Из чего делают суда

Обновлено: 25.04.2024

Предприниматель из Новосибирска, решивший превратить хобби в успешный бизнес, и государственная корпорация, открывшая для себя новое направление работы. Что их связывает? В обоих случаях речь идет о применении в судостроении перспективных материалов – полимерных композитов.

Когда-то СССР был одним из лидеров мирового судостроения, причем не только традиционного, но и инновационного: советские конструкторы шли в ногу, а иногда вовсе опережали конкурентов. Теперь многое приходится восстанавливать. Однако интерес к современным технологиям растет как у крупных игроков, создающих большие военные и гражданские корабли, так и у новичков, специализирующихся на малых катерах и лодках.

Бизнес как увлечение

Новосибирец Владислав Матюшин много лет увлекается рыбалкой. «Раньше у меня был 6-метровый катер из фанеры. Классика жанра, но я с ним намучался. Где-нибудь стукнешь, не увидишь камень, все – корпус поврежден, – говорит он. – Решил сделать идеальную лодку, такую, что подойдет именно мне. Выбрал в качестве основного материала полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). - Я занимаюсь полимерами с 2000-х: переработкой вторсырья, литьем изделий. Так что тема не была новой.

Почти все в его лодке сделано из пластика. Чтобы уменьшить число швов на корпусе, сначала листы полиэтилена сворачивают в трубы и сваривают между собой, затем по чертежам вырезают на станке детали. Для усиления транца (плоского среза кормовой части) и для настила используется фанера. Производство таких лодок – это новый бизнес Владислава Матюшина. «По весу они разные: от 60 до 600 кг. Вместимость может достигать шести человек», – говорит он.

Одно из преимуществ пластиковых катеров и лодок – они лучше скользят по воде. Имея малый коэффициент трения, легко передвигаются по мелководью и травяным зарослям, хорошо маневрируют. Кроме того, если с дерева тину приходится счищать щеткой, то полиэтиленовые борта достаточно протереть тряпкой.

ПЭВП имеет ряд свойств, которые объясняют его широкий диапазон применения. Например, устойчивость к окислителям, усадке при нагреве и охлаждении. Не нужны какие-либо особо сложные условия хранения, а покраска – только декоративная.

«Наши лодки предназначены для охоты, рыбалки, отдыха и путешествий, – говорит Владислав Матюшин. – Например, есть катер, изготовленный специально для горных рек – ему не страшны камни, а винт спрятан «внутрь», чтобы его было сложно погнуть».

Жизнестойкость подтверждена испытаниями. «При температуре –27 °С мы брали кусок полиэтилена, гнули его, ходили по нему, но он все равно сохранял форму. Цепляли лодку к машине и катали по снежному насту – ничего не происходило. Если вы что-то подобное сотворите с алюминиевой или деревянной лодкой, то придется ее чинить или выкидывать», – говорит предприниматель.

От самолета до корабля

Полимеры и полимерные композиты в судостроении часто называют материалами XXI века. Но в действительности их начали активно использовать еще в середине прошлого столетия, примерно тогда же, когда в авиации. Хотя в последнем случае процесс шел быстрее: вес авиалайнера имеет кратно большее значение, в небе борьба идет буквально за каждый грамм. Замена традиционных материалов (там, где это возможно) на пластики и композиты позволяет снизить расход топлива, увеличить дальность полета и грузоподъемность.

Из пластиков и композитов делают не только суда индивидуального использования (рыбацкие лодки, яхты, байдарки и т. д.), но и детали больших кораблей, например надстройки. Это конструкции, находящиеся выше верхней палубы (как правило, в них располагаются каюты, а в надстройках боевых судов – различные виды вооружений).

«Башни артиллерийских установок размещаются непосредственно на палубе и закрываются вместе со стволами стеклопластиковыми панелями. Стволы орудий находятся внутри стеклопластикового короба и выдвигаются только на период стрельб. В отдельных блоках, являющихся частью надстройки корабля, располагается радиолокационное оборудование, и использование ПКМ (полимерных композиционных материалов. – Прим. ред.) при их изготовлении обеспечивает полную интеграцию всех антенн систем радиолокации и связи», – приводит примеры Владимир Нелюб, директор межотраслевого инжинирингового центра «Композиты России» МГТУ им Н.Э. Баумана в своей статье о применении ПКМ в судостроении.

Как и в случае с авиацией, главное достоинство новых материалов здесь – малый вес при сопоставимых с конкурентами показателях прочности. Наиболее важно это качество для больших судов и военных кораблей, поэтому изначально полимеры и ПКМ использовались именно здесь. То, что процесс дошел до «индивидуального» сегмента – свидетельство его масштаба.

Во многом ускорил внедрение полимеров и ПКМ в судостроении Фолклендский конфликт 1982 года между Великобританией и Аргентиной. Он показал, что корабли, корпуса которых изготовлены из новых материалов, существенно менее уязвимы для противника. Они имеют низкое инфракрасное и оптическое излучение и поэтому остаются незамеченными противником. «Такие решения получили название Stealth-технологии», – отмечает Владимир Нелюб.

В нашей стране первые корабельные надстройки из ПКМ начали устанавливать не на боевых, а на научно-исследовательских кораблях, например на судне «Изумруд». Его построили, в том числе, для испытания новых материалов в различных условиях – «Изумруд» ходил в полугодовые рейсы в тропики.

Выбираем российское?

Ускорил внедрение полимеров и полимерных композитов в судостроении Фолклендский конфликт 1982 года между Великобританией и Аргентиной

В апреле на Средне-Невском судостроительном заводе (входит в состав ОСК) торжественно спустили на воду тральщик «Иван Антонов» с корпусом из монолитного стеклопластика – третий корабль проекта 12700 «Александрит». Такие суда должны составить основу минно-тральных сил всех флотов. «Они стали первой крупной серией для корабелов», – заявил президент ОСК Алексей Рахманов. Он подчеркнул, что выполнение разовых заказов увеличивает риски для экономики заводов и российские кораблестроители сегодня как никогда нуждаются в серийном строительстве. Но пока даже для лидеров отрасли это скорее исключение, чем правило.

Еще одна проблема – доступ к качественному сырью. В России есть несколько производителей, выпускающих стекловолокно, например «Стеклонит» или UMATEX Group (входит в госкорпорацию «Росатом»), и есть несколько иностранных компаний, поставляющих свою продукцию.

«По углетканям ситуация сложнее. Они используются преимущественно в военных проектах. Раньше ткани были исключительно иностранными. В прошлом году у нас началось производство углеродного волокна на современном заводе в Елабуге. Но нужно время, чтобы провести испытания, получить сертификаты, которые позволяли бы использовать наш материал при изготовлении судов», – говорит Виктор Малецкий, эксперт по текстильным структурам UMATEX Group. Этот этап займет год-два, его еще только предстоит пережить.

Также необходимы качественные связующие материалы. Обычно в большинстве отраслей промышленности для создания композитных деталей используются в первую очередь эпоксидные смолы. «Но мы выпускаем углеродное волокно с замасливателем. Это как грунт для краски. В прошлом году был разработан замасливатель для винилэфирных смол, которые применяются в судостроении. У них есть ряд преимуществ по сравнению с эпоксидными: они немножко дешевле, лучше устойчивы к воздействию воды. Чем больше размер корабля, тем выше расход связующего. Этот вопрос очень важен», – отмечает Виктор Малецкий.

Дефицит импортного сырья может стать огромной проблемой. Он приводит в качестве примера авиастроение. В отрасли раньше использовались материалы иностранного производителя, преимущественно компании Porcher. Но после начала санкционной кампании стран Запада поставки необходимого сырья в Россию прекратились, а замены ему на рынке не было. Отрасль оказалась на грани кризиса. В судостроении проблемы те же, хотя, учитывая объемы потребления, вопрос пока так остро не стоит.

«Но может оказаться так, что завтра вы придете на работу делать свою лодку, а делать будет не из чего. Не потому, что не смогли купить, а потому, что не продают. Это очень неприятная ситуация. Решить ее может только импортозамещение – это не лозунг, а реальность. И в этом смысле санкции нам, можно сказать, помогают», – говорит Виктор Малецкий.

От Северной Европы до Дальнего Востока

Когда-то корабли делали только из дерева. Потом в судостроении наступил «железный век». Сегодня сложно сказать, что какой-то один материал доминирует – есть нюансы, влияющие на возможность использования того или иного решения.

«Например, стальные судна небольшого размера, до 15 м в длину, будут очень тяжелыми. По своим характеристикам они сильно проигрывают композитным», – говорит Владимир Чулков, технический директор компании «Псковская лодочная верфь». По своим характеристикам наиболее близок к ПКМ алюминиевый сплав. Но судно из такого материала, как правило, стоит дороже, поскольку оно более трудоемкое в производстве. «Кроме того, композит позволяет воспроизводить сложнейшие формы всех корпусов или рубок. Из алюминия или стали зачастую невозможно делать такие формы», – говорит Владимир Чулков.

Процесс производства выглядит следующим образом. Сначала делают матрицу – форму будущего изделия. Это самый сложный этап: матрица должна быть предельно точной, она будет использоваться многократно. В форму (кстати, тоже композитную) укладывается стеклоткань и пропитывается полиэфирной смолой с отвердителями. Можно использовать углеволокно, но оно стоит в 15–20 раз дороже. «Этот материал применяется только там, где, помимо большой прочности, нужна высокая жесткость, в некоторых деталях надстроек, например», – говорит Виктор Малецкий.

Когда все застынет, деталь готова. Ее свойства во многом зависят от качества несущего материала. Правильный корпус должен состоять из стекло- или углепластика, но некоторые производители для снижения цены внедряют в состав МДФ (материал из древесной стружки). Это приводит к сокращению времени службы, а правильные суда могут эксплуатироваться 50 лет и более.

Формовка происходит послойно, предыдущие слои нужно тщательно зашкурить перед следующим этапом. К сожалению, нарушение технологии выявить сложно – только инструментальными методами, ни осмотр, ни простукивание не помогут.

Конструкции крупногабаритных панелей чаще всего делают трехслойными: два тонких несущих слоя и сотовый заполнитель (например, пенополистирол). В состав «начинки» могут вводиться различные наполнители (от каучука до графита), что позволяет на выходе получать материалы с разными характеристиками (например, акустическими или теплоизоляционными).

Области применения новых материалов в судостроении самые разные. «Например, в 2000-х была разработала технология металлокомпозита для изготовления надстроек скоростных катамаранов. Она позволила получить легкие и прочные конструкции, близкие к качествам авиационного фюзеляжа, но при этом дешевые. Была такая обширная программа при московском мэре Юрии Лужкове: планировалась постройка порядка 50 судов. В итоге был построен, правда, только опытный образец, но он находится в эксплуатации до сих пор и очень хорошо себя показал», – говорит Михаил Франц.

Сейчас в работе инжинирингового центра «Композиты России» и компании «Нептун-Судомонтаж» новый проект, связанный с созданием скоростных судов для рек Сибири и Дальнего Востока. Не секрет, что в России целый ряд удаленных районов имеют надежную связь с Большой землей только в период навигации.

Между тем условия эксплуатации на боковых и малых реках Сибири и Дальнего Востока являются сложными: габариты судового хода имеют глубину до 1,25 м, ширину – до 29 м. К этому можно добавить большое количество перекатов, существенные колебания уровней воды на разных участках, высокие скорости течения. Таких кораблей чрезвычайно мало.

Именно для этих условий прорабатывается проект скоростного катамарана – однопалубного двухкорпусного судна с кормовым расположением машинного отделения. Строить корабль предлагается из высокопрочных сталей (корпус) и полимерных композитов (все верхние строения). В качестве примера такого сочетания могут служить конструкции скоростных судов датской верфи Danish Yachts, в которых наряду с металлом широко применяется углепластик.

Все такие разные

Специалисты говорят, что суда, выполненные из разных материалов, отличаются друг от друга поведением на воде. Толщина борта из алюминия, как правило, тоньше, чем у пластика. Для судна малого размера это существенный фактор: управлять им, скорее всего, будет проще. Плюс ко всему производитель всегда говорит о том, какой мотор можно установить на конкретную лодку.

«В случае с небольшой лодкой привыкнуть к нюансам можно за несколько часов. Другое дело, если человек решил приобрести 15-метровый катер – тут, конечно, нужна тренировка. Не говоря уже о более серьезных судах», – говорит Артем Михайлов, преподаватель Центра морского права и владелец мастерской «Водомоторник».

Лодки и корабли из ПКМ, как правило, более ремонтопригодны, чем их аналоги. Но важно следовать рекомендациям производителя даже в том случае, если у вас совсем маленькая лодка. Понятно, что чем больше и дороже судно само по себе, тем больше внимания обычно уделяют его обслуживанию.

«Бывает, особенно у нас в России, что люди не особо следят за технической составляющей. В итоге может случиться все что угодно вплоть до того, что лодки разваливаются на ходу», – отмечает Артем Михайлов.

Кроме того, нужно грамотно подготовить судно к зимнему сезонному хранению. «Как минимум нужно укрыть ваше плавсредство от прямых солнечных лучшей, просушить. По опыту в 99% случаев неисправности возникают по вине владельца. Причем в основном именно из-за неправильного хранения, а не эксплуатации», – говорит Артем Михайлов. И это универсальный совет – один из немногих случаев, когда материал, из которого сделано судно, решающего значения вообще не имеет.

Специфической разновидностью ответственных отливок и поковок являются якоря и якорные цепи. Во время стоянки судна якорное устройство должно противостоять повышенным статическим и динамическим нагрузкам, вызывающим растяжение и изгиб его элементов. Тем не менее якоря делают из малоуглеродистых сталей, что объясняется простой и дешевой технологией изготовления. Прочность якоря обеспечивается качеством материала, а также увеличением размеров в опасных сечениях. Основным мотивом применения сравнительно малопрочной стали для якорей является нежелание создания аварийной ситуации для судна: при шквальном порыве ветра или другой кратковременной предельной нагрузке предпочтительно, потеряв якорь, спасти само судно. В истории современного мореплавания не единичны случаи гибели судов из-за чрезмерной прочности якоря или якорной цепи.

Якоря выполняют коваными (адмиралтейские) или составными из литых и кованых частей (якоря Холла и Матросова).

Соединения осуществляются механическим путем с помощью оси и 7 штыря, как показано на рис. 7.2, или горновой кузнечной сваркой.

Рис. 7.2. Якорь Холла 1 — якорная скоба; 2 — веретено; 3 — лапа; 4 — ось; 5 — штырь; 6 — марки

Марки стали якорей регламентированы ГОСТ 766—74Е (якоря Холла и адмиралтейские), ГОСТ 8497—78Е (якоря Матросова). Их количество исходя из вышеприведенных соображений весьма невелико и приведено в табл. 7.2.

Таблица 7.2. Стали для основных деталей якоря

Деталь якоря	Способ наготовления	Якорь Холла	Адмиралтейский якорь	Якорь Матросова	Однолапый якорь
Веретено	Ковка	ВСтЗсп2	—	—	—
	Литье	25Л	—	25Л	—
	Штамповка	—	—	20	—
Якорь (веретено с лапами)	Литье	—	25Л	—	25Л
Якорь (веретено с лапами)	Ковка	—	ВСтЗсп2	—	—
Лапа	Литье	25Л	—	25Л	—
Лапа	Ковка	—	—	ВСтЗсп2	—
Ось лапы (веретена)	Ковка	35; 45	—	—	—
Шток	Ковка	—	ВСтЗсп2; 20	—	ВСтЗсп2
Штырь лапы	Ковка	ВСт4сп; 20	—
Скоба	Ковка, штамповка	—	ВСтЗсп2; 20	—	ВСтЗсп2

Свойства литых деталей якорей Холла и Матросова проверяют в соответствии с требованиями к группе сложности IV отраслевого стандарта. Поковки для якорей контролируют в соответствии с категориями прочности КП20—КП28 в объеме, установленном для деталей группы IV. Литые детали и якоря в сборе испытывают также бросанием плашмя с высоты 2,5—4,5 м (в зависимости от массы) на стальную плиту толщиной 100 мм, а также растяжением на цепопробном стане. Каждый якорь и шток подлежат наружному осмотру, взвешиванию и проверке габаритных размеров.

Испытание растяжением на цепопробном стане производят по схеме рис. 7.3 приложением усилия, зависящего от веса якоря и определяемого по формуле Р = к √G, где G>75 кг — вес якоря, k=19÷26 — безразмерный коэффициент.

Рис. 7.3. Схема растяжения якоря на цепопробном стане

Якорные цепи выполняют из отдельных частей — смычек длиной 25—27,5 м. Каждая смычка состоит из звеньев с распорками (рис. 7.4, а) и без них (рис. 7.4,6). Для соединения с якорем служит концевая скоба (рис. 7.4,в), а для того чтобы цепь не перекручивалась, в нее введены вертлюги (рис. 7.4,г). Изготовляют цепи кузнечно-горновой сваркой, электросваркой, литьем и горячей штамповкой из углеродистой (в основном ВСт3) и легированной (в основном 30ГСЛ) сталей. Технологические процессы ковки, штамповки в экономическом плане и по возможности механизации уступают литью. Прочность сварных цепей уступает прочности цепей из литого металла: считается, что прочность сварного звена приблизительно равна 0,8 прочности звена литого. Поэтому предпочтительным и чаще применяемым способом является отливка звеньев цепи.

Рис. 7.4. Звенья якорной цепи: а — с распоркой; б — без распорки; в — концевая скоба; г — вертлюг d — калибр цепи

При постройке и ремонте судов применяют различные материалы: металлы, дерево, пластмассы и др., обладающие определенными химическими, физико-механическими и технологическими свойствами, которые учитывают «при постройке и ремонте судовые конструкций.

Каждая поставляемая на судостроительный и судоремонтный заводы партия материала обязательно сопровождается документом — сертификатом, в котором указаны все его качества; в лабораториях заводов материал проходит химические, механические и технологические испытания.

При назначении марок материала для изготовления какого-либо судового изделия (деталей корпусов, механизмов, оборудования) руководствуются действующими правилами Регистра, Государственными стандартами (ГОСТ), отраслевыми нормалями (ОСТ), в которых изложены основные требования, предъявляемые к изделиям в условиях эксплуатации судов.

Сталь. Основным материалом для постройки и ремонта судов служит углеродистая сталь, а для ряда морских и смешанного плавания («река — море») судов — низколегированные стали, обладающие повышенной прочностью и облегчающие массу корпуса. При изготовлении и ремонте корпусных конструкций судов используют только стали по ГОСТ 5521—67.

Судостроительные стали в зависимости от их основных характеристик и назначения изготовляют следующих марок:
углеродистая — С, ВМСт3сн (по ГОСТ 380—71);
низколегированная — 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1Д, 10ХСНД (по ГОСТ 5521—67).

Помимо стали ВМСт3сп, металлургические заводы поставляют стали марок: ВМСт3пс, ВМСт3кп, ВКСт3сп, ВКСт3пс, ВКСт3ки (ГОСТ 380—71).

Углеродистую сталь С применяют для постройки и ремонта морских судов; углеродистую сталь ВМСт3сп обыкновенного качества— судов внутреннего и смешанного («река — море») плавания.

Судостроительная сталь должна:
обладать некоторой устойчивостью против коррозии (в воде и на воздухе);
выдерживать обработку в горячем и холодном состояниях;
хорошо свариваться дуговой сваркой;
выдерживать загиб на 180° в холодном состоянии по оправке.

Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0,14—0,22%), серы и фосфора (не более 0,05% каждого). Сера придает металлу красноломкость, а фосфор — хладноломкость. При красноломкости металл трескается и ломается в нагретом состоянии; хладноломкость — способность металла снижать вязкость при пониженных температурах.

Низколегированные стали (вышеперечисленных марок) отличаются низким содержанием углерода (не более 0,12%); в стали добавляют легирующие элементы: кремний, марганец, хром, никель, медь.

Сталь (в соответствии с ГОСТ 5521—67) поставляют в виде листового и профильного проката; различают:
толстолистовую сталь (толщина листов 4—56 мм); тонколистовую сталь (толщина листов 0,9—3,9 мм);, фасонную (или профильную) сталь (рис. 4): равнобокий угольник, неравнобокий угольник, швеллер (корытный профиль), двутавр, углобульб, полособульб, симметричный полособульб, люковый сегментный (полукруглый), круглые профили.

В судостроении применяют и другие стали с особыми физическими или физико-механическими свойствами: ковкие стали — для изготовления мелких деталей, углеродистые и легированные — для судовых поковок, нержавеющие стали. Последние обладают высокой коррозионной устойчивостью, хорошо свариваются; из них изготовляют крылья для судов на подводных крыльях, облицовки гребных валов, лопатки турбин и др.; однако имеют повышенную стоимость, поэтому применение их ограниченное.

Алюминий. Он обладает высокой пластичностью, более высокой коррозионной стойкостью по сравнению со сплавами, созданными на его основе, но имеет низкие механические и литейные свойства, поэтому в судостроении его применяют в виде тонкой фольги, используемой в качестве теплоизоляционного материала.

Алюминиевые сплавы (в них входит 80—90% алюминия) делятся на две группы: обрабатываемые давлением и литейные.

Рис. 4. Профильный прокат:
1 — равнобокий угольник, 2 — неравнобокий угольник, 3 — швеллер, 4 — двутавр, 5 — углобульб, 6 — полособульб, 7 — симметричный полособульб, 8 — люковый профиль, 9— сегментный профиль, 10 — прутковая сталь

Алюминиевые сплавы, обрабатываемые давлением (деформируемые). Рассматриваемые сплавы бывают термически неупрочняемые и упрочняемые.

Термически неупрочняемые сплавы (по сравнению с упрочняемыми) обладают меньшей прочностью, но гораздо более высокой антикоррозионной стойкостью, повышенной пластичностью, хорошей свариваемостью.

К термическим неупрочняемым сплавам относятся: алюминиево-марганцевый и алюминиево-магниевый сплавы.

Алюминиево-марганцевый сплав АМц обладает низкой прочностью, имеет высокую антикоррозионную стойкость и большую пластичность в отожженном состоянии; хорошо сваривается; применяют для изготовления легких выгородок, баков для жидкостей (кроме щелочей и кислот), вентиляционных труб и др.

Алюминиево-магниевые сплавы АМг, АМг5, АМг5В, АМгб, АМг61 обладают высокими антикоррозионными свойствами; при содержании магния меньше 3% прочность их незначительна, при большем содержании магния (свыше 5,5%) прочность сплава увеличивается, но понижается сопротивление коррозии.

Сплавы АМг и АМг5 применяют для изготовления малонагруженных конструкций: легких переборок, трубопроводов, арматуры, бачков, а также для внутренней отделки судов; хорошо свариваются контактной и аргонно-дуговой сваркой, несколько хуже газовой. Из сплава АМг5 изготовляют заклепки.

Сплав АМг5В (средней прочности) наиболее коррозионноустойчив. Сплавы АМг5В, АМгб, АМг61 применяют для изготовления нагруженных прочностных конструкций корпусов судов; хорошо свариваются контактной и аргонно-дуговой сваркой.

К термически упрочняемым сплавам относятся алюминиево-медные сплавы и алюминиевые сплавы для ковки и штамповки.

Алюминиево-медные сплавы (дуралюмины) до изготовления корпусов судов обрабатывают, а затем закаляют в особых масляных ваннах с быстрым охлаждением; имеют прочность, равную прочности некоторых малоуглеродистых сталей. В состав дуралюминов, кроме меди, магния и кремния, упрочняющих сплавы, входит марганец, способствующий измельчению структуры металла. Серьезным недостатком этих сплавов является низкая их антикоррозионная стойкость.

Дуралюмин Д1 применяют для изготовления малонагруженных конструкций корпуса: настилов в корпусе, внутренней обшивки, трапов, дверей, стоек, судовой мебели, а сплав Д6 — для изготовления нагруженных конструкций: переборок, кронштейнов, раскосов. Из сплава Д16, обладающего высокой прочностью, изготовляют заклепки, обшивку и набор корпусов и конструкций.

Алюминиевые сплавы для ковки и штамповки в качестве основы имеют алюминиево-медные сплавы с добавкой легирующих элементов: магния, никеля, железа и кремния. В судостроении применяют сплав АК4, обладающий относительно высокой прочностью, используемый для изготовления несложных штамповок и поковок.

Алюминиевые литейные сплавы сохраняют свойства чистого алюминия с присадками (кремний, магний, медь и цинк), которые улучшают литейные свойства сплава, повышают прочность и твердость, но одновременно уменьшают его пластичность, антикоррозионную стойкость, тепло- и электропроводность.

Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) применяют при фасонном литье. Из сплава АЛ2 изготовляют арматуру, коробки, маховики, барашки, кронштейны и др.

Алюминиево-магниевые сплавы обладают по сравнению с силуминами более высокой антикоррозионной стойкостью и лучшими механическими свойствами.

Наибольшее применение получили сплавы АЛ8 (в закаленном состоянии), АЛ 13 и 45Мг2; из АЛ8 и АЛ 13 изготовляют детали арматуры масляных и топливных систем, вентиляции и дельных вещей; из сплава 45Мг2 —детали и изделия (трубопроводы пресной воды, масляные и топливные системы, судовые механизмы и оборудование, дельные вещи), работающие при высокой температуре, но не выше 100° С.

Основным преимуществом всех алюминиевых сплавов является их малая плотность (2,6—2,8 г/см 3 ), что в три раза меньше плотности судостроительной стали (7,85 г/см 3 ). Поэтому алюминиевые сплавы широко применяют для постройки судов облегченного типа (СПК, СВП, полуглиссеров), а также для изготовления надстроек крупных пассажирских судов.

Лесоматериалы. Все древесные породы делят на хвойные и лиственные. Из хвойных пород в судостроении применяют: сосну, ель, лиственницу, пихту и кедр. Из лиственных — березу, дуб, ясень и красное дерево.

Лесоматериалы применяют в виде бревен, брусьев, брусков, досок, фанеры, столярных и древеснослоистых плит.

Бревна и брусья используют для изготовления деталей, поддерживающих корпусные конструкции при сборке на стапеле и на сборочных площадках.

Из брусков изготовляют обрешетники, подножные решетки и другие судовые конструкции; из досок — переборки, настилы и др.

Фанеру используют для изоляции и декоративной отделки помещений; выпускают различных марок и типоразмеров толщиной от 0,8 до 16 мм; изготовляют из шпона (тонкий слой древесины толщиной 0,4—0,7 мм) различных пород дерева — березы, ореха, дуба и др.

Столярные плиты — это клееные щиты, основа (внутренняя часть) которых состоит из брусков дерева хвойных пород, соединенных между собой клеем или вшпунт, а рубашки (наружная часть) — из шпона или фанеры, наклеенных на основу. Из плит изготовляют крышки столов, боковые стенки и полки шкафов, панели и переборки судовых помещений.

Древеснослоистыё пластики (ДСП) изготовляют в виде плит из листов березового шпона, пропитанных фенолформальдегидными смолами и клеенных при высокой температуре (до 150° С) под давлением (до 300 кГс/см 2 ).

Для защиты древесины от загнивания и придания ей огнестойкости ее пропитывают специальными растворами — антисептиками и антипиренами.

В судостроении применяют материалы, получаемые на химических заводах при помощи синтеза различных органических веществ. В основном используют эластики и пластики (пластмассы).

Эластики обладают высокой эластичностью и сохраняют свою первоначальную форму после снятия усилий.

Пластмассы применяют для изготовления крупногабаритных конструкций, устанавливаемых на металлических корпусах: надстроек, рубок, капов и др., а также переборок и выгородок внутри корпуса. Применение синтетических материалов для изготовления судовых конструкций стало возможным в результате создания специальной группы пластмассовых материалов — стеклопластиков. Этот материал по сравнению с металлом и деревом обладает большой относительной прочностью, не магнитен, не корродирует, стоек против гниения, красится в процессе полимеризации и др.

Стеклопластик — материал сложной композиции, основными составляющими которого является связующее (смола с различными добавками), и армирующий материал. В качестве связующего для стеклопластиков используют ненасыщенные полиэфирные смолы холодного отверждения; армирующий материал — стекловолокнистые наполнители: стеклохолсты, стекложгут, стеклоткани разнообразного плетения. Тканевые материалы подразделяют на ткани из крученых и некрученых нитей (жгутовые ткани или стеклорогожки).

Плотность стеклопластиков зависит от материала и объема армирования и составляет 1,6—1,8 г/см 3 ; стеклопластики в 5 раз легче стали и в среднем примерно в 2 раза легче алюминиевых сплавов.

Чем больше в пластике содержится стекловолокна, тем он прочнее; содержание стекловолокна по массе; изменяется от 30 до 60%, а иногда до 70%, что соответствует 15—40% по объему. Разместить в пластике большее количество стекловолокна и тем самым повысить прочность материала не удается, так как при этом смола не будет надежно закрывать со всех сторон наполнитель.

Стеклопластик подвержен старению, и «прочностные показатели его снижаются как при продолжительном действии нагрузки, так и без нее. Снижение предела прочности только в результате старения составляет 10—20% за 10 лет.

При погружении стеклопластиков в морскую или речную воду прочность его снижается (особенно в первые 10 суток) примерно на 25—35%, а затем незначительно. Для уменьшения величины снижения предела прочности стеклопластика армирующий материал (стеклоткань) обрабатывают гидрофобноадгезионными составами, отталкивающими воду. Например, состав ГВС-9 снижает потери прочности до 10—12%, зависящие от марки смолы и стекловолокнистых наполнителей.

Стеклохолст — армирующий материал, обеспечивает наиболее равномерные (одинаковые по всем направлениям) прочностные свойства стеклопластика. Химически связанный стеклохолст представляет собой хаотически расположенное рубленое волокно, соединенное специальными эмульсиями; легко пропитывается смолой; значительно дешевле стеклотканей. Прочность стеклопластиков, полученных на основе стеклохолста, относительно невелика, поэтому их применяют для изготовления малонагруженных судовых конструкций (надстроек, выгородок и др.) и корпусов мелких судов (катеров, лодок).

Стекложгут используют для подкрепления конструкций в строго определенном направлении (например, для армирования свободных поясков балок набора); применяют для производства балок таврового или полособульбового профиля способом непрерывной протяжки на специальных машинах. В таких балках жгуты во всех элементах ориентированы параллельно направлению подкрепления. Стекложгут применяют также для получения рубленого волокна при изготовлении стеклопластика методом напыления; этот материал (рубленое волокно) близок по свойствам к стеклопластику, армированному стеклохолстом.

Стеклоткани сатинового переплетения и кордные ткани, используемые в качестве армирующего материала, обеспечивают относительно высокую прочность стеклопластика.

У тканей сатинового переплетения каждая нить основы (нити, идущие вдоль направления рулона) проходит над определенным количеством нитей утка, а затем — над группой таких нитей. В этих тканях нет крупных перегибов нитей, как в тканях полотняного переплетения. Поэтому стеклопластики на их основе обладают большей прочностью и жесткостью; эластичны, хорошо укладываются по обводам формы и легко пропитываются смолой. Эти свойства обусловили их широкое применение в судостроении.

Кордные ткани изготовляют как из крученых, так и некрученых нитей. Нити основы кордных тканей связаны относительно слабыми нитями утка и не имеют перегибов. Стеклопластик, армированный кордными тканями, применяют для усиления связей в определенном направлении (например, для палубного стрингера, ширстрека, горизонтального киля, поясков балок и др.).

Изоляционные материалы применяют на судах для тепловой, противопожарной и противошумной изоляции; не должны поддерживать горения, быть стойкими к воздействию влаги, для чего изоляцию покрывают сверху шпаклевкой и окрашивают.

Покрасочные материалы служат для покрытий всех судовых поверхностей. К ним относятся: масляные, смоляные и силикатные краски, свинцовый и железный сурик, белила, лаки, синтетические краски, эмали (на основе пентафталевых смол), этинолевые краски, кузбасский лак и др.

Для лучшей защиты судовых конструкций и обеспечения более длительного срока их службы лакокрасочные покрытия наносят на тщательно зачищенные и загрунтованные поверхности.

Подводные поверхности корпусов морских судов покрывают специальными красками, более стойкими против обрастания корпуса ракушками и водорослями.

Клеи применяются для соединения различных деталей судового оборудования и корпусных конструкций; должны обладать хорошей адгезией (способностью прилипать к поверхности), достаточной прочностью, огнестойкостью, температуроустойчивостью, нетоксичностью и технологичностью.

Бетон получают смешивая судостроительный цемент с водой и наполнителями (песок, щебень и гравий) в определенных пропорциях. Конструктивное соединение бетона и стальной арматуры — железобетон отличается не только хорошей твердостью, но и способностью частично работать на растяжение; применяют для изготовления корпусов железобетонных судов, покрытия палуб, ремонта отдельных корпусных конструкций стальных судов.

Мастики применяют для защиты палуб от воздействия влаги и придания им большей стойкости против механических воздействий и искрообразования (на танкерах). В судостроении и судоремонте применяют специальные мастики (типа «Нева» и др.); ими покрывают палубы после окончания сварочных работ и испытаний их на водонепроницаемость.

К прочим неметаллическим судостроительным материалам относятся: резина, применяемая для прокладок, уплотнения горловин, иллюминаторов, люков, дверей и др.; кожа — для различных прокладок, манжет и отделки мебели (широко используется искусственная кожа); стекло — для изготовления иллюминаторов, зеркал, водоуказательных стекол и др. В качестве отделочных материалов находят применение линкруст, повинол, различные ткани и др.

Современные суда бывают деревянные, стальные, из легких сплавов, железобетонные, из пластических масс и композитные (т. е. построенные из различных материалов) .

Первое судно человек сделал из дерева. Новейший материал в судостроении — пластмассы.

Древесина и пластмассы: грубо выдолбленный деревянный челн и изящный «крылатый» теплоход из стеклопластика — вот две эпохи в истории судостроения!

Однако древесина и по сей день остается очень важным материалом. Из нее строят всевозможные мелкие суда, а в тех местностях, где много дешевых лесоматериалов, и более крупные (промысловые, грузовые и другие) суда для плавания по рекам, озерам и прибрежным морским водам.

Обычно для постройки судна используют не один, а несколько разных материалов. Даже простая деревянная шлюпка имеет немало металлических деталей.

Главная часть любого судна — корпус. Это прочный каркас (скелет), покрытый водонепроницаемой оболочкой. У судостроителей каркас называется набором, а оболочка — обшивкой. Когда спрашивают, из чего сделано судно, то имеют в виду материалы, из которых построен корпус.

Еще до того, как появились первые суда со стальным корпусом, отдельные деревянные детали набора стали заменять металлическими, которые были намного прочнее, удобнее в изготовлении и занимали меньше места.

У современных больших кораблей и набор, и обшивка, и палубы — стальные.

Небольшие, но быстроходные суда, например суда на подводных крыльях, а также морские спасательные шлюпки делают из легких, очень прочных алюминиевых и алюминиевомагниевых сплавов.

Железобетон высоко ценится как строительный материал. Он не ржавеет, огнестоек, прочен, не нуждается в окраске. Но он тяжелый. Поэтому из него строили, главным образом, большие несамоходные суда: плавучие доки, паромы, дебаркадеры, лихтеры (баржи) и пр.

Однако недавно для украинских спортсменов построили новые хорошие яхты. Их корпуса были сделаны из бетона, армированного металлической сеткой, и они оказались лишь немногим тяжелее деревянных.

Пластические массы являются отличным материалом для постройки не только катеров, моторных лодок, шлюпок или яхт, но и более крупных судов. Например, один из советских речных теплоходов, рассчитанный на 65 пассажиров, почти целиком (кроме двигателей и трубопроводов) сделан из пластмасс. Основным материалом для этого судна длиной 25 метров послужил стеклопластик— «стеклянный шелк»,— пропитанный специальными смолами. Он стоек против действия воды, бензина, масел и хорошо переносит колебания температуры от —70 до +200° С. По прочности стеклопластик не уступает стали, а вес «стеклянного» теплохода примерно в три с половиной раза меньше, чем вес такого же стального судна.

Пластмассовые 9—12-местные катера собирают всего из трех цельных деталей: корпуса, палубы и кожуха для двигателя. Эти этом не нужны громоздкие стапели, металлообрабатывающие цехи, сложные сварочные автоматы. Не нужна трудоемкая сборка стальных или деревянных конструкций и кропотливые работы по окраске судна. Особые порошки красителей, введенные в состав пластмассы, позволяют получить любую расцветку.

И все же, несмотря на многообразие материалов, используемых в судостроении, основным для корпуса большого судна пока остается сталь.

Почти все современные крупные морские, озерные и речные суда — стальные.

Чтобы представить себе, как устроен корпус судна, посмотрим на рис. 27. Здесь показана конструкция морского сухогрузного теплохода в его средней части, в районе грузового трюма. По всей длине судна, посредине днища установлен сваренный из толстых стальных листов вертикальный киль. В носу и корме он соединяется с массивными стальными конструкциями — форштевнем и ахтерштевнем, которые образуют носовую и кормовую оконечности судна. Прилегающая к вертикальному килю утолщенная полоса днищевой обшивки называется горизонтальным килем.

Рис. 27. Конструкция корпуса стального судна (в районе среднего трюма).
1 — вертикальный киль; 2 — горизонтальный киль; 3 — днищевые стрингеры; 4 — флор; 5—бортовой стрингер; б — шпангоут; 7 — бимс; 8 — фальшборт; 9 — верхняя палуба; 10 — наружная обшивка; 11 — нижняя палуба; 12 — комингс грузового люка; 13 — внутреннее дно.

Верхние концы шпангоутов, от одного борта до другого, соединяются бимсами — балками, на которых лежит палуба. Если бимс прерывается, например, у выреза для люка, То его бортовые участки называются полубимсами. Борт и днище обшивают большими сваренными между собой листами стали. Полосы из этих листов образуют пояса обшивки, идущие один над другим по высоте корпуса. Верхний пояс, прилегающий к палубе, называется ширстреком. Выше ширстрека нередко приваривают еще металлический фальшборт, возвышающийся над палубой.

Сборочные работы осуществляют на наклонной площадке — стапеле — или на ровном горизонтальном дне специального судостроительного дока. По окончании сборки док заполняют водой, судно всплывает, и его отводят к месту окончательной достройки. При этом не нужны сложные, дорогостоящие и небезопасные работы по спуску судна на воду.

Раньше все детали набора, обшивки и т. п. собирали непосредственно на месте сборки судна. Теперь же на многих судостроительных заводах в различных цехах заготавливают, сваривают и монтируют целые секции или блоки будущего судна, которые затем мощными кранами подают на сборочную площадку стапеля или дока (рис. 28). Из этих блоков судно собирают так же, как на строительных площадках строят большой современный дом из готовых секций комнат и даже квартир.

Рис. 28. Разбивка судна на строительные (сборочные) блоки.

Конечно, так строят только большие стальные суда. Постройка обычной деревянной лодки/или шлюпки значительно проще.

В нашей стране, где много лесов, различные способы постройки деревянных судов вырабатывались веками. Один из них состоит в следующем. Из дубовой или сосновой древесины заготовляют отдельные детали набора, из которых затем собирают каркас судна. К готовому набору прикрепляют обшивку из досок или фанеры. Для соединений служат специальные медные шлюпочные гвозди и латунные или стальные оцинкованные шурупы. Вместо гвоздей можно использовать водоупорный клей (ВИАМ Б-3, МФ-17).

Более современный способ постройки «скорлупного» судна. По форме обводов корпуса шлюпки делают точную деревянную модель — болван. Внутреннюю часть болвана для прочности заливают битумом или цементным раствором, а поверхность шлифуют и покрывают особым составом, предохраняющим первый слой будущей обшивки шлюпки от прилипания. Затем на поверхность болвана накладывают в пять-восемь слоев покрытые клеевым составом полосы древесного шпона — листов древесины толщиной 1,0—2,5 мм.

Модель с выклейкой сначала закрывают прорезиненной оболочкой, а поверх оболочки — металлическим колпаком. Из оболочки откачивают воздух, а под колпак нагнетают под давлением подогретую воду; благодаря этому выклейка хорошо запрессовывается. В готовую прочно склеенную обшивку ставят облегченный набор. Шлюпка получается легкой, не коробится от солнца или холода, не рассыхается и не дает течи.

На рис. 29 показана конструкция обычной деревянной наборной шлюпки — морского четырехвесельного яла. У таких ялов, как и у многих народных лодок, обшивка делается внакрой, т. е. нижние кромки досок, расположенных выше, заходят на верхние кромки нижележащего пояса.

Рис. 29. Конструкция морского четырехвесельного яла: а — основа шлюпочного набора; б — вид шлюпки в разрезе по миделю; в — вид в плане; г—е — узлы и детали корпуса. 1 — киль; 2 — форштевень; 3 и 5 — кноповые кницы; 4 — ахтерштевень; 5 —транцевая доска (транец); 7 —шпангоут; 8 — рыбины с упорами; 9 — кильсон; 10 — пиллерс; 11 —банка; 12— подлегарс; 13 — обшивка; 14 — буртик; 15 — планширь; 16 — кормовое сиденье; 17 — заспинная доска; 18 — кница; 19 — кормовой люк; 20 — подуключина; 21 — носовой люк.

Но у спасательных и быстроходных шлюпок обшивка идет по-другому — вгладь, а все стыки и пазы ее поясьев пригоняются очень точно, кромка к кромке, плотно, без малейших щелей и выступов.

В кормовых углах у транца яла делают секторные кницы, которые увеличивают прочность шлюпки, а также служат сиденьями для рулевого (или старшины) во время шлюпочных гонок на веслах. Поперечную и бортовые скамьи на корме называют сиденьями. Другие поперечные скамьи для гребцов по морской терминологии именуются банками.

Народные лодки, как правило, устроены еще проще: у них нет стоек — пиллерсов — под банками, нет решетчатых люков и т. п.

Каждая шлюпка должна иметь весла, руль и другие предметы шлюпочного снабжения. Основные из этих предметов показаны на рис. 30.

Рис. 30. Предметы шлюпочного снабжения: а — якорь (дрек); б — фонарная стойка; в —флаг на флагштоке; г—отпорный крюк; д — лейка; е — кранцы; ж — флюгарки.

Шлюпочный кормовой флаг на деревянном флагштоке оставляют поднятым только на ходу шлюпки и при кратковременных подходах к причалам или другим судам. На длительной стоянке флагшток с флагом убирают.

При плавании в темное время суток на носу шлюпки (фонарной банке) ставят стойку с фонарем, излучающим белый свет.

Небольшой шлюпочный якорь — дрек — снабжен выдвижным поперечным стержнем — штоком. Трос Для опускания шлюпочного якоря называется дректовом.

Отпорный крюк, деревянный совок для отливки воды (лейка) обязательны на морских шлюпках, но очень полезно иметь их и на других лодках.

Упругие валики — кранцы,— сплетенные из пенькового троса, или парусиновые мешки, набитые пробкой, навешивают с наружной стороны того борта, которым шлюпка подходит к причалу или к другому судну. Оставлять кранцы за бортом на ходу судна не следует. Моряки считают это грубой небрежностью.

Кроме предметов, показанных на рисунке, в снабжение шлюпки для дальнего похода входят: анкерок — дубовый бочонок с питьевой водой; парусиновые чемоданы для провизии; шлюпочный компас; топор; спички в специальной коробке, а также непромокаемый мешок — киса, куда кладут уключины, запасные тросы, одежду и т. д.

Чтобы различить шлюпки, принадлежащие разным клубам, судам и базам, на них укрепляют дощечки различной формы и расцветки — флюгарки.

Такие же знаки, но сделанные в виде флажков из ткани, прикрепляют к задней шкаторине паруса, под флагом судна (см. рис. 10).

Нержавеющая сталь представляется семейством сплавов , основным компонентов которых является железо и минимум 11% хрома. Такой состав предотвращает коррозию и обеспечивает термостойкие свойства.

Различные типы нержавеющей могут содержать в своём составе углерод, кремний, серу, титан, ниобий, медь, никель, алюминий, селен, молибден, азот, вольфрам. Некоторые типы нержавеющей стали имеют обозначение в виде трёхзначного номера, например, нержавеющая сталь 441.

Разработка нержавеющей стали берёт своё начало с 1798 года, когда хром впервые был представлен научному сообществу Луи Вокленом. В начале XIX века многие учёные наблюдали устойчивость хромистых сталей
к воздействию окислителей. Различные нержавеющие сплавы стремительно разрабатывались в Британии, Франции, Германии, США.

На самом деле, нержавеющая сталь , вне зависимости от типа сплава, даже в своих самых стойких к коррозии и доступных исполнениях — сплавах 304 и 316, при определенных условиях нещадно ржавеет . При чём очень быстро, но изначально коррозия образует на поверхности тонкую прозрачную защитную плёнку, будто ничего не происходит.

Для образования плёнки необходим кислород . Если её соскрести, оксидный слой мгновенно восстановится и изделие продолжит свою жизнь.

Однако отсутствие O₂ приведёт к негативным последствиям . Поэтому если поцарапать крепёжный болт из нержавеющей стали, затем закрепить его, он будет самовосстанавливаться до тех пор, пока не весь запас кислорода в изолированном пространстве не израсходуется . После этого он будет разъедаться намного быстрее обычной стали.

Это касается обычных болтов и труб из нержавеющих сплавов, которые обычно используют на кораблях. А что насчёт панелей, которые необходимы, чтобы построить субмарину или корабль ?

Панель из 316 стали необходимых размеров и толщины для судостроения, кроме того, что действительно дорогая и такая же редкая как рог единорога, имеет много проблем .

Обычно для придания формы стали , необходимой для производства судов, её нагревают до очень высоких температур . Если сделать это со сплавом из Ni (нержавеющим) он потеряет свои свойства . Например, алюминий можно "убедить" поменять форму с помощью прокатных станов, но нержавеющая сталь слишком прочна для такой обработки.

Хотя нержавеющие сплавы могут требовать меньше усилий
при обслуживании, ни один из них не является таким же дешёвым, прочным и простым в изготовлении как обычные стальные сплавы.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: