ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΚΑΝΟΝΙΣΜΩΝ ΝΗΟΓΝΩΜΟΝΩΝ Ενότητα 03: Ναυπηγικά υλικά & συγκολλήσεις Α. Θεοδουλίδης
Χρησιμοποιούμενα υλικά για την κατασκευή της γάστρας Κοινός ναυπηγικός χάλυβας. Χάλυβες υψηλής αντοχής. Ειδικά κράματα αλουμινίου. Κράματα χαλκού Άλλα υλικά. 2
Μηχανικές ιδιότητες και τυπική συμπεριφορά μεταλλικών κραμάτων stress (Mpa) σσ mm σσ ff σσ yy B c D A εε yy strain Α: Οριο γραμμικότητας, Β: Όριο διαρροής, C: Όριο αντοχής, D: Σημείο Αστοχίας εε ff 3
Απομάκρυνση αερίων από το χάλυβα Κατά την παρασκευή του χάλυβα παράγονται στο εσωτερικό του αέρια τα οποία μπορούν να δημιουργήσουν φυσαλίδες κατά την στερεοποίηση του χάλυβα. Για την απομάκρυνση των αερίων, χρησιμοποιείται η προσθήκη ειδικών μεταλλικών στοιχείων σε συνδυασμό με άλλες τεχνικές. Ανάλογα με το βαθμό απομάκρυνσης των αερίων οι χάλυβες διακρίνονται στις ακόλουθες κατηγορίες: Μη-ησυχασμένοι χάλυβες(rimmed steels) Ημι-ησυχασμένος χάλυβας (Semi-killed steels) Hσυχασμένος χάλυβας (Killed steels)
Απομάκρυνση αερίων από το χάλυβα Μη ησυχασμένοι χάλυβες - (Rimmed steels) Στην κατηγορία αυτή των χαλύβων ανήκουν οι χάλυβες στους οποίους δεν προστίθεται καμία ουσία (ή προστίθεται σε ελάχιστη ποσότητα) για την απομάκρυνση το μονοξειδίου του άνθρακα, με αποτέλεσμα κατά τη στερεοποίηση στην εξωτερική επιφάνεια να εμφανίζονται οπές λόγω των φυσαλίδων. Οι οπές αυτές στη συνέχεια αποκαθίστανται με θερμομηχανική διαδικασία (hot rolling). Στην περίπτωση αυτών των χαλύβων, επίσης επηρεάζεται η ομοιογένεια του κράματος με αποτέλεσμα να έχουμε μεγαλύτερη περιεκτικότητα σιδήρου στην εξωτερική επιφάνεια και παρουσία φωσφόρου και θείου στο εσωτερικό. Για το λόγο αυτό οι χάλυβες αυτοί προσφέρονται κυρίως για εν-ψυχρώ διαμόρφωση (cold forming) παρά για θερμικές κατεργασίες.
Απομάκρυνση αερίων από το χάλυβα Ημι-ησυχασμένος χάλυβας (Semi-killed steels) Στους χάλυβες αυτούς έχει γίνει μερική απομάκρυνση του μονοξειδίου του άνθρακα. Η περιεκτικότητα σε άνθρακα κυμαίνεται από 0,15% έως 2.0%. Έχουν καλή επιφανειακή δομή. Προορίζονται για γενικές εφαρμογές.
Απομάκρυνση αερίων από το χάλυβα Hσυχασμένος χάλυβας (Κilled steels) Στους χάλυβες αυτούς έχει γίνει πλήρης απομάκρυνση του μονοξειδίου του άνθρακα με χρήση καταλλήλων προσθηκών οι οποίες περιορίζουν την έκκληση αερίων. Η δομή τους είναι ομοιογενής και χωρίς πόρους, τόσο στην επιφάνεια όσο και στο εσωτερικό.
Κοινός ναυπηγικός χάλυβας Χημική σύσταση
Κοινός ναυπηγικός χάλυβας Μηχανικές ιδιότητες Δοκίμιο εφελκυσμού ελάσματος Δοκίμιο εφελκυσμού χυτοχαλύβων Δοκίμιο κρούσης
Χάλυβες υψηλής αντοχής Χημική σύσταση
Χάλυβες υψηλής αντοχής Χημική σύσταση Η ισοδύναμη περιεκτικότητα σε άνθρακα που υπολογίζεται από την κάτωθι σχέση: δεν πρέπει να υπερβαίνει προκαθορισμένες τιμές, όπως φαίνεται στον πίνακα
Χάλυβες υψηλής αντοχής Μηχανικές ιδιότητες
Χάλυβες υψηλής αντοχής Ενδεικνυόμενη χρήση
Χυτοχάλυβες (castings) Χημική σύσταση
Χυτοχάλυβες (castings) Μηχανικές ιδιότητες
Χυτοχάλυβες (castings) Τυπικά στοιχεία
Χυτοχάλυβες (castings) Τυπικά στοιχεία
Χρήση χαλύβων στη ναυπήγηση πλοίων
Χάλυβες Επίδραση άνθρακα
Χάλυβες Επίδραση άνθρακα
Χάλυβες Επίδραση χρωμίου
Χάλυβες Επίδραση πυριτίου
Επίδραση ταχύτητας ψύξης στη μικροδομή
Μικροδομή χαλύβων Βελονοειδής μαρτενσίτης Περλίτης Φερρίτης
Ανοξείδωτοι χάλυβες Παρασκευή Έχουν αναπτυχθεί πολλά είδη ανοξείδωτου χάλυβα για να αντιστέκονται στη διάβρωση σε διαφορετικά περιβάλλοντα και συνθήκες εργασίας, διασφαλίζοντας την ασφάλεια, την υγιεινή και την ολκιμότητα. Oι ανοξείδωτοι χάλυβες είναι κράματα που περιέχουν χρώμιο. Η ελάχιστη περιεκτικότητα σε χρώμιο των τυποποιημένων ανοξείδωτων χαλύβων είναι 10,5%. Το χρώμιο κάνει το χάλυβα ανοξείδωτο, αυτό σημαίνει ότι ο χάλυβας έχει βελτιωμένη αντοχή στη διάβρωση. Η καλύτερη αντοχή στη διάβρωση οφείλεται σε μια μεμβράνη οξειδίου του χρωμίου που σχηματίζεται στην επιφάνεια του χάλυβα. Αυτό το εξαιρετικά λεπτό στρώμα, υπό τις σωστές συνθήκες, είναι επίσης αυτοεπισκευαζόμενο. Άλλα χαρακτηριστικά στοιχεία κράματος είναι το μολυβδαίνιο, το νικέλιο και το άζωτο. Το νικέλιο χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον για τη βελτίωση της εξελασιμότητας και ολκιμότητας του ανοξείδωτου χάλυβα.
Ανοξείδωτοι χάλυβες Χημική σύσταση
Ανοξείδωτοι χάλυβες Μηχανικές ιδιότητες
Ωστενιτικοί Ανοξείδωτοι χάλυβες Ωστενιτικοί ή 300 σειρά, από ανοξείδωτο χάλυβα αποτελούν πάνω από το 70% της συνολικής παραγωγής ανοξείδωτου χάλυβα. Περιέχουν κατ' ανώτατο όριο 0,15% άνθρακα, ελάχιστο 16% σε χρώμιο και έχουν περιεκτικότητα σε νικέλιο τουλάχιστον 7%, γεγονός που καθιστά τη δομή χάλυβα πλήρως ωστενιτική και δίνει ολκιμότητα, μη-μαγνητικές ιδιότητες και καλή συγκολλησιμότητα. Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες με χαμηλό άνθρακα, για παράδειγμα, 316L ή 304L, χρησιμοποιούνται για να μειωθεί το πρόβλημα διάβρωσης που προκαλείται από τη συγκόλληση. To "L" σημαίνει ότι η περιεκτικότητα σε άνθρακα του ανοξείδωτου χάλυβα είναι κάτω του 0,03%, αυτό θα μειώσει την ευαισθητοποίηση, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας που παράγεται από τη λειτουργία συγκόλλησης.
Ανοξείδωτοι χάλυβες Duplex Αποτελεί τη νέα γενιά χαλύβων. Προκύπτουν από πρόσμιξη σε κατάλληλη αναλογία ωστενιτικών και φεριτικών χαλύβων, υπο ελεγχόμενες συνθήκες. Το πλεονέκτημά τους σε σχέση με τους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες είναι η υψηλότερη αντοχή. Παρέχουν υψηλώτερη αντοχή σε διάβρωση λόγω αυξημένων τάσεων (stress corrosion).
Z-grade steels Υφίστανται ειδική κατεργασία έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η ισοτροπική τους συμπεριφορά. Χρησιμοποιούνται σε ειδικές εφαρμογές όπου απαιτείται καλή συμπεριφορά και κατά το πάχος του χάλυβα (δηλ. κυρίως σε μεγάλα πάχη). Συμβολίζονται με την προσθήκη του γράμματος Ζ μετά τη συνήθη ονομασία. (π.χ. ΕΗ36Ζ).
TMCP steels (Thermo-Mechanically Controlled Processed) Υφίστανται ειδική θερμο-μηχανική κατεργασία (controlled rolling) κατά την ψύξη. Έχουν υψηλώτερη αντοχή από τους αντίστοιχους συνήθεις χάλυβες. Παρουσιάζουν καλύτερη συμπεριφορά σε συγκολησιμότητα (weldability).
Κράματα Χαλκού Χημική σύσταση
Κράματα Χαλκού Μηχανικές ιδιότητες
Κράματα Αλουμινίου Χημική σύσταση
Κράματα Αλουμινίου Μηχανικές ιδιότητες
Κράματα Αλουμινίου Μηχανικές ιδιότητες
Συγκολλήσεις Οι Κανονισμοί περιλαμβάνουν απαιτήσεις για: Την πιστοποίηση των συγκολλητών Την πιστοποίηση των αναλωσίμων (ηλεκτρόδια) Το είδος και τη διαστασιολόγηση των συγκολλήσεων Τον μη-καταστροφικό έλεγχο των συγκολλήσεων
Είδη συγκολλήσεων Fillet weld Partial Penetration Weld Full penetration welds Butt Welds Intermittent Welds
Continuous fillet welds Περιοχές υποχρωτικής εφαρμογής Connection of the web to the face plate for all members. All fillet welds where higher strength steel is used. Boundaries of weathertight decks and erections, including hatch coamings, companionways and other openings. Boundaries of tanks and watertight compartments. All structures inside tanks and cargo holds. Stiffeners and primary supporting members at tank boundaries. All structures in the aft peak and stiffeners and primary supporting members of the aft peak bulkhead. All structures in the fore peak. Welding in way of all end connections of stiffeners and primary supporting members, including end brackets, lugs, scallops, and at orthogonal connections with other members. All lap welds in the main hull. Primary supporting members and stiffener members to bottom shell in the 0.3 L forward region. Flat bar longitudinals to plating. The attachment of minor fittings to higher strength steel plating and other connections or attachments. Pillars to heads and heels. Hatch coaming stay webs to deck plating. Όπου δεν απαιτείται διπλή συνεχής συγκόλληση μπορεί να χρησιμοποιηθεί διακοπτόμενη συγκόλληση
Full penetration welds Περιοχές υποχρωτικής εφαρμογής Floors to hopper/inner bottom plating in way of radiused hopper knuckle. Radiused hatch coaming plate at corners to deck. Connection of vertical corrugated bulkhead to the lower hopper plate and to the inner bottom plate within the cargo hold region, when the vertical corrugated bulkhead is arranged without a lower stool. Connection of structural elements in the double bottom in line with corrugated bulkhead flanges to the inner bottom plate, when the vertical corrugated bulkhead is arranged without a lower stool. Connection of vertical corrugated bulkhead to the lower hopper plate, and connection of structural elements in the lower hopper area in line with corrugated bulkhead flanges to the lower hopper plate, where connections are clear of lower stools. Connection of vertical corrugated bulkhead to top plating of lower stool. Corrugated bulkhead lower stool side plating to lower stool top plate. Corrugated bulkhead lower stool side plating to inner bottom. Edge reinforcement or pipe penetration both to strength deck, sheer strake and bottom plating within 0.6 L amidships, when the dimensions of the opening exceeds 300 mm. Abutting plate panels with as-built thickness less than or equal to 12 mm, forming outer shell boundaries below the scantling draught, including but not limited to: sea chests, rudder trunks, and portions of transom. For as-built thickness greater than 12 mm, partial penetration. Crane pedestals and associated bracketing and support structure. For toe connections of longitudinal hatch coaming end bracket to the deck plating, full penetration weld for a distance of 0.15 Hc from toe of side coaming termination bracket is required, where Hc is the hatch coaming height. Rudder horns and shaft brackets to shell structure. Thick flanges of long transverse web frames to side web frames. Thick flanges of long longitudinal girder to bulkhead web frames.
Partial penetration welds Περιοχές υποχρωτικής εφαρμογής a) Connection of hopper sloping plate to longitudinal bulkhead (inner hull). b) Longitudinal/transverse bulkhead primary supporting member end connections to the double bottom. c) Corrugated bulkhead lower stool supporting floors to inner bottom. d) Corrugated bulkhead gusset and shedder plates. e) Lower 15% of the length of built-up corrugation of vertical corrugated bulkheads. f) Structural elements in double bottom below bulkhead primary supporting members and stool plates. g) Lower hopper plate to inner bottom. h) Horizontal stringers on bulkheads in way of their bracket toe and the heel.
Full/partial penetration welds Περιοχές υποχρωτικής εφαρμογής
Διαστασιολόγηση συγκολλήσεων Throat thickness and weld leg Ισαπόσταση και μήκος διακοπτόμενης συγκόλλησης
Διαστασιολόγηση συγκολλήσεων Το μέγεθος (leg length) της συγκόλλησης θα πρέπει να είναι το μεγαλύτερο από τις τρεις ακόλουθες περιπτώσεις:
Διαστασιολόγηση συγκολλήσεων
Διαστασιολόγηση συγκολλήσεων (Table 2 (συνέχεια)
Διαστασιολόγηση συγκολλήσεων
Βιβλιογραφία 1. Lloyd s Register of Shipping, Rules for the Manufacture Testing and Certification of Materials, 2017 2. Μάμαλης, Α. Γ., «Τεχνολογία των κατεργασιών των υλικών: Μεταλλικά Τεχνικά Υλικά», Αθήνα 1997. 3. IACS Common Structural Rules for Oil Tankers and Bulk Carriers, 2018.