Медные сплавы в судостроении: гребные винты и трубы для морской воды

Почему на кораблях до сих пор используются медные сплавы

Медь не просто устойчива к коррозии в морской воде; Ионы меди, которые медленно проникают в водную пленку, оказывают бактерицидное и противообрастающее действие, предотвращая рост морской среды на смоченных поверхностях. Эта единственная особенность объясняет, почему медные сплавы удерживают свое место в судостроении уже более столетия и почему количество сплавов, используемых в современных судах, продолжает расти. Типичное коммерческое судно использует около двадцати различных медных сплавов: от отливок гребных винтов из алюминиевой бронзы до медно-никелевых трубок теплообменника и латунной отделки клапанов.

Выбор всегда представляет собой баланс трех факторов: коррозионная стойкость в конкретном водно-химическом составе, механическая прочность на требуемом участке и условия эрозии или кавитации в этой точке машиностроительного завода. Для покупателя это означает, что спецификация материала должна быть привязана к скорости потока, температуре и наличию песка или пузырьков воздуха, а не только к названию сплава.

Гребные винты и компоненты руля направления

Материалами гребных винтов могут быть медные сплавы, титановые сплавы или литые стали, но большинство коммерческих гребных винтов отливаются из медных сплавов, поскольку они сочетают в себе прочность, коррозионную стойкость и легкий ремонт сваркой. Марганцевая бронза, никель-алюминиевая бронза и алюминиевая бронза с высоким содержанием марганца являются обычными семействами, и сплав заказывается по утвержденному классу чертежу с испытательными полосами для испытаний на растяжение, проверкой твердости и контрольной дефектоскопией или ультразвуковым контролем секций лопатки и ступицы.

Никель-алюминиевая бронза используется для тяжелонагруженных лопастей и ступиц гребных винтов, поскольку она лучше противостоит кавитационным повреждениям и эрозии, чем марганцевая бронза. Марки марганцовистой латуни с алюминием и железом используются для лопастей,-меньших напряжений, а также для вкладышей вала, щелевых колец и втулок руля направления, где их подшипниковые свойства снижают риск заедания вала из нержавеющей стали.

Конденсаторы и теплообменники

Охлаждающее оборудование составляет значительную часть системы забортной воды, и в ней доминируют трубы из медного сплава. Марки медно-никелевого сплава, такие как сплав меди-никеля-железа 90/10, покрытый стандартом ASTM B111, являются стандартом для главных конденсаторов и теплообменников, охлаждаемых морской водой-, а марка 70/30 используется там, где более высокая скорость и более высокая температура требуют большей устойчивости к эрозионной-коррозии. Латунная трубка из мышьяковистого олова также была рабочей лошадкой для конденсаторов и до сих пор используется на малых и средних предприятиях.

Трубы поставляются в отожженном состоянии для гибки, с вихретоковым-контролем по всей длине, гидростатическими или пневматическими испытаниями, а также часто в виде U-изогнутых пучков для перетрубки. Отверстия в трубных пластинах, раскатка и последующая сварка концов труб-все зависят от допусков на размеры трубы, поэтому пределы толщины стенки и овальности так же важны для верфи, как и сам сплав.

Системы трубопроводов для морской воды, клапаны и насосы

Система трубопроводов морской воды обеспечивает охлаждение, пожаротушение, балластные и вспомогательные услуги, а ее коррозионное поведение зависит от выбора сплава, скорости потока и отсутствия застойных карманов. Медно--никелевые трубы и фитинги являются лучшим выбором для магистральных трубопроводов морской воды, поскольку этот сплав выдерживает умеренное содержание песка и образует стабильную пленку; алюминиевая латунь и никель-алюминиевая бронза используются для изготовления клапанов, сетчатых фильтров и корпусов насосов; отливки из бронзы и оловянной бронзы служат для фитингов с меньшими-нагрузками, а также для компонентов, которые необходимо легко обрабатывать и быстро ремонтировать.

Сохраняйте расчетную скорость умеренной: примерно от 2 до 3 м/с для медно-никелевых линий 90/10-и примерно до 4 м/с для марки 70/30, с более низкими значениями, когда вода переносит песок.

Избегайте очень крутых поворотов и резких спусков, которые создают локальную турбулентность и эрозионную-коррозию в месте столкновения.

Защищает от гальванического воздействия в местах соединения медных сплавов со сталью или алюминием; используйте изолирующие секции и устанавливайте расходуемые аноды в танках и морских кингстонах.

Не допускайте застоя во время остановки, поскольку застойная вода,-богатая сульфидами, может разрушить защитную пленку и вызвать точечную коррозию.

Заказ, проверка и доставка судовых сплавов

Заказы на судостроение-тяжелы по своей природе. Типичный пакет включает чертеж-утвержденного класса, сертификат материала в соответствии с EN 10204 типа 3.1 с номером плавки, химический анализ каждой плавки, результаты на растяжение и твердость, отчет о вихретоковых испытаниях-трубы, отчет о гидростатических или пневматических испытаниях, а также записи размеров шага, толщины лопасти или стенки трубы. Не-неразрушающий контроль с помощью пенетранта или ультразвука является нормальным для отливок, которые выдерживают нагрузку или выдерживают давление.

Для экспортных поставок практическими мерами контроля являются отслеживание плавки, фиксированная спецификация сплава, а не торговое наименование, и отчет о размерах, который может проверить инспектор класса. Если на верфи производится замена трубок существующего конденсатора, заменяемые трубы подбираются в соответствии с исходным сплавом и размерами, так что существующие трубные решетки и компенсаторы остаются в силе, что делает целесообразным получить полную информацию о размерах снятой трубки до размещения заказа.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Почему для систем морской воды медные сплавы предпочтительнее стали?

Ответ: Медь образует стабильную защитную пленку в морской воде, а ионы меди, попадающие в водную пленку, подавляют рост морской среды на смоченных поверхностях. Этот противообрастающий эффект плюс предсказуемая скорость коррозии делают медные сплавы экономичными, несмотря на более высокую стоимость металла.

Вопрос: Какой сплав является стандартным для трубок конденсатора?

A: Сплав меди-никеля-железа 90/10 по стандарту ASTM B111 является стандартом для большинства конденсаторов и охладителей морской воды, сплав меди-никеля 70/30 – для работы на более высоких скоростях или при более высоких температурах, а латунь с мышьяковистым оловом – для небольших предприятий.

Вопрос: Какие ограничения скорости применяются к медно-никелевым трубопроводам для морской воды?

О: Расчетная скорость обычно поддерживается на уровне от 2 до 3 м/с для медно-никелевого сплава 90/10-и примерно до 4 м/с для сплава 70/30, с более низкими пределами, когда морская вода переносит взвешенный песок, который ускоряет эрозионную-коррозию.

Вопрос: Как проверяются заказы на трубы и отливки?

А: Трубу проверяют по всей длине вихревым током, гидростатически или пневматически испытывают и записывают размеры; отливки проходят термический анализ, испытание на растяжение, твердость и не-неразрушающий контроль нагруженных секций с сертификатами соответствия EN 10204 тип 3.1.

Вопрос: Можно ли соединить компоненты из медного сплава и стали непосредственно на корабле?

Ответ: Прямое соединение в морской воде создает гальваническую атаку на менее благородный металл. Практическими решениями являются изолирующие прокладки или втулки, защитное покрытие на стали и расходуемые аноды, размер которых соответствует смачиваемой зоне узла.

Вопрос: Что вызывает преждевременный выход из строя компонентов из медного сплава морской воды?

О: Обычными причинами являются чрезмерная скорость потока, турбулентный поток на изгибах и в точках столкновения, застойная сульфидная-содержащая вода во время стоянки-и коррозия, вызванная паразитным током из-за ненадлежащего электрического соединения корпуса и механизмов.