судостроение

Строительство корабля – высокотехнологичный и сложный процесс. Это включает в себя смешение многих квалифицированных профессий и подрядчиков, работающих под контролем основного подрядчика. Судостроение осуществляется как для военных, так и для коммерческих целей. Это международный бизнес, где крупные верфи по всему миру конкурируют за довольно ограниченный объем работ.

Судостроение радикально изменилось с 1980-х годов. Раньше большая часть строительства велась в здании или могильном доке, а корабль строился практически с нуля. Тем не менее, достижения в области технологий и более детальное планирование позволили построить судно из подразделений или модулей, в которые интегрированы утилиты и системы. Таким образом, модули могут быть относительно легко соединены. Этот процесс быстрее, дешевле и обеспечивает лучший контроль качества. Кроме того, этот тип конструкции подходит для автоматизации и робототехники, не только экономя деньги, но и снижая воздействие химических и физических опасностей.

Обзор процесса строительства корабля

На рис. 1 представлен обзор судостроения. Начальный этап – дизайн. Конструктивные соображения для различных типов кораблей сильно различаются. Корабли могут перевозить материалы или людей, могут быть надводными или подводными, могут быть военными или коммерческими, а также могут быть ядерными или неядерными. На этапе проектирования следует учитывать не только нормальные параметры строительства, но и риски для безопасности и здоровья, связанные с процессом строительства или ремонта. Кроме того, необходимо решить экологические проблемы.

Рисунок 1. Технологическая схема судостроения.  

  Ньюпорт-Ньюс Судостроение

Основным компонентом судостроения является листовая сталь. Пластины режутся, формируются, изгибаются или иным образом изготавливаются до требуемой конфигурации, заданной конструкцией (см. рис. 2 и рис. 3). Обычно пластины разрезаются на различные формы автоматическим процессом резки пламенем. Затем эти формы можно сварить вместе, чтобы сформировать двутавровые и тавровые балки и другие конструктивные элементы (см. рис. 4).

Рисунок 2. Автоматическая газопламенная резка стального листа в производственном цехе. 

Эйлин Мирш

Рисунок 3. Гибка стального листа.

Ньюпорт-Ньюс Судостроение

Рисунок 4. Сварная стальная пластина, образующая часть корпуса корабля.

Ньюпорт-Ньюс Судостроение

Затем пластины отправляются в цеха изготовления, где они соединяются в различные узлы и подузлы (см. рис. 5). На этом стыке трубопроводы, электрические и другие инженерные системы собираются и интегрируются в блоки. Блоки собираются с использованием автоматической или ручной сварки или их комбинации. Применяются несколько видов сварки. Наиболее распространенной является сварка стержнем, при которой для соединения стали используется плавящийся электрод. В других сварочных процессах используются дуги в среде инертного газа и даже неплавящиеся электроды.

Рис. 5. Работа над подсборкой корабля

 Ньюпорт-Ньюс Судостроение

Узлы или подузлы обычно затем переносят на открытую плиту или площадку для укладки, где происходит монтаж или соединение узлов для формирования еще более крупных узлов или блоков (см. рис. 6). Здесь происходит дополнительная сварка и подгонка. Кроме того, узлы и сварные швы должны пройти контроль качества и испытания, такие как радиографические, ультразвуковые и другие разрушающие или неразрушающие испытания. Те сварные швы, которые были признаны дефектными, должны быть удалены шлифовкой, дугово-воздушной группировкой или долблением, а затем заменены. На этом этапе блоки подвергаются абразивоструйной очистке для обеспечения надлежащего профиля и окрашиванию (см. рис. 7). Краску можно наносить кистью, валиком или распылителем. Чаще всего используется распыление. Краски могут быть легковоспламеняющимися, токсичными или представлять угрозу для окружающей среды. , В это время должен быть выполнен контроль за абразивоструйными и покрасочными работами.

Рисунок 6. Объединение судовых узлов в более крупные блоки

Ньюпорт-Ньюс Судостроение

Рис. 7. Абразивоструйная очистка судовых агрегатов перед покраской.

 Джуди Болдуин

Готовые более крупные блоки затем перемещаются в могильный док, корабельный причал или зону окончательной сборки. Здесь более крупные блоки соединяются вместе, образуя сосуд (см. рис. 8). Опять же, происходит много сварки и подгонки. Как только корпус конструктивно завершен и водонепроницаем, судно спускается на воду. Это может включать спуск его в воду с фарватера, на котором оно было построено, затопление дока, в котором оно было построено, или спуск судна на воду. Запуск почти всегда сопровождается большим празднованием и фанфарами.

Рисунок 8. Добавление носовой части корабля к остальной части судна.

Ньюпорт-Ньюс Судостроение

После того, как корабль спущен на воду, он переходит к этапу оснащения. Требуется большое количество времени и оборудования. Работы включают монтаж кабелей и трубопроводов, оборудование кухни и жилых помещений, изоляционные работы, установку электронного оборудования и навигационных средств, а также установку силовой установки и вспомогательного оборудования. Эту работу выполняют специалисты самых разных профессий.

После завершения этапа достройки корабль проходит как доковые, так и ходовые испытания, в ходе которых все системы корабля подтверждают свою полную работоспособность. Наконец, после проведения всех испытаний и сопутствующих ремонтных работ, корабль передается заказчику.

Изготовление стали

Далее следует подробное обсуждение процесса изготовления стали. Обсуждается в контексте резки, сварки и покраски.

Разрезание

«Сборочная линия» верфи начинается со склада стали. Здесь хранятся и готовятся к производству большие стальные листы различной прочности, размеров и толщины. Затем сталь обрабатывается абразивом и покрывается строительной грунтовкой, которая сохраняет сталь на различных этапах строительства. Затем стальной лист транспортируется на производственный объект. Здесь стальной лист режется автоматическими горелками до нужного размера (см. рис. 2). Полученные полосы затем свариваются вместе, образуя конструктивные элементы сосуда (рис. 4).

сварка

Каркас большинства кораблей изготавливается из различных марок мягкой и высокопрочной стали. Сталь обеспечивает необходимую формуемость, обрабатываемость и свариваемость в сочетании с прочностью, необходимой для океанских судов. В конструкции большинства судов преобладают стали различных марок, хотя для некоторых надстроек (например, рубок) и других специфических частей внутри корабля используются алюминий и другие цветные материалы. Другие материалы, используемые на кораблях, такие как нержавеющая сталь, оцинкованная сталь и медно-никелевый сплав, используются для различных целей защиты от коррозии и улучшения структурной целостности. Однако цветные материалы используются в гораздо меньших количествах, чем сталь. Корабельные системы (например, вентиляционные, боевые, навигационные и трубопроводы) обычно используются там, где используются более «экзотические» материалы. Эти материалы необходимы для выполнения самых разных функций, включая двигательные установки корабля, резервное питание, кухни, насосные станции для перекачки топлива и боевые системы.

Стали, используемые для строительства, можно разделить на три типа: мягкие, высокопрочные и высоколегированные стали. Мягкие стали обладают ценными свойствами, их легко производить, покупать, формовать и сваривать. С другой стороны, высокопрочные стали мягко легируют, чтобы обеспечить механические свойства, превосходящие свойства мягких сталей. Чрезвычайно высокопрочные стали были разработаны специально для использования в военно-морском строительстве. Как правило, высокопрочные и высокопрочные стали называются HY-80, HY-100 и HY-130. По прочностным характеристикам они превосходят высокопрочные промышленные стали. Для высокопрочных сталей необходимы более сложные процессы сварки, чтобы предотвратить ухудшение их свойств. Для высокопрочной стали необходимы специальные сварочные стержни, и обычно требуется подогрев сварного шва (предварительный подогрев). Третий общий класс сталей, высоколегированные стали, производится с включением относительно больших количеств легирующих элементов, таких как никель, хром и марганец. Эти стали, в том числе нержавеющие стали, обладают ценными свойствами коррозионной стойкости, а также требуют специальных процессов сварки.

Сталь является отличным материалом для судостроения, и выбор сварочного электрода имеет решающее значение во всех сварочных работах во время строительства. Стандартная цель состоит в том, чтобы получить сварной шов с прочностными характеристиками, эквивалентными характеристикам основного металла. Поскольку при производственной сварке могут возникать незначительные дефекты, сварные швы часто проектируют и выбирают сварочные электроды для получения сварных швов со свойствами, превышающими свойства основного металла.

Алюминий нашел более широкое применение в судостроении из-за его высокого отношения прочности к весу по сравнению со сталью. Хотя использование алюминия для корпусов было ограничено, алюминиевые надстройки становятся все более распространенными как для военных, так и для торговых кораблей. Суда, изготовленные исключительно из алюминия, в основном представляют собой лодки меньшего размера, такие как рыболовные, прогулочные, небольшие пассажирские катера, канонерские лодки и суда на подводных крыльях. Алюминий, используемый для судостроения и ремонта, обычно легирован марганцем, магнием, кремнием и/или цинком. Эти сплавы обладают хорошей прочностью, коррозионной стойкостью и свариваемостью.

Сварочные процессы на верфях, или, точнее, сварка плавлением, выполняются почти в каждом месте верфи. Этот процесс включает в себя соединение металлов путем нагревания прилегающих поверхностей до чрезвычайно высоких температур для их сплавления с расплавленным присадочным материалом. Источник тепла используется для нагрева краев соединения, что позволяет им сплавляться с расплавленным сварочным металлом (электродом, проволокой или стержнем). Требуемое тепло обычно вырабатывается электрической дугой или газовым пламенем. Верфи выбирают тип сварочного процесса на основе спецификаций заказчика, объемов производства и различных эксплуатационных ограничений, включая государственные постановления. Стандарты для военных судов обычно более строгие, чем для коммерческих судов.

Важным фактором в отношении процессов сварки плавлением является защита дуги для защиты сварочной ванны. Температура сварочной ванны значительно выше температуры плавления примыкающего металла. При экстремально высоких температурах реакция с кислородом и азотом в атмосфере протекает быстро и отрицательно влияет на прочность сварного шва. Если кислород и азот из атмосферы попадут в металл сварного шва и расплавленный стержень, произойдет охрупчивание зоны сварки. Для защиты от этой примеси сварки и обеспечения качества сварки требуется экранирование от атмосферы. В большинстве сварочных процессов экранирование достигается добавлением флюса, газа или их комбинации. При использовании флюса газы, образующиеся в результате испарения и химической реакции на кончике электрода, образуют комбинацию флюса и газовой защиты, которая защищает сварной шов от захвата азота и кислорода. Экранирование обсуждается в следующих разделах, где описываются конкретные процессы сварки.

При электродуговой сварке между заготовкой и электродом или проволокой создается цепь. Когда электрод или проволока находятся на небольшом расстоянии от заготовки, возникает высокотемпературная дуга. Эта дуга выделяет достаточно тепла, чтобы расплавить кромки заготовки и кончик электрода или проволоки для создания системы сварки плавлением. Существует ряд процессов электродуговой сварки, подходящих для использования в судостроении. Все процессы требуют защиты зоны сварки от атмосферы. Их можно разделить на процессы с защитой от флюса и защитой от газа.

Производители сварочного оборудования и сопутствующих расходных и неплавящихся изделий сообщают, что дуговая сварка плавящимися электродами является наиболее универсальным процессом сварки.

Дуговая сварка защищенным металлом (SMAW). Процессы электродуговой сварки в среде флюса различаются, прежде всего, ручным или полуавтоматическим характером и типом используемого плавящегося электрода. В процессе SMAW используется расходуемый электрод (длиной от 30.5 до 46 см) с покрытием из сухого флюса, удерживаемый в держателе и подаваемый сварщиком к заготовке. Электрод состоит из твердого металлического сердечника из присадочного стержня, изготовленного из тянутого или литого материала, покрытого оболочкой из металлических порошков. SMAW также часто называют «дуговой сваркой» и «дуговой сваркой». Металл электрода окружен флюсом, который плавится в процессе сварки, покрывая наплавленный расплавленный металл шлаком и окружая непосредственную зону атмосферой защитного газа. Ручной SMAW можно использовать для ручной сварки вниз (плоской), горизонтальной, вертикальной и потолочной сварки. Процессы SMAW также могут использоваться в полуавтоматическом режиме с использованием гравитационного сварочного аппарата. Гравитационные машины используют вес электрода и держателя для перемещения вдоль заготовки.

Дуговая сварка под флюсом (SAW) это еще один процесс электродуговой сварки в среде флюса, используемый на многих верфях. В этом процессе на заготовку наносится слой гранулированного флюса, за которым следует расходуемый электрод из оголенной металлической проволоки. Как правило, электрод служит наполнителем, хотя в некоторых случаях во флюс добавляют металлические гранулы. Дуга, погруженная в слой флюса, расплавляет флюс, образуя защитный изолированный расплавленный экран в зоне сварки. Высокая концентрация тепла позволяет получить тяжелые наплавки на относительно высоких скоростях. После сварки расплавленный металл защищен слоем расплавленного флюса, который впоследствии удаляется и может быть восстановлен. Дуговая сварка под флюсом должна выполняться снизу вверх и идеально подходит для стыковой сварки пластин на линиях панелей, плитах и ​​монтажных площадках. Процесс SAW, как правило, полностью автоматический, с оборудованием, установленным на движущейся тележке или самоходной платформе поверх заготовки. Поскольку процесс SAW в основном автоматизирован, значительная часть времени тратится на выравнивание сварного соединения с помощью машины. Точно так же, поскольку дуга SAW работает под покрытием из гранулированного флюса, скорость образования дыма (FGR) или скорость образования дыма (FFR) низки и останутся постоянными в различных условиях эксплуатации при условии наличия достаточного покрытия флюсом.

Дуговая сварка металлическим газом (GMAW). Другая важная категория электродуговой сварки включает процессы в среде защитного газа. В этих процессах обычно используются электроды из неизолированной проволоки с защитным газом, подаваемым извне, который может быть инертным, активным или их комбинацией. GMAW, также обычно называемый металл инертный газ (MIG) сварка использует расходуемый, автоматически подаваемый проволочный электрод малого диаметра и газовую защиту. GMAW — это ответ на долгожданный метод непрерывной сварки без перерыва на смену электродов. Требуется автоматическая подача проволоки. Система намотки проволоки обеспечивает постоянную скорость электрода/присадочной проволоки, или скорость колеблется в зависимости от датчика напряжения. В точке, где электрод соприкасается со сварочной дугой, сварочная горелка подает аргон или гелий в качестве защитного газа. Было обнаружено, что для сварки стали комбинация CO₂ и/или можно использовать инертный газ. Часто для оптимизации стоимости и качества сварки используется комбинация газов.

Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW). Другим типом процесса сварки в среде защитных газов является дуговая сварка вольфрамовым электродом, иногда называемая вольфрам инертный газ (TIG) сварка или торговое название Heliarc, потому что гелий изначально использовался в качестве защитного газа. Это был первый из «новых» сварочных процессов после дуговой сварки примерно через 25 лет. Между заготовкой и вольфрамовым электродом возникает дуга, которая не сгорает. Инертный газ, обычно аргон или гелий, обеспечивает защиту и обеспечивает чистый процесс с низким содержанием дыма. Кроме того, технологическая дуга GTAW не переносит присадочный металл, а просто расплавляет материал и проволоку, в результате чего получается более чистый сварной шов. GTAW чаще всего используется на верфях для сварки алюминия, листового металла и труб малого диаметра или для наплавки первого прохода многопроходного сварного шва на больших трубах и фитингах.

Дуговая сварка под флюсом (FCAW) использует оборудование, подобное GMAW, в котором проволока непрерывно подается к дуге. Основное отличие заключается в том, что электрод FCAW представляет собой трубчатую электродную проволоку с сердечником из флюса в центре, что способствует локальному экранированию в сварочной среде. Некоторые порошковые проволоки обеспечивают достаточное экранирование только с флюсовым сердечником. Однако многие процессы FCAW, используемые в судостроении, требуют добавления газовой защиты в соответствии с требованиями качества судостроительной промышленности.

Процесс FCAW обеспечивает высококачественный сварной шов с более высокой производительностью и эффективностью сварщика, чем традиционный процесс SMAW. Процесс FCAW позволяет выполнять весь спектр производственных требований, таких как потолочная и вертикальная сварка. Электроды FCAW, как правило, немного дороже, чем материалы SMAW, хотя во многих случаях повышенное качество и производительность оправдывают вложения.

Плазменно-дуговая сварка (ПАС). Последним из процессов сварки в среде защитного газа является плазменно-металлическая сварка в среде инертного газа. PAW очень похож на процесс GTAW, за исключением того, что дуга вынуждена пройти через ограничитель, прежде чем достигнет заготовки. В результате получается струйный поток сильно горячей и быстро движущейся плазмы. Плазма представляет собой ионизирующий поток газа, несущий дугу, которая генерируется за счет сжатия дуги при прохождении через небольшое отверстие в горелке. PAW приводит к более концентрированной высокотемпературной дуге, что обеспечивает более быструю сварку. Помимо использования отверстия для ускорения газа, PAW идентичен GTAW, используя нерасходуемый вольфрамовый электрод и защитный экран из инертного газа. PAW обычно выполняется вручную и минимально используется в судостроении, хотя иногда он используется для пламенного напыления. Он используется в основном для резки стали в судостроении (см. рис. 9).

Рис. 9. Плазменно-дуговая резка стального листа под водой

Кэролайн Кинер

Газовая сварка, пайка и пайка. При газовой сварке используется тепло, выделяемое при сжигании газового топлива, и обычно используется присадочный стержень для наплавки металла. Наиболее распространенным топливом является ацетилен, используемый в сочетании с кислородом (сварка кислородно-ацетиленовым газом). Ручная горелка направляет пламя на заготовку, одновременно расплавляя присадочный металл, нанесенный на стык. Поверхность заготовки плавится, образуя расплавленную ванну, с наполнителем, используемым для заполнения зазоров или канавок. Расплавленный металл, в основном присадочный металл, затвердевает по мере продвижения горелки вдоль заготовки. Газовая сварка сравнительно медленная и не подходит для использования с автоматическим или полуавтоматическим оборудованием. Следовательно, он редко используется для обычной производственной сварки на верфях. Оборудование небольшое и портативное, и может быть полезно для сварки тонких листов (примерно до 7 мм), а также для труб малого диаметра, магистралей отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК) (листовой металл), электрического кабеля способов и для пайки или пайки. Для резки используется идентичное или подобное оборудование.

Пайка и пайка - это методы соединения двух металлических поверхностей без плавления основного металла. Жидкость втекает и заполняет пространство между двумя поверхностями, а затем затвердевает. Если температура присадочного металла ниже 450°С, то процесс называется пайкой; если она выше 450ºC, процесс называется пайкой. Пайка обычно выполняется с использованием тепла от паяльника, пламени, электрического сопротивления или индукции. Пайка использует тепло от пламени, сопротивления или индукции. Пайка также может производиться путем погружения деталей в ванну. Паяные и паяные соединения не обладают прочностными свойствами сварных соединений. Следовательно, пайка и пайка находят ограниченное применение в судостроении и ремонте, за исключением в основном соединений труб малого диаметра, изготовления листового металла, мелких и нечастых столярных работ и ремонтных работ.

Другие сварочные процессы. Существуют дополнительные виды сварки, которые могут использоваться на верфях в небольших количествах по разным причинам. Электрошлаковая сварка передает тепло через расплавленный шлак, который расплавляет заготовку и присадочный металл. Хотя используемое оборудование аналогично оборудованию, используемому для электродуговой сварки, шлак поддерживается в расплавленном состоянии благодаря его сопротивлению току, проходящему между электродом и заготовкой. Следовательно, это форма сварки электрическим сопротивлением. Часто за заготовкой используется охлаждаемая опорная плита для удержания расплавленной ванны. Электрогазовая сварка использует аналогичную установку, но использует электрод с флюсовым покрытием и CO₂ газовая защита. Оба эти процесса очень эффективны для автоматического выполнения вертикальных стыковых швов и очень выгодны для более толстых листов. Ожидается, что эти методы получат значительно более широкое применение в судостроении.

Термитная сварка это процесс, в котором используется перегретый жидкий металл для расплавления заготовки и полученного присадочного металла. Жидкий металл является результатом химической реакции между расплавленным оксидом и алюминием. Жидкий металл заливают в свариваемую полость, и полость окружают песчаной формой. Термитная сварка чем-то похожа на литье и в основном используется для ремонта отливок и поковок или для сварки больших конструктивных элементов, таких как кормовая рама.

Лазерная сварка это новая технология, которая использует лазерный луч для плавления и соединения заготовки. Хотя осуществимость лазерной сварки была доказана, до настоящего времени ее коммерческое применение препятствовало стоимости. Потенциал эффективной и высококачественной сварки может сделать лазерную сварку важным методом судостроения в будущем.

Еще один относительно новый метод сварки называется электронно-лучевая сварка. Сварка производится путем подачи потока электронов через отверстие на заготовку, окруженную инертным газом. Электронно-лучевая сварка не зависит от теплопроводности материала для расплавления металла. Следовательно, как более низкие энергозатраты, так и меньшее металлургическое воздействие на сталь являются значительными преимуществами этого метода. Как и в случае с лазерной сваркой, высокая стоимость является серьезной проблемой.

Сварка шпилек это форма электродуговой сварки, при которой сам шпилька является электродом. Пистолет для сварки шпилек удерживает шпильку, пока образуется дуга, а пластина и конец шпильки расплавляются. Затем пистолет прижимает шпильку к пластине, и шпилька приваривается к пластине. Экранирование достигается за счет использования керамического наконечника, окружающего шпильку. Приварка шпилек — это полуавтоматический процесс, обычно используемый в судостроении для облегчения монтажа неметаллических материалов, таких как изоляция, на стальные поверхности.

Покраска и финишное покрытие

Покраска производится практически на каждом участке верфи. Характер судостроения и ремонта требует использования нескольких типов красок для различных целей. Типы красок варьируются от покрытий на водной основе до высокоэффективных эпоксидных покрытий. Тип краски, необходимой для определенного применения, зависит от окружающей среды, которой будет подвергаться покрытие. Оборудование для нанесения краски варьируется от простых кистей и валиков до безвоздушных распылителей и автоматических машин. В целом требования к судовой окраске существуют в следующих областях:

• под водой (дно корпуса)
• ватерлиния
• верхние надстройки
• внутренние помещения и резервуары
• погодные палубы
• свободное снаряжение.

Для каждого из этих мест существует множество различных систем окраски, но военно-морским кораблям может потребоваться определенный тип краски для каждого применения в соответствии с военной спецификацией (Mil-spec). При выборе красок необходимо учитывать множество соображений, включая условия окружающей среды, серьезность воздействия окружающей среды, время высыхания и отверждения, оборудование для нанесения и процедуры. На многих верфях есть специальные помещения и верфи, где происходит покраска. Закрытые помещения стоят дорого, но обеспечивают более высокое качество и эффективность. Живопись под открытым небом обычно имеет более низкую эффективность переноса и ограничена хорошими погодными условиями.

Системы окраски судоверфей. Краски используются для различных целей в различных местах на кораблях. Ни одна краска не может выполнять все желаемые функции (например, защита от ржавчины, защита от обрастания и устойчивость к щелочам). Краски состоят из трех основных компонентов: пигмента, носителя и растворителя. Пигменты представляют собой мелкие частицы, которые обычно определяют цвет, а также многие свойства, связанные с покрытием. Примерами пигментов являются оксид цинка, тальк, уголь, каменноугольная смола, свинец, слюда, алюминий и цинковая пыль. Транспортное средство можно рассматривать как клей, который скрепляет пигменты краски. Многие краски обозначаются типом связующего вещества (например, эпоксидные, алкидные, уретановые, виниловые, фенольные). Связующее также очень важно для определения эксплуатационных характеристик покрытия (например, гибкости, химической стойкости, долговечности, отделки). Растворитель добавляется для разбавления краски и позволяет наносить ее на поверхности. Часть растворителя краски испаряется, когда краска высыхает. Некоторые типичные растворители включают ацетон, уайт-спирит, ксилол, метилэтилкетон и воду. Антикоррозийные и противообрастающие краски обычно используются на корпусах судов и являются двумя основными типами красок, используемых в судостроительной промышленности. антикоррозийные краски представляют собой системы покрытий на основе винила, лака, уретана или более новых эпоксидных смол. Эпоксидные системы в настоящее время очень популярны и обладают всеми качествами, необходимыми для морской среды. Краски против обрастания используются для предотвращения роста и прикрепления морских организмов к корпусам судов. Краски на основе меди широко используются в качестве противообрастающих красок. Эти краски выделяют незначительные количества токсичных веществ в непосредственной близости от корпуса судна. Для получения различных цветов в краску можно добавить ламповую сажу, красный оксид железа или диоксид титана.

Грунтовочные покрытия судостроительной верфи. Первая система покрытия, наносимая на необработанные стальные листы и детали, обычно представляет собой предварительную грунтовку, которую иногда называют «цеховой грунтовкой». Это покрытие важно для поддержания состояния детали на протяжении всего процесса строительства. Предстроительную грунтовку выполняют на стальных пластинах, профилях, участках трубопроводов и вентиляционных каналов. Межоперационная грунтовка выполняет две важные функции: (1) сохраняет стальной материал для конечного продукта и (2) способствует повышению производительности строительства. Большинство предстроительных грунтовок богаты цинком, органическими или неорганическими связующими. Силикаты цинка преобладают среди неорганических цинковых грунтовок. Системы цинкового покрытия защищают покрытия почти так же, как цинкование. Если цинк нанести на сталь, кислород будет реагировать с цинком с образованием оксида цинка, который образует плотный слой, не позволяющий воде и воздуху контактировать со сталью.

Покрасочное оборудование. В судостроительной промышленности используется много типов оборудования для нанесения краски. Два распространенных метода - это распылители со сжатым воздухом и безвоздушные распылители. Системы сжатого воздуха распыляют как воздух, так и краску, в результате чего часть краски быстро распыляется (высыхает) до того, как достигнет намеченной поверхности. Эффективность переноса пневматических систем распыления может варьироваться от 65 до 80%. Эта низкая эффективность переноса обусловлена ​​главным образом избыточным распылением, сносом и неэффективностью воздушного распылителя; эти опрыскиватели устаревают из-за их низкой пропускной способности.

Наиболее широко используемой формой нанесения краски в судостроительной промышленности является безвоздушный распылитель. Безвоздушный распылитель представляет собой систему, которая просто сжимает краску в гидравлической линии и имеет на конце распылительную насадку; гидростатическое давление, а не давление воздуха, транспортирует краску. Чтобы уменьшить количество избыточного распыления и утечки, верфи максимально используют безвоздушные распылители краски. Безвоздушные распылители намного чище в эксплуатации и имеют меньше проблем с утечками, чем распылители со сжатым воздухом, поскольку система требует меньшего давления. Безвоздушные распылители имеют эффективность переноса около 90%, в зависимости от условий. Новая технология, которую можно добавить к безвоздушному распылителю, называется «большой объем, низкое давление» (HVLP). HVLP обеспечивает еще более высокую эффективность передачи при определенных условиях. Измерения эффективности переноса являются оценочными и включают допуски на потеки и разливы, которые могут возникнуть при покраске.

Термальный спрей, также известный как металлический или пламенный напыление, представляет собой нанесение алюминиевых или цинковых покрытий на сталь для долговременной защиты от коррозии. Этот процесс нанесения покрытия используется в самых разных коммерческих и военных целях. Он значительно отличается от традиционных методов нанесения покрытий из-за своего специализированного оборудования и относительно низкой производительности. Существует два основных типа машин для нанесения термического покрытия: проволочная и электродуговая. Тип проволоки для горения состоит из горючих газов и системы пламени с регулятором подачи проволоки. Горючие газы расплавляют материал, который распыляется на детали. электродуговой распылитель вместо этого использует дугу источника питания для плавления материала, напыленного пламенем. Эта система включает в себя систему сжатия и фильтрации воздуха, блок питания и контроллер дуги, а также пистолет для дугового пламенного распыления. Поверхность должна быть надлежащим образом подготовлена ​​для надлежащей адгезии материалов, напыляемых пламенем. Наиболее распространенным методом подготовки поверхности является струйная обработка мелкозернистым абразивом (например, оксидом алюминия).

Первоначальная стоимость термического напыления обычно выше по сравнению с покраской, хотя, если принять во внимание жизненный цикл, термическое напыление становится более привлекательным с экономической точки зрения. Многие верфи имеют свои собственные машины для термического напыления, а другие верфи будут заключать субподряд на выполнение работ по нанесению термического покрытия. Термораспыление можно сделать в магазине или на борту корабля.

Приемы и приемы рисования. Покраска выполняется почти на всех участках верфи, от начальной грунтовки стали до окончательной окраски корабля. Методы рисования сильно различаются от процесса к процессу. Смешивание краски выполняется как вручную, так и механически, и обычно это делается на территории, окруженной бермами или поддонами вторичной защитной оболочки; некоторые из них являются крытыми. На верфи происходит как наружная, так и внутренняя покраска. Защитные ограждения из стали, пластика или ткани часто используются для предотвращения чрезмерного распыления краски или для блокировки ветра и улавливания частиц краски. Новая технология поможет уменьшить количество частиц в воздухе. Уменьшение количества избыточного распыления также снижает количество используемой краски и, таким образом, экономит деньги верфи.

Участки подготовки поверхности и покраски на верфи

Чтобы проиллюстрировать методы покраски и подготовки поверхности в судостроительной и ремонтной промышленности, можно в общих чертах описать методы в пяти основных областях. Следующие пять областей помогают проиллюстрировать, как происходит покраска на верфи.

Hull картина. Покраска корпуса происходит как на судах-ремонтниках, так и на судах-новостроях. Подготовка поверхности корпуса и покраска ремонтных судов обычно выполняется, когда судно полностью поставлено в сухой док (т. е. в плавучем доке). Для новой постройки корпус подготавливают и окрашивают на строительной позиции с использованием одного из описанных выше методов. Обработка воздухом и/или водой с использованием минерального песка является наиболее распространенным видом подготовки поверхности корпуса. Подготовка поверхности включает струйную очистку поверхности с платформ или подъемников. Точно так же краска наносится с помощью распылителей и высотного оборудования, такого как подъемники, ножничные подъемники или переносные леса. Системы окраски корпуса различаются по количеству необходимых слоев.

Покраска надстройки. Надстройка корабля состоит из открытых палуб, рубок и других конструкций над главной палубой. Во многих случаях на борту корабля будут использоваться строительные леса для доступа к антеннам, домам и другим надстройкам. Если существует вероятность того, что краска или материал для пескоструйной обработки попадут в соседние воды, устанавливается кожух. На ремонтируемых судах надстройка корабля окрашивается в основном в стоянке. Поверхность подготавливается с помощью ручных инструментов или пескоструйной обработки. После того, как поверхность подготовлена, а связанные с ней поверхностные материалы и песок очищены и утилизированы, можно приступать к покраске. Окрасочные системы обычно наносятся с помощью безвоздушных краскораспылителей. Маляры получают доступ к надстройкам с помощью существующих лесов, лестниц и различного подъемного оборудования, которое использовалось при подготовке поверхности. Система кожуха (если применимо), которая использовалась для сдерживания взрыва, останется на месте, чтобы помочь сдержать избыточное распыление краски.

Покраска бака и отсека изнутри. Танки и отсеки на борту судов должны быть покрыты и повторно покрыты для поддержания долговечности корабля. Повторное покрытие танков ремонтных судов требует большой подготовки поверхности перед покраской. Большинство цистерн находятся на дне корабля (например, балластные цистерны, трюмы, топливные цистерны). Резервуары подготавливаются к покраске с использованием растворителей и моющих средств для удаления жировых и масляных отложений. Сточные воды, образующиеся при очистке резервуаров, должны быть надлежащим образом очищены и утилизированы. После того, как баки высохнут, их подвергают абразивоструйной очистке. Во время пескоструйной обработки в резервуаре должна быть циркуляция воздуха, а песок должен быть удален пылесосом. Используемые вакуумные системы относятся либо к жидкостно-кольцевому, либо к винтовому типу. Эти пылесосы должны быть очень мощными, чтобы удалить песок из резервуара. Вакуумные системы и системы вентиляции, как правило, расположены на поверхности дока, а доступ к бакам осуществляется через отверстия в корпусе. После того, как поверхность очищена от песка и удалена крошка, можно приступать к покраске. Для подготовки и покраски поверхности резервуаров и отсеков (т. е. в закрытых или замкнутых пространствах) требуется надлежащая вентиляция и респираторы.

Подготовка поверхности под покраску как этапы строительства. После того, как блоки или несколько единиц покидают зону сборки, их часто транспортируют в зону пескоструйной обработки, где весь блок подготавливается к окраске. В этот момент блок обычно подвергают пескоструйной обработке до голого металла (т. е. удаляют строительную грунтовку) (см. рис. 7). Наиболее частым методом подготовки поверхности блоков является пескоструйная обработка. Следующий этап – этап нанесения краски. Маляры обычно используют оборудование для безвоздушного распыления на подъездных платформах. После того, как система покрытия блока нанесена, блок транспортируется на блочную стадию, где устанавливаются отделочные материалы.

Участки покраски мелких деталей. На многие детали, из которых состоит судно, перед установкой необходимо нанести систему покрытия. Например, трубы, вентиляционные каналы, фундаменты и двери окрашиваются перед установкой на блок. Мелкие детали обычно подготавливаются к окраске на специально отведенном участке верфи. Окрашивание мелких деталей может происходить в другом специально отведенном месте на верфи, которое лучше всего соответствует производственным потребностям. Некоторые мелкие детали окрашиваются в различных мастерских, а другие окрашиваются в стандартном помещении отдела покраски.

Подготовка поверхности и покраска блока и картона

Окончательная покраска корабля происходит на борту, а подкрашивание часто происходит на блоке (см. рис. 10). Подкрашивание на блоке происходит по нескольким причинам. В некоторых случаях система окраски повреждена на блоке и требует восстановления, или, возможно, была применена неправильная система окраски и ее необходимо заменить. Покраска на блоке предполагает использование переносного пескоструйного и окрасочного оборудования на всех участках дооборудования блока. Бортовая покраска включает в себя подготовку и покраску стыковочных участков между конструкционными блоками, а также перекраску участков, поврежденных сваркой, ремонтом, бортовой достройкой и другими процессами. Поверхности могут быть подготовлены ручными инструментами, шлифованием, чисткой щеткой, очисткой растворителем или любым другим методом подготовки поверхности. Краска наносится переносными безвоздушными распылителями, валиками и кистями.

Рис. 10. Ретушь корпуса корабля.

Ньюпорт-Ньюс Судостроение

Оснащение

Предварительная комплектация строительных блоков является современным методом судостроения, используемым всеми конкурентоспособными судостроителями во всем мире. Оснащение – это процесс установки деталей и различных узлов (например, трубопроводных систем, вентиляционного оборудования, электрических компонентов) на блок перед соединением блоков при монтаже. Оснащение блоков по всей верфи способствует формированию конвейерного подхода к судостроению.

Планируется оснащение на каждом этапе строительства, чтобы процесс плавно протекал по всей верфи. Для простоты достройку можно разделить на три основных этапа строительства после сборки металлоконструкции блока:

1. оснащение блока
2. внештатное оснащение
3. бортовая экипировка.

Оснащение юнита этап, на котором арматура, детали, фундаменты, машины и другие достроечные материалы собираются независимо от корпуса (т. е. агрегаты собираются отдельно от стальных конструкционных блоков). Оснащение агрегата позволяет рабочим собирать бортовые компоненты и системы на земле, где у них есть легкий доступ к оборудованию и мастерским. Блоки устанавливаются либо на бортовой, либо на блочной стадии строительства. Блоки бывают разных размеров, форм и сложности. В некоторых случаях агрегаты настолько просты, как двигатель вентилятора, соединенный с воздухораспределителем и змеевиком. Крупные сложные агрегаты в основном состоят из компонентов в машинных отделениях, котлах, насосных отделениях и других сложных зонах корабля. Оснащение блока включает в себя сборку трубных узлов и других компонентов вместе, а затем соединение компонентов в блоки. Машинные помещения — это участки на судне, где расположены механизмы (например, машинные отделения, насосные станции и генераторы), и их оснащение является интенсивным. Оснащение единиц на земле повышает безопасность и эффективность за счет сокращения рабочего времени, которое в противном случае было бы отведено для работы на блоке или на борту в более ограниченном пространстве и в более сложных условиях.

Оснащение на блоке этап строительства, на котором на блоки укладывается большая часть отделочных материалов. Материалы отделки, установленные на блоке, состоят из вентиляционных систем, систем трубопроводов, дверей, светильников, лестниц, перил, электроустановок и т.д. Многие агрегаты также устанавливаются на блочном этапе. На этапе оснащения блока блок можно поднимать, поворачивать и перемещать, чтобы облегчить установку отделочных материалов на потолки, стены и полы. Все цеха и службы на верфи должны быть на связи на этапе монтажа, чтобы обеспечить установку материалов в нужное время и в нужном месте.

Оснащение на борту выполняется после подъема блоков на строящееся судно (т.е. после возведения). В это время корабль либо находится на позиции строительства (строительные пути или строительный док), либо корабль может быть пришвартован у причала. Блоки уже в значительной степени оборудованы, хотя предстоит еще много работы, прежде чем корабль будет готов к эксплуатации. Бортовая достройка предполагает процесс установки крупных агрегатов и блоков на борт корабля. Установка включает подъем больших блоков и агрегатов на борт нового корабля и их сварку или прикручивание болтами. Бортовое оснащение также включает в себя соединение бортовых систем (т. е. системы трубопроводов, системы вентиляции и электрической системы). Все системы электропроводки протягиваются по всему кораблю на бортовом этапе.

Тестирование

На этапе эксплуатации и испытаний строительства оценивается функциональность установленных компонентов и систем. На этом этапе системы эксплуатируются, проверяются и тестируются. Если системы по какой-либо причине не проходят тесты, система должна быть отремонтирована и повторно протестирована до тех пор, пока она не станет полностью работоспособной. Все трубопроводные системы на борту корабля находятся под давлением для обнаружения утечек, которые могут существовать в системе. Резервуары также нуждаются в структурных испытаниях, которые выполняются путем заполнения резервуаров жидкостями (например, соленой или пресной водой) и проверки устойчивости конструкции. Проверяются вентиляционные, электрические и многие другие системы. Большинство системных испытаний и операций происходит, когда корабль пришвартован у пирса. Однако все чаще наблюдается тенденция к проведению испытаний на более ранних стадиях строительства (например, предварительные испытания в производственных цехах). Выполнение испытаний на более ранних этапах строительства облегчает устранение сбоев из-за повышенной доступности систем, хотя на борту всегда необходимо проводить полные испытания систем. После того, как все предварительные испытания у пирса выполнены, корабль отправляется в море для серии полнофункциональных испытаний и ходовых испытаний, прежде чем корабль будет передан владельцу.

Судоремонт

Практика и процессы ремонта стальных судов

Судоремонт обычно включает в себя все переоборудование судов, капитальный ремонт, программы технического обслуживания, ремонт крупных повреждений и мелкий ремонт оборудования. Судоремонт является очень важной частью судоходства и судостроения. Примерно 25% рабочей силы на большинстве частных судостроительных верфей выполняет ремонтно-конверсионные работы. В настоящее время существует множество судов, которые нуждаются в обновлении и/или переоборудовании для соответствия требованиям безопасности и охраны окружающей среды. Поскольку флоты во всем мире устаревают и становятся неэффективными, а стоимость новых судов высока, ситуация создает нагрузку на судоходные компании. В целом конверсионно-ремонтные работы на верфях США выгоднее, чем новое строительство. На новых верфях контракты на ремонт, капитальный ремонт и переоборудование также помогают стабилизировать рабочую силу в периоды ограниченного нового строительства, а новое строительство увеличивает нагрузку на ремонтных рабочих. Процесс ремонта корабля очень похож на процесс строительства нового, за исключением того, что он обычно выполняется в меньшем масштабе и выполняется в более быстром темпе. Процесс ремонта требует более своевременной координации и агрессивного процесса торгов по контрактам на ремонт судов. Заказчиками ремонтных работ, как правило, являются военно-морской флот, владельцы коммерческих судов и других морских сооружений.

Заказчик обычно предоставляет контрактные спецификации, чертежи и стандартные позиции. Контракты могут быть твердая фиксированная цена (ФФП), плата за вознаграждение с твердой фиксированной ценой (ФФФАФ), стоимость плюс фиксированная комиссия (КПФФ), стоимость плюс вознаграждение (CPAF) или срочный ремонт контракты. Процесс начинается в области маркетинга, когда верфь запрашивается запрос предложения (ЗП) или приглашение на торги (ИФБ). Контракт IFB обычно выигрывает самая низкая цена, в то время как присуждение RFP может основываться на других факторах, помимо цены. Ремонтно-сметная группа готовит смету расходов и предложение договора на ремонт. Оценки предложений обычно включают рабочие часы и ставки заработной платы, материалы, накладные расходы, расходы на специальные услуги, доллары субподрядчиков, надбавки за сверхурочную работу и смену, другие сборы, денежную стоимость объектов и, исходя из этого, предполагаемую цену контракта. После заключения контракта должен быть разработан производственный план.

Планирование ремонта, инжиниринг и производство

Хотя некоторое предварительное планирование выполняется на этапе предложения контракта, еще предстоит проделать большую работу для планирования и своевременного выполнения контракта. Необходимо выполнить следующие шаги: прочитать и понять все спецификации контракта, классифицировать работу, интегрировать работу в логический производственный план и определить критический путь. Отделы планирования, проектирования, материалов, субподряда и ремонтного производства должны тесно сотрудничать, чтобы выполнить ремонт наиболее своевременно и с минимальными затратами. Сборка трубопроводов, вентиляционных, электрических и других механизмов во многих случаях выполняется до прибытия судна. Дооснащение и расфасовка ремонтных агрегатов требует сотрудничества с производственными цехами для своевременного выполнения работ.

Распространенные виды ремонтных работ

Корабли похожи на другие типы машин в том, что они требуют частого технического обслуживания, а иногда и полного капитального ремонта, чтобы оставаться в рабочем состоянии. Многие верфи имеют контракты на техническое обслуживание с судоходными компаниями, судами и/или классами судов, которые предусматривают частые работы по техническому обслуживанию. Примеры работ по техническому обслуживанию и ремонту включают:

• пескоструйная очистка и перекраска корпуса корабля, надводного борта, надстройки, внутренних цистерн и рабочих зон
• ремонт и установка крупного оборудования (например, дизельных двигателей, турбин, генераторов и насосных станций)
• капитальный ремонт, техническое обслуживание и установка систем (например, промывка, испытание и установка системы трубопроводов)
• установка новой системы, либо добавление нового оборудования, либо замена устаревших систем (например, навигационных систем, боевых систем, систем связи или обновленных систем трубопроводов)
• ремонт винта и руля, модификация и центровка
• создание новых машинных помещений на корабле (например, вырезание существующей стальной конструкции и добавление новых стен, ребер жесткости, вертикальных опор и лямок).

Во многих случаях ремонтные контракты представляют собой чрезвычайную ситуацию с очень небольшим предупреждением, что делает ремонт судов быстрой и непредсказуемой средой. Обычные ремонтные корабли будут стоять на верфи от 3 дней до 2 месяцев, в то время как капитальный ремонт и переоборудование могут длиться более года.

Крупные проекты по ремонту и переоборудованию

Крупные контракты на ремонт и крупные переоборудования являются обычным явлением в судоремонтной отрасли. Большинство этих крупных контрактов на ремонт выполняются верфями, которые имеют возможность строить корабли, хотя некоторые в основном ремонтные верфи будут выполнять капитальный ремонт и переоборудование.

Примеры договоров на капитальный ремонт:

• переоборудование судов снабжения в госпитальные корабли
• разрезание корабля пополам и установка новой секции для удлинения корабля (см. рис. 11)
• замена сегментов севшего на мель корабля (см. рис. 12)
• полный распил, структурная реконфигурация и дооснащение боевых систем
• капитальный ремонт интерьера или экстерьера корабля (например, капитальный ремонт пассажирских круизных лайнеров).

Большинство капитальных ремонтов и переоборудований требуют больших усилий по планированию, проектированию и производству. Во многих случаях потребуется выполнить большой объем стальных работ (например, крупный вырез существующей конструкции корабля и установка новых конфигураций). Эти проекты можно разделить на четыре основных этапа: демонтаж, строительство новой конструкции, установка оборудования и тестирование. Субподрядчики требуются для большинства капитальных и мелких ремонтов и переоборудования. Субподрядчики предоставляют экспертные знания в определенных областях и помогают выровнять нагрузку на верфи.

Рисунок 11. Разрезание корабля пополам для установки новой секции.

Ньюпорт-Ньюс Судостроение

Рис. 12. Замена носа корабля, севшего на мель.

Ньюпорт-Ньюс Судостроение

 Ниже приведены некоторые работы, которые выполняют субподрядчики:

Назад