船舶导流管制造与焊接工艺研究

汪永茂，金 军

（1.上海华润大东船务工程有限公司，上海 200120；2.沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

0 引 言

当船舶航速低、螺旋桨负荷大时，配以适当的导流管可使推力增大，提高推进效率。含导流管的螺旋桨多用在拖船以及限制吃水的船舶上。它是由特定剖面形成的环，安装于船舶艉部，与螺旋桨安装在同一轴线上，并套在螺旋桨上的一个钢制多曲面组合体上。由于在使用过程中承受载荷复杂，对结构的防腐要求高，因此对导流管制造工艺也提出了特殊的要求。

1 导流管的结构与种类

导流管是由内、外壳板、内部环形隔板和纵向筋板焊接而成的环形结构，螺旋桨位于导流管最小截面处，导流管的转动轴线通过螺旋桨圆盘面，桨叶端部与该处导流管内壁之间的间隙应尽可能地小，通常不超过螺旋桨直径的0.5%或1cm[1]。

根据工作状态导流管分固定式和转动式2种，固定式导流管固定在船尾，通常将轴架和舵叶下支承组合在一起；转动式导流管可绕竖轴转动，一般约转 40°，并可兼作舵使用。采用转动导流管，可改变螺旋桨尾流方向，提高了船舶的操纵性，特别是低速航行时的机动能力。

为防止导流管内壁的腐蚀，螺旋桨区域内应采用耐腐蚀材料，所有对接焊缝应磨平。采用耐腐蚀材料其板厚可减少15%。

2 导流管的作用[2]

采用导流管能提高推力和推进效率的原因如下：

1)导流管从进口到螺旋桨盘面处的管段过水断面逐渐收缩，水流速度在管内逐渐加大，相当于间接地加大了螺旋桨的进速系数，从而提高了螺旋桨的效率；

2)桨后尾流受导流管结构限制不能收缩，使导流管出口处的轴向诱导速变小，更有利于螺旋桨的推进；

3)叶梢和导管间距很小，叶面和叶背压力差所引起的叶梢涡流损失减少；

4)由于导流管内螺旋桨的泵水作用，使管内水流速度大于管外，形成管内压力小于管外压力，其压力的合力方向指向导流管中心且偏离船舶的前进方向。将合力分解为一个径向分力和轴向分力，因为导流管是封闭的圆筒形，周围的径向分力互相抵消，这样，只剩轴向分力推动导流管，有利于船舶前进。实际上，作用于导流管上的轴向力还需考虑导流管自身受到的水流阻力消耗。

3 3530kW（4800HP）拖船导流管制作

该船的导流管是一个双曲筒形结构，呈喇叭口形。整个组合体包括导流管本体、舵钮托架、尾轴架和导流管柄四部分，采用CCS（中国船级社） A，S.S316不锈钢、铸钢材料，组件约重3t（单侧），左右对称，见图1。因为要与舵钮托架相接，需考虑船体舵系的定位，这就使得导流管制作、焊接和安装工艺变得更为复杂。

3.1 胎架制造

胎架是船体分段装配与焊接的一种专用工艺装备，必须有一定的强度和刚性，并且胎架型值所形成的工作面应与结构外形相贴合。胎架的结构形式分为胎板、桁架、支柱3种，结合该船导流管的外形，需制作

一特殊的专用胎架，为支柱和胎板混合形式，见图2。

图1 导流管组合

图2 胎架外形

根据导流管内侧板型值，径向设置 12块曲线模板，保证导流管马鞍形曲面板的外形。并在上下做两个水平的假平台，见图3。为确保该胎架的刚性，其水平胎板厚12mm，径向胎板厚10mm。各径向和水平胎板皆用数控下料，水平胎板可分数块上胎架合拢，胎架合拢需对角拉线复对同心，且保证同一水平高度。各径向胎板按尺寸要求开缺口，间隙0.5mm，方便水平加强筋的嵌入安装。并在距胎架基线1325mm高度处喷水平线和板缝断线，径向胎板分中安装理论线与导流管径向肋板一致，并在1325mm水平线处打定位点方便结构定位安装。

3.2 导流管各部件的组合

导流管筒体在胎架上装配定位，待导流管内侧板、径向肋板、环向肋板定位焊后装上下圆钢，然后安装舵钮托架和导流管柄，导流管筒体内部各结构按焊接方法和次序烧焊结束再封外侧板，见图 4。根据舵钮托架中心线位置、最前端距下圆钢底端距离 500mm，距中1241mm。整个托架上平面与筒体相切，即该平面竖直向下，利用线锤定位，确定舵钮托架位置。导流管柄需单独组装一体，包括上封板下的衬垫板焊接，但上封板暂不焊。

导流管柄定位之前，内侧板外侧在导流管柄区域应做好导管中心线的标记，将圆钢与内侧板先焊接好，再根据距胎架中心线2203mm、导流管柄的中间纵向隔板的FR-1位置（距导流管水平中心线距离39mm），定位导流管柄。在导流管不锈钢内侧壁打上十字定位点，以备上船安装定位用。

3.3 制造要求

1)径向胎板垂直度1/1000；

2)径向胎板与胎架平台理论划线偏差±1mm；

3)水平胎板高度与理论高度尺寸±1mm；

4)径向和水平胎板位置偏差≤2.0mm；

5)水平胎板的弯曲度≤2mm（在700mm范围内）；

6)导流管内侧板上胎架与径向和水平胎板复合间隙≤0.5mm；

7)导流管中心线处直径与实际尺寸2480mm的偏差±2mm。

3.4 焊接要求

1)内壳板同环形隔板的连接采用双面连续填角焊，外壳板应尽可能采用与环形隔板连续焊，开槽焊要求[3]环形隔板焊孔长度≥90mm，宽度≥2t (t为导流管壳板厚度)，最大30mm，间距≤150mm，孔内焊缝的最小焊喉厚度为0.7t；

2)焊条牌号为A302（相当于AWS E309-16），并具有质保书。焊条应经烘干后使用，烘焙温度为200～250℃，保温1h。焊工应具有CCS或其他船级社的焊工合格证书，并在产品焊接之前由CCS船检师认可后方可进行产品焊接；

3)构架件安装定位焊时，应采用A302焊条焊接，焊条直径≤4mm。定位焊长度≥50mm，焊缝应具有足够的厚度，并尽可能填满弧坑；

4)采用直流反接（DCEP）的电源极性，其焊波宽度不大于焊条直径的2.5倍，立焊不大于焊条直径的3倍；

5)角焊缝推荐焊接参数见表1。

表1 A302焊条不同焊接位置的焊接参数

(6)角焊缝焊脚应≥6mm，焊接速度不宜过慢，焊缝与基体金属应熔合良好，焊趾整齐，单道角焊缝两侧焊脚的偏差应≤2mm。严格控制道间温度，每一焊道焊接前，角焊缝施焊侧温度应控制在100℃以下。

7)不得在不锈钢上随意引擦弧，无论是对接缝定位焊还是角接缝内定位焊，引熄弧均需在引熄弧板上或焊缝内进行，且定位焊药渣必须清除。

8)表面焊缝焊完后，反面焊缝清根必须用批铲清除，严禁采用碳刨。

9)多层焊时，每焊完一层需彻底清除熔渣，对焊缝仔细检查，当无缺陷时并等前一层焊缝冷却到60℃以下再焊下一层，在不锈钢板与异种钢焊接时，第一道焊须靠异种钢一侧先打底焊作为过渡，然后再对过渡层与不锈钢进行焊接，以此类推。

10)导流管轴毂铸钢与尾轴架的焊接必须对焊道预热到规定的温度。

4 控制变形措施

为控制导流管周向的焊接变形，避免完工后尺寸有偏差影响螺旋桨的安装，除了对导流管各零件的下料、加工、焊接等工序做到精确，在施工中还需采取必要的防范措施。

为确保导流管的同心圆尺寸，除了采用传统的“米”字形工装加强，还需加装几层环形假平台来控制导流管的变形。

胎架半径留有1mm反变形补偿值，制作完毕后筒体需测量上下口直径及导流管中心线处实际尺寸，并记录，上下口要求加强才能脱离胎架。

导流管焊接次序为先焊接内侧板的纵向板缝，再焊上下内侧板与不锈钢的环缝，该环缝采用十字交叉逐步退焊法，焊接时注意用小电流，小直径焊条，见图5。

图5 焊接次序

5 防腐及密性要求[4]

导流管是水下装置，要求结构密闭，耐腐蚀，因此在制作过程中，除了板材前期需喷砂除锈涂底漆外，在封板前还要对内部结构刷一层沥青漆，并在导流管体外设置锌块作为牺牲阳极以达到导流管的电化学防腐要求。而密性，要求整体机构充入惰性气体后，内部气体在0.05MPa的压力上保压至少5min，若整体无气体泄漏，方为合格。

6 结 语

通过对胎板精确放样，胎架按线型制作，并制定严格的焊接要求及焊接顺序，经过一系列的工艺措施保证，在3530kW拖轮导流管的制造上达到了理想的效果，为后续上船的精确安装和使用起到关键作用，同时，也为今后此类型结构的导流管制作与焊接提供切实可行的参考方法。

[1] 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册舾装分册[M].北京：国防工业出版社，2000.

[2] 童复兴.浅谈导流管的作用、损坏原因和修理工艺[J].航海技术，1992, (5): 47-48.

[3] 中国船级社.钢制海船入级规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[4] 曾小磊.船舶导流管组件制造工艺的要点分析[N].科技创新导报，2011, (14): 76-77.