezzatura utilizzata sia simile a quella utilizzata per la saldatura ad arco elettrico, la scoria viene mantenuta allo stato fuso dalla sua resistenza alla corrente che passa tra l'elettrodo e il pezzo in lavorazione. Pertanto, è una forma di saldatura a resistenza elettrica. Spesso una piastra di supporto raffreddata viene utilizzata dietro il pezzo in lavorazione per contenere il bagno fuso. Saldatura elettrogas impiega una configurazione simile ma utilizza un elettrodo rivestito di flusso e CO₂ protezione gassosa. Entrambi questi processi sono molto efficienti per eseguire automaticamente saldature di testa verticali e sono molto vantaggiosi per lamiere più spesse. Si prevede che queste tecniche riceveranno un'applicazione notevolmente più ampia nella costruzione navale.

Saldatura termite è un processo che utilizza metallo liquido surriscaldato per fondere il pezzo e fornito metallo d'apporto. Il metallo liquido risulta da una reazione chimica tra un ossido fuso e l'alluminio. Il metallo liquido viene versato nella cavità da saldare, e la cavità è circondata da uno stampo di sabbia. La saldatura alla termite è in qualche modo simile alla fusione e viene utilizzata principalmente per riparare fusioni e forgiati o per saldare sezioni strutturali di grandi dimensioni come un telaio di poppa.

Saldatura laser è una nuova tecnologia che utilizza un raggio laser per fondere e unire il pezzo in lavorazione. Sebbene la fattibilità della saldatura laser sia stata dimostrata, il costo ne ha finora impedito l'applicazione commerciale. Il potenziale per una saldatura efficiente e di alta qualità potrebbe rendere la saldatura laser una tecnica importante per la costruzione navale in futuro.

Viene chiamata un'altra tecnica di saldatura relativamente nuova saldatura a fascio di elettroni. La saldatura viene effettuata sparando un flusso di elettroni attraverso un orifizio al pezzo in lavorazione, che è circondato da un gas inerte. La saldatura a fascio di elettroni non dipende dalla conducibilità termica del materiale per fondere il metallo. Di conseguenza, sia i minori requisiti energetici che i ridotti effetti metallurgici sull'acciaio sono vantaggi significativi di questa tecnica. Come per la saldatura laser, il costo elevato è un grosso problema.

Saldatura di perni è una forma di saldatura ad arco elettrico in cui il perno stesso è l'elettrodo. Una pistola per la saldatura dei perni trattiene il perno mentre si forma l'arco e la piastra e l'estremità del perno si fondono. La pistola forza quindi il perno contro la piastra e il perno viene saldato alla piastra. La schermatura è ottenuta mediante l'utilizzo di una ghiera in ceramica che circonda il perno. La saldatura dei prigionieri è un processo semiautomatico comunemente utilizzato nella costruzione navale per facilitare l'installazione di materiali non metallici, come l'isolamento, su superfici in acciaio.

Verniciatura e rivestimento di finitura

La verniciatura viene eseguita in quasi tutti i punti del cantiere navale. La natura della costruzione e della riparazione navale richiede l'utilizzo di diversi tipi di vernici per varie applicazioni. I tipi di vernice vanno dai rivestimenti a base d'acqua ai rivestimenti epossidici ad alte prestazioni. Il tipo di vernice necessaria per una determinata applicazione dipende dall'ambiente a cui sarà esposto il rivestimento. Le attrezzature per l'applicazione della vernice vanno da semplici pennelli e rulli a spruzzatori airless e macchine automatiche. In generale, i requisiti per la vernice di bordo esistono nelle seguenti aree:

• sott'acqua (fondo dello scafo)
• linea di galleggiamento
• sovrastrutture superiori
• spazi interni e serbatoi
• mazzi meteorologici
• attrezzature sciolte.

Esistono molti sistemi di verniciatura diversi per ciascuna di queste posizioni, ma le navi della marina possono richiedere un tipo specifico di vernice per ogni applicazione attraverso una specifica militare (Mil-spec). Ci sono molte considerazioni nella scelta delle vernici, comprese le condizioni ambientali, la gravità dell'esposizione ambientale, i tempi di asciugatura e polimerizzazione, le attrezzature e le procedure di applicazione. Molti cantieri navali dispongono di strutture specifiche e posizioni dei cantieri in cui avviene la verniciatura. Le strutture chiuse sono costose, ma offrono maggiore qualità ed efficienza. La verniciatura all'aperto ha generalmente un'efficienza di trasferimento inferiore ed è limitata alle buone condizioni meteorologiche.

Sistemi di verniciatura per cantieri navali. Le vernici vengono utilizzate per una varietà di scopi in una varietà di posizioni sulle navi. Nessuna vernice può svolgere tutte le funzioni desiderate (ad esempio, prevenzione della ruggine, antivegetativa e resistenza alcalina). Le vernici sono costituite da tre ingredienti principali: pigmento, veicolo e solvente. I pigmenti sono piccole particelle che generalmente determinano il colore e le numerose proprietà associate al rivestimento. Esempi di pigmenti sono ossido di zinco, talco, carbone, catrame di carbone, piombo, mica, alluminio e polvere di zinco. Il veicolo può essere pensato come la colla che tiene insieme i pigmenti della vernice. Molte vernici sono indicate in base al tipo di legante (ad esempio, epossidico, alchidico, uretanico, vinilico, fenolico). Il legante è anche molto importante per determinare le caratteristiche prestazionali del rivestimento (es. flessibilità, resistenza chimica, durabilità, finitura). Il solvente viene aggiunto per diluire la vernice e consentire un'applicazione fluida sulle superfici. La parte solvente della vernice evapora quando la vernice si asciuga. Alcuni solventi tipici includono acetone, ragia minerale, xilene, metiletilchetone e acqua. Le vernici anticorrosive e antivegetative sono tipicamente utilizzate sugli scafi delle navi e sono i due principali tipi di vernice utilizzati nell'industria navale. Il vernici anticorrosive sono sistemi di rivestimento vinilici, laccati, uretanici o più recenti a base epossidica. I sistemi epossidici sono oggi molto popolari e presentano tutte le qualità che l'ambiente marino richiede. Vernici antivegetative sono utilizzati per prevenire la crescita e l'attaccamento di organismi marini sugli scafi delle navi. Le vernici a base di rame sono ampiamente utilizzate come vernici antivegetative. Queste vernici rilasciano piccole quantità di sostanze tossiche nelle immediate vicinanze dello scafo della nave. Per ottenere colori diversi, è possibile aggiungere alla vernice nerofumo, ossido di ferro rosso o biossido di titanio.

Primer per cantieri navali. Il primo sistema di rivestimento applicato alle lamiere e alle parti in acciaio grezzo è generalmente il primer precostruzione, a volte indicato come "shop primer". Questo rivestimento è importante per mantenere le condizioni della parte durante tutto il processo di costruzione. L'adescamento precostruzione viene eseguito su piastre in acciaio, profilati, sezioni di tubazioni e condotti di ventilazione. Lo shop primer ha due funzioni importanti: (1) preservare il materiale in acciaio per il prodotto finale e (2) favorire la produttività della costruzione. La maggior parte dei primer precostruzione sono ricchi di zinco, con leganti organici o inorganici. I silicati di zinco sono predominanti tra i primer di zinco inorganici. I sistemi di rivestimento in zinco proteggono i rivestimenti più o meno allo stesso modo della zincatura. Se lo zinco è rivestito sull'acciaio, l'ossigeno reagirà con lo zinco formando ossido di zinco, che forma uno strato compatto che impedisce all'acqua e all'aria di entrare in contatto con l'acciaio.

Attrezzatura per l'applicazione della vernice. Esistono molti tipi di attrezzature per l'applicazione della vernice utilizzate nell'industria navale. Due metodi comuni utilizzati sono gli spruzzatori ad aria compressa e airless. I sistemi ad aria compressa spruzzano sia aria che vernice, il che fa sì che parte della vernice nebulizzi (si asciughi) rapidamente prima di raggiungere la superficie desiderata. L'efficienza di trasferimento dei sistemi di spruzzatura assistita ad aria può variare dal 65 all'80%. Questa bassa efficienza di trasferimento è dovuta principalmente all'overspray, alla deriva e alle inefficienze dell'irroratore; questi spruzzatori stanno diventando obsoleti a causa della loro bassa capacità di trasferimento.

La forma di applicazione della vernice più utilizzata nell'industria navale è lo spruzzatore airless. Lo spruzzatore airless è un sistema che comprime semplicemente la vernice in una linea idraulica e ha un ugello di spruzzatura all'estremità; la pressione idrostatica, invece della pressione dell'aria, convoglia la vernice. Per ridurre la quantità di overspray e fuoriuscite, i cantieri navali stanno massimizzando l'uso di spruzzatori di vernice airless. Gli spruzzatori airless sono molto più puliti da utilizzare e hanno meno problemi di perdite rispetto agli spruzzatori ad aria compressa perché il sistema richiede meno pressione. Gli spruzzatori airless hanno un'efficienza di trasferimento vicina al 90%, a seconda delle condizioni. Una nuova tecnologia che può essere aggiunta allo spruzzatore airless si chiama alto volume, bassa pressione (HVLP). HVLP offre un'efficienza di trasferimento ancora più elevata, in determinate condizioni. Le misurazioni dell'efficienza di trasferimento sono stime e includono indennità per gocciolamenti e fuoriuscite che possono verificarsi durante la verniciatura.

Spray termico, noto anche come metal o flame spray, è l'applicazione di rivestimenti in alluminio o zinco all'acciaio per una protezione dalla corrosione a lungo termine. Questo processo di rivestimento viene utilizzato su un'ampia varietà di applicazioni commerciali e militari. È significativamente diverso dalle pratiche di rivestimento convenzionali grazie alle sue attrezzature specializzate e ai tassi di produzione relativamente lenti. Esistono due tipi fondamentali di macchine per il rivestimento termico: filo di combustione e spruzzo ad arco. Il tipo a filo di combustione è costituito da gas combustibili e un sistema di fiamma con un regolatore di avanzamento del filo. I gas combustibili sciolgono il materiale da spruzzare sulle parti. Il macchina a spruzzo ad arco elettrico utilizza invece un arco di alimentazione per fondere il materiale spruzzato a fiamma. Questo sistema include un sistema di compressione e filtraggio dell'aria, un alimentatore e un controller dell'arco elettrico e una pistola a spruzzo con fiamma ad arco. La superficie deve essere adeguatamente preparata per una corretta adesione dei materiali spruzzati a fiamma. La tecnica di preparazione della superficie più comune è la sabbiatura ad aria con grana fine (ad es. ossido di alluminio).

Il costo iniziale della spruzzatura termica è generalmente elevato rispetto alla verniciatura, anche se quando si tiene conto del ciclo di vita, la spruzzatura termica diventa più interessante dal punto di vista economico. Molti cantieri navali hanno le proprie macchine a spruzzo termico e altri cantieri subappaltano il loro lavoro di rivestimento termico. Lo spray termico può essere fatto in un negozio oa bordo della nave.

Pratiche e metodi di pittura. La verniciatura viene eseguita in quasi tutte le aree del cantiere navale, dall'iniziale primerizzazione dell'acciaio ai dettagli finali della vernice della nave. I metodi per dipingere variano notevolmente da processo a processo. La miscelazione della vernice viene eseguita sia manualmente che meccanicamente e viene solitamente eseguita in un'area circondata da banchine o pallet di contenimento secondario; alcune di queste sono aree coperte. La verniciatura all'aperto e all'interno avviene nel cantiere navale. Le recinzioni protettive, in acciaio, plastica o tessuto, sono spesso utilizzate per aiutare a contenere gli spruzzi di vernice o per bloccare il vento e catturare le particelle di vernice. La nuova tecnologia contribuirà a ridurre la quantità di particelle sospese nell'aria. La riduzione della quantità di overspray riduce anche la quantità di vernice utilizzata e quindi fa risparmiare denaro al cantiere navale.

Aree di preparazione e verniciatura delle superfici in cantiere

Per illustrare le pratiche di verniciatura e preparazione delle superfici nel settore della costruzione e riparazione navale, le pratiche possono essere descritte genericamente in cinque aree principali. Le seguenti cinque aree aiutano a illustrare come avviene la verniciatura in cantiere.

Hull pittura. La verniciatura dello scafo avviene sia sulle navi da riparazione che sulle navi di nuova costruzione. La preparazione e la verniciatura della superficie dello scafo sulle navi di riparazione viene normalmente eseguita quando la nave è completamente in bacino di carenaggio (ovvero, sul bacino di carenaggio di un bacino di carenaggio galleggiante). Per le nuove costruzioni, lo scafo viene preparato e dipinto in una posizione di costruzione utilizzando una delle tecniche discusse sopra. La sabbiatura ad aria e/o ad acqua con graniglia minerale sono i tipi più comuni di preparazione superficiale degli scafi. La preparazione della superficie comporta la sabbiatura della superficie da piattaforme o ascensori. Allo stesso modo, la vernice viene applicata utilizzando spruzzatori e attrezzature ad alto sbraccio come montacarichi, sollevatori a forbice o impalcature portatili. I sistemi di verniciatura dello scafo variano nel numero di strati richiesti.

Verniciatura della sovrastruttura. La sovrastruttura della nave è costituita dai ponti esposti, dalle tughe e da altre strutture sopra il ponte principale. In molti casi verranno utilizzate impalcature a bordo della nave per raggiungere antenne, case e altre sovrastrutture. Se è probabile che la vernice o il materiale esplosivo cadano nelle acque adiacenti, viene applicata una copertura. Sulle navi in ​​riparazione, la sovrastruttura della nave viene dipinta principalmente mentre è ormeggiata. La superficie viene preparata utilizzando utensili manuali o sabbiatura con ugello ad aria. Una volta preparata la superficie e ripuliti e smaltiti i materiali di superficie e la graniglia associati, è possibile iniziare la verniciatura. I sistemi di verniciatura vengono solitamente applicati con spruzzatori di vernice airless. Gli imbianchini accedono alle sovrastrutture con ponteggi esistenti, scale e vari mezzi di sollevamento che sono stati utilizzati durante la preparazione della superficie. Il sistema di protezione (se applicabile) utilizzato per il contenimento delle esplosioni rimarrà in posizione per aiutare a contenere eventuali spruzzi di vernice.

Verniciatura interna serbatoio e vano. Serbatoi e compartimenti a bordo delle navi devono essere rivestiti e rivestiti per mantenere la longevità della nave. Il rivestimento di cisterne navali di riparazione richiede una grande quantità di preparazione della superficie prima della verniciatura. La maggior parte dei serbatoi si trova sul fondo della nave (ad es. serbatoi di zavorra, sentine, serbatoi di carburante). I serbatoi vengono preparati per la verniciatura utilizzando solventi e detergenti per rimuovere i depositi di grasso e olio. Le acque reflue sviluppate durante la pulizia del serbatoio devono essere opportunamente trattate e smaltite. Dopo che i serbatoi sono stati asciugati, vengono sottoposti a sabbiatura abrasiva. Durante l'operazione di sabbiatura, il serbatoio deve avere aria di ricircolo e la graniglia deve essere aspirata. I sistemi di vuoto utilizzati sono del tipo ad anello liquido oa vite rotante. Questi aspiratori devono essere molto potenti per rimuovere la sabbia dal serbatoio. I sistemi di aspirazione e ventilazione sono generalmente posizionati sulla superficie della banchina e l'accesso ai serbatoi avviene attraverso fori nello scafo. Una volta che la superficie è stata sabbiata e la sabbia è stata rimossa, si può iniziare a dipingere. Sono richiesti un'adeguata ventilazione e respiratori per tutta la preparazione e la verniciatura della superficie di cisterne e compartimenti (ovvero, in spazi chiusi o ristretti).

Preparazione della superficie della vernice come fasi di costruzione. Una volta che i blocchi, o più unità, lasciano l'area di assemblaggio, vengono spesso trasportati in un'area di sabbiatura dove l'intero blocco viene preparato per la verniciatura. A questo punto, il blocco viene solitamente riportato a metallo nudo (ovvero, il primer di costruzione viene rimosso) (vedere figura 7). Il metodo più frequente per la preparazione della superficie del blocco è la sabbiatura con ugelli ad aria. La fase successiva è la fase di applicazione della vernice. Gli imbianchini generalmente utilizzano apparecchiature a spruzzo airless sulle piattaforme di accesso. Una volta applicato il sistema di rivestimento del blocco, il blocco viene trasportato alla fase on block, dove vengono installati i materiali di allestimento.

Aree di verniciatura di piccole parti. Molte parti che compongono una nave devono avere un sistema di rivestimento applicato prima dell'installazione. Ad esempio, le bobine delle tubazioni, i condotti di sfiato, le fondamenta e le porte vengono verniciate prima di essere installate sul blocco. Le piccole parti sono generalmente preparate per la verniciatura in un'area designata del cantiere navale. La verniciatura di piccole parti può avvenire in un altro luogo designato del cantiere che meglio si adatta alle esigenze di produzione. Alcune minuterie vengono verniciate nei vari reparti, mentre altre vengono verniciate in una postazione standard gestita dal reparto verniciatura.

Preparazione della superficie e verniciatura su blocco e su tavola

La verniciatura finale della nave avviene a bordo, e la verniciatura di ritocco avverrà frequentemente sul bozzello (vedi figura 10). La pittura di ritocco su blocco si verifica per diversi motivi. In alcuni casi, i sistemi di verniciatura sono danneggiati sul blocco e devono essere ripavimentati, o forse è stato applicato il sistema di verniciatura sbagliato e deve essere sostituito. La verniciatura su blocco prevede l'utilizzo di attrezzature portatili per la sabbiatura e la verniciatura in tutte le aree di allestimento del blocco. La verniciatura a bordo prevede la preparazione e la verniciatura delle sezioni di interfaccia tra i blocchi di costruzione e la riverniciatura delle aree danneggiate da saldature, rilavorazioni, allestimenti a bordo e altri processi. Le superfici possono essere preparate con utensili manuali, carteggiatura, spazzolatura, pulizia con solvente o qualsiasi altra tecnica di preparazione della superficie. La vernice viene applicata con spruzzatori airless portatili, rulli e pennelli.

Figura 10. Pittura di ritocco sullo scafo di una nave.

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Allestimento

L'allestimento pre-montaggio dei blocchi di costruzione è l'attuale metodo di costruzione navale utilizzato da tutti i costruttori navali competitivi in ​​tutto il mondo. L'allestimento è il processo di installazione di parti e vari sottoassiemi (ad es. sistemi di tubazioni, apparecchiature di ventilazione, componenti elettrici) sul blocco prima di unire i blocchi durante l'erezione. L'allestimento di blocchi in tutto il cantiere navale si presta a formare un approccio alla catena di montaggio per la costruzione navale.

L'allestimento in ogni fase della costruzione è pianificato per rendere fluido il processo in tutto il cantiere. Per semplicità, l'allestimento può essere suddiviso in tre fasi principali di costruzione una volta assemblata la struttura in acciaio del blocco:

1. allestimento dell'unità
2. allestimento su blocco
3. allestimento di bordo.

Allestimento unità è la fase in cui gli accessori, le parti, le fondazioni, i macchinari e altri materiali di allestimento vengono assemblati indipendentemente dal blocco dello scafo (ovvero, le unità vengono assemblate separatamente dai blocchi strutturali in acciaio). L'allestimento dell'unità consente ai lavoratori di assemblare componenti e sistemi di bordo a terra, dove hanno facile accesso ai macchinari e alle officine. Le unità sono installate nella fase di costruzione a bordo o in blocco. Le unità sono disponibili in diverse dimensioni, forme e complessità. In alcuni casi, le unità sono semplici come un motore del ventilatore collegato a un plenum e una bobina. Le unità grandi e complesse sono composte principalmente da componenti in locali macchine, caldaie, sale pompe e altre aree complesse della nave. L'allestimento dell'unità prevede l'assemblaggio di bobine di tubazioni e altri componenti insieme, quindi il collegamento dei componenti nelle unità. I locali macchine sono aree della nave in cui si trovano i macchinari (ad es. sale macchine, stazioni di pompaggio e generatori) e lì l'allestimento è intensivo. L'allestimento delle unità a terra aumenta la sicurezza e l'efficienza riducendo le ore di lavoro che altrimenti sarebbero assegnate al lavoro in blocco oa bordo in spazi più ristretti dove le condizioni sono più difficili.

Allestimento su blocco è la fase di costruzione in cui la maggior parte del materiale di allestimento viene installato sui blocchi. I materiali di allestimento installati su blocco sono costituiti da sistemi di ventilazione, sistemi di tubazioni, porte, luci, scale, ringhiere, gruppi elettrici e così via. Molte unità sono installate anche in fase di blocco. Durante tutta la fase di allestimento su blocco, il blocco può essere sollevato, ruotato e spostato per facilitare in modo efficiente l'installazione di materiali di allestimento su soffitti, pareti e pavimenti. Tutti i negozi e i servizi del cantiere devono essere in comunicazione nella fase di blocco per garantire che i materiali siano installati al momento e nel luogo giusto.

Allestimenti di bordo viene eseguito dopo che i blocchi sono stati sollevati sulla nave in costruzione (ovvero, dopo l'erezione). In questo momento, la nave si trova in una posizione di costruzione (vie di costruzione o molo di costruzione), oppure la nave potrebbe essere ormeggiata al molo. I blocchi sono già in gran parte attrezzati, anche se è necessario ancora molto lavoro prima che la nave sia pronta per operare. L'allestimento a bordo prevede il processo di installazione di grandi unità e blocchi a bordo della nave. L'installazione include il sollevamento dei grandi blocchi e delle unità a bordo della nuova nave e la loro saldatura o imbullonatura in posizione. L'allestimento di bordo prevede anche il collegamento tra i sistemi di bordo (ad es. sistema di tubazioni, sistema di ventilazione e impianto elettrico). Tutti i sistemi di cablaggio vengono tirati in tutta la nave nella fase a bordo.

Testing

La fase operativa e di prova della costruzione valuta la funzionalità dei componenti e dei sistemi installati. In questa fase, i sistemi vengono gestiti, ispezionati e testati. Se i sistemi non superano i test per qualsiasi motivo, il sistema deve essere riparato e testato nuovamente fino a quando non è completamente operativo. Tutti i sistemi di tubazioni a bordo della nave sono pressurizzati per individuare eventuali perdite nel sistema. I serbatoi necessitano anche di test strutturali, che vengono eseguiti riempiendo i serbatoi di fluidi (ad es. acqua salata o acqua dolce) e ispezionando la stabilità strutturale. I sistemi di ventilazione, elettrici e molti altri sono testati. La maggior parte dei test e delle operazioni di sistema si verificano mentre la nave è attraccata al molo. Tuttavia, vi è una tendenza crescente a eseguire i test nelle prime fasi della costruzione (ad esempio, i test preliminari nelle officine di produzione). L'esecuzione di test nelle prime fasi di costruzione rende più facile riparare i guasti a causa della maggiore accessibilità ai sistemi, sebbene i test completi dei sistemi dovranno sempre essere eseguiti a bordo. Una volta eseguiti tutti i test preliminari sul molo, la nave viene inviata in mare per una serie di test completamente operativi e prove in mare prima che la nave venga consegnata al suo proprietario.

Riparazione navale

Pratiche e processi di riparazione navale in acciaio

Le riparazioni navali comprendono generalmente tutte le conversioni navali, le revisioni, i programmi di manutenzione, le riparazioni dei danni maggiori e le riparazioni minori delle apparecchiature. La riparazione navale è una parte molto importante dell'industria navale e cantieristica. Circa il 25% della forza lavoro nella maggior parte dei cantieri navali privati ​​esegue lavori di riparazione e trasformazione. Attualmente ci sono molte navi che necessitano di aggiornamenti e/o conversioni per soddisfare i requisiti di sicurezza e ambientali. Con le flotte di tutto il mondo che diventano vecchie e inefficienti e con l'alto costo delle nuove navi, la situazione sta mettendo a dura prova le compagnie di navigazione. In generale, i lavori di conversione e riparazione nei cantieri navali statunitensi sono più redditizi delle nuove costruzioni. Nei cantieri navali di nuova costruzione, i contratti di riparazione, le revisioni e le trasformazioni aiutano anche a stabilizzare la forza lavoro durante i periodi di nuove costruzioni limitate e le nuove costruzioni aumentano il carico di lavoro del lavoro di riparazione. Il processo di riparazione navale è molto simile al processo di nuova costruzione, tranne per il fatto che è generalmente su scala ridotta e viene eseguito a un ritmo più rapido. Il processo di riparazione richiede un coordinamento più tempestivo e una procedura di gara aggressiva per i contratti di riparazione navale. I clienti dei lavori di riparazione sono generalmente la marina, i proprietari di navi commerciali e altri proprietari di strutture marittime.

Il cliente di solito fornisce le specifiche del contratto, i disegni e gli articoli standard. I contratti possono essere prezzo fisso fisso (FFP), compenso di aggiudicazione a prezzo fisso fisso (FFPAF), costo più canone fisso (CPFF), costo più tassa di aggiudicazione (CPAF) o riparazione urgente contratti. Il processo inizia nell'area marketing quando al cantiere viene richiesto a richiesta di proposta (RFP) o un bando di gara (IFB). Il prezzo più basso di solito vince un contratto IFB, mentre un premio RFP può essere basato su fattori diversi dal prezzo. Il gruppo di stima della riparazione prepara il preventivo e la proposta per il contratto di riparazione. Le stime delle offerte generalmente includono le ore di lavoro e le tariffe salariali, i materiali, le spese generali, i costi per servizi speciali, i dollari dei subappaltatori, gli straordinari e i premi per i turni, altre commissioni, il costo delle strutture e, sulla base di questi, il prezzo stimato del contratto. Una volta aggiudicato il contratto, deve essere sviluppato un piano di produzione.

Pianificazione, ingegnerizzazione e produzione delle riparazioni

Sebbene una parte della pianificazione preliminare venga eseguita nella fase di proposta del contratto, è ancora necessario molto lavoro per pianificare ed eseguire il contratto in modo tempestivo. Dovrebbero essere compiuti i seguenti passaggi: leggere e comprendere tutte le specifiche del contratto, classificare il lavoro, integrare il lavoro in un piano di produzione logico e determinare il percorso critico. I reparti di pianificazione, ingegneria, materiali, subappalti e riparazione devono lavorare a stretto contatto per eseguire la riparazione nel modo più tempestivo ed economico. La prefabbricazione di tubazioni, ventilazione, macchinari elettrici e di altro tipo viene eseguita, in molti casi, prima dell'arrivo della nave. Il pre-allestimento e il pre-imballaggio delle unità di riparazione richiede la collaborazione con le officine di produzione per eseguire il lavoro in modo tempestivo.

Tipi comuni di lavori di riparazione

Le navi sono simili ad altri tipi di macchinari in quanto richiedono frequenti manutenzioni e, a volte, revisioni complete per rimanere operative. Molti cantieri hanno contratti di manutenzione con compagnie di navigazione, navi e/o classi di navi che identificano frequenti lavori di manutenzione. Esempi di mansioni di manutenzione e riparazione includono:

• sabbiatura e riverniciatura dello scafo, del bordo libero, della sovrastruttura, dei serbatoi interni e delle aree di lavoro della nave
• revisione e installazione di macchinari importanti (ad es. motori diesel, turbine, generatori e stazioni di pompaggio)
• revisioni, manutenzione e installazione di sistemi (ad es. lavaggio, collaudo e installazione di un sistema di tubazioni)
• installazione di un nuovo sistema, aggiungendo nuove apparecchiature o sostituendo sistemi obsoleti (ad es. sistemi di navigazione, sistemi di combattimento, sistemi di comunicazione o sistemi di tubazioni aggiornati)
• riparazione, modifica e allineamento di eliche e timoni
• creazione di nuovi locali macchine sulla nave (ad esempio, taglio della struttura in acciaio esistente e aggiunta di nuove pareti, rinforzi, supporti verticali e cinghie).

In molti casi, i contratti di riparazione rappresentano una situazione di emergenza con pochissimo preavviso, il che rende le riparazioni navali un ambiente in rapido movimento e imprevedibile. Le normali navi da riparazione rimarranno in cantiere da 3 giorni a 2 mesi, mentre le riparazioni e le trasformazioni importanti possono durare più di un anno

Grandi riparazioni e progetti di conversione

Grandi contratti di riparazione e grandi trasformazioni sono comuni nel settore delle riparazioni navali. La maggior parte di questi grandi contratti di riparazione viene eseguita da cantieri navali che hanno la capacità di costruire navi, sebbene alcuni cantieri principalmente di riparazione eseguiranno riparazioni e conversioni estese.

Esempi di grandi contratti di riparazione sono i seguenti:

• trasformazione delle navi di rifornimento in navi ospedale
• tagliare una nave a metà e installare una nuova sezione per allungare la nave (vedi figura 11)
• sostituzione di segmenti di una nave incagliata (vedi figura 12)
• rip-out completo, riconfigurazione strutturale e allestimento dei sistemi di combattimento
• rimodellamento importante dell'interno o dell'esterno della nave (ad esempio, revisioni complete di navi da crociera passeggeri).

La maggior parte delle riparazioni e delle conversioni importanti richiede un grande sforzo di pianificazione, ingegneria e produzione. In molti casi, sarà necessario realizzare una grande quantità di lavori in acciaio (ad esempio, tagli importanti della struttura della nave esistente e installazione di nuove configurazioni). Questi progetti possono essere suddivisi in quattro fasi principali: rimozione, costruzione di una nuova struttura, installazione e collaudo delle apparecchiature. I subappaltatori sono richiesti per la maggior parte delle riparazioni e delle conversioni maggiori e minori. I subappaltatori forniscono competenze in determinate aree e aiutano a pareggiare il carico di lavoro nel cantiere navale.

Figura 11. Tagliare una nave a metà per installare una nuova sezione.

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Figura 12. Sostituzione della prua di una nave incagliata.

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 Alcuni dei lavori eseguiti dai subappaltatori sono i seguenti:

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