船舶铸钢尾轴架外形设计与技术要求

冯兴玺

（烟台派格船舶设计有限公司，山东烟台 264000）

船舶是一个复杂的水上工程，其中尾轴架是船舶的重要组成部分。在船舶航行时，轴支架会同时受到螺旋桨作用的水平推力、垂向升力、螺旋桨转动时的不平衡力矩，以及由螺旋桨旋转而产生的局部振动力。轴支架设计还应考虑螺旋桨在最大转速时有1～2个叶片突然折断时，仍能保持支撑作用，有足够的强度抵抗离心力。

轴支架对船体的阻力影响也比较大，设计不良时会影响航行性能，且容易产生振动。设计较佳的轴支架其阻力应不超过裸船体阻力的4%～8%，且可以降低功率损耗。所以轴架支臂应设计成流线型的剖面。

1 概述

尾轴架有受冲击力大、受力方向不确定、对船舶阻力有影响、所处环境温度较低等特点。铸钢件的灵活性对产品的形状和尺寸给了最大的设计自由，可以做流线型；相比锻钢件，铸钢件的力学性能的各向异性并不显著，满足轴支架的受力复杂的要求。所以船舶尾轴架一般采用船体结构用铸钢件。

本文结合一艘客滚船的尾轴架，提供一种流线型轴支架的外形设计方案，阐述船用铸钢件的技术要求。

2 流线型轴支架的剖面形状及型值表

图1 船尾主视图

图2 尾轴架3D模型

图3 尾轴架图

图4 轴支架剖面形状

表1 轴支架型值表(参照NACA022)[1]

3 铸钢件的化学成分

铸钢件应采用镇静钢制成，铸钢件的熔炼分析化学成分应符合表2规定。

表2 船体结构用铸钢件的化学成分[2] ωB/%

4 铸钢件的热处理

本船铸钢件重量约为1.6t，属于小型铸钢件，可以采用正火+回火工艺。一般情况下，正火温度可控制在900～970℃，空冷。回火温度推荐在600～620℃，空冷。重新热处理的次数不超过2次（回火次数不做限制）。

5 铸钢件的力学性能

5.1 铸钢件试件的选取

铸钢件的试件应与铸钢件的同炉钢水铸成，并同铸钢件附带一起浇铸，同炉热处理。制备1个试件和1个拉伸试样；并从试件上制取一组三个夏比V型缺口冲击试样进行冲击试验。

5.2 铸钢件试件的力学性能

铸钢件试件的力学性能如表3所示。

5.3 夏比冲击试验技术要求

对于焊接结构用铸件，为了保证铸钢件的韧性，防止焊接裂纹，应增加冲击试验作为检验项目。由于V型缺口更能反映结构破损的实际情况，冲击试验应采用标准夏比V型缺口试样。试样取自试件距表面t/4处，试验温度为0℃，冲击能力应不低于27J。

表3 船体结构用铸钢件的力学性能

6 铸钢件质量要求

铸钢件应按照1:1线型制作，浇铸孔和定位孔在浇铸后加工，表面和内部应无裂缝、缩孔、冷隔、结疤等明显缺陷，以及会影响铸钢件使用的其他缺陷，如气孔等。

铸钢件表面应打磨光顺、无毛刺等尖角，外表面涂底漆，但不可进行敲打或锤打等方式掩盖其表面的缺陷。铸钢件应做以下标记：炉号、船检印记、船号，以上所有印记均为金属印记。

6.1 铸钢件外观尺寸检查

表面粗糙度应符合GB6060.1-85，本船尾轴架铸造面表面粗糙度Ra≤12.5μm，轴毂表面粗糙度 Ra≤6.3μm。

重量公差应符合GB/T11351-89，本船重量公差选取 MT 10级，公差数值为6%，上偏差为3%，下偏差为3%。

6.2 铸钢件无损检测

铸钢件应进行磁粉探伤检验和超声波探伤检测。

6.2.1 磁粉探伤检测

轴支架支臂、轴毂、支臂与轴毂结合处应做磁粉探伤检测，磁粉探伤验收标准见表4。

6.2.2 超声波探伤检测

铸钢件超声波探伤应在热处理后进行，若探伤发现缺陷须挖掉补焊，补焊区应在去应力处理后，再做探伤检查。

7 缺陷处理

（1）缺陷部位可用气割、气创、铲凿、打磨等方法予以清除，缺陷清除后无需焊补的部位，底部应打磨成圆弧，圆周部位应打磨成平滑过渡，不能有显著变化的部位。

（2）缺陷清除后凹坑深度使壁厚减薄到小于壁厚公差的下限时，应予以焊补，焊补部位应打磨整形适合焊补的形状。

（3）焊接用的焊条，应使用低氢焊条，焊条使用前应在300～350℃的烘箱内烘烤1小时以上，焊接金属的力学性能应不低于铸件的力学性能。

表4 磁粉探伤验收标准

（4）焊补坡口区及周围约20mm范围内，应彻底清除油脂、水分、锈斑及其他杂物。坡口根部的裂纹性缺陷应彻底清除。

（5）焊后热处理应在炉内进行，加热温度550～650℃，保温时间不小于30分钟，然后缓慢冷却。

（6）焊补后应打磨处理，其表面粗糙度Ra≤12.5，并且采用超声波探伤检测，以确认其完好性。