Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками — яхту своей мечты…

Яхта из алюминия «рожденная взрывом».

shop_00-00

Внешне эта элегантная крейсерская яхта с корпусом из легкого сплава не отличается от десятков подобных судов, стартующих в клубных гонках у побережья австралийского континента.  Довольно часто ее экипаж добивается успеха, что не вызывает у кого-либо удивления: ведь проект «Джелинайт»  разработали известные дизайнеры Бен Лексен и Питер Лоу. Удивляются, когда узнают о необычном методе, который использован при постройке ее корпуса: это штамповка взрывом. 

Цель, которую несколько лет назад поставил перед собой химик-технолог Дон Ричардсон из Сиднея, проста и не вызывает сомнений  то в мире по производству сырья для выплавки алюминия и его сплавов. Страна экспортирует бокситы (в 1 990 г. тонна руды стоила 1 00 долларов), окись алюминия (500 долл. за тонну) и готовый металл (2000 долл, за тонну).

С другой стороны, среди ее населения, живущего в основном на океанском побережье, исключительно популярны парусный, водно-моторный спорт, любительское рыболовство, туризм на яхтах и катерах. Большов развитие получило малое судостроение, причем кроме судов из стеклопластика ежегодно австралийские верфи выпускают более 13 тысяч лодок различных типов — в основном длиной до 6 м, построенных из легких сплавов.

Ричардсон решил расширить диапазон размерений выпускаемых алюминиевых лодок до длины 10-15 м с тем, чтобы увеличить массу металла е каждом судне и экспортировать этот металл не в виде сравнительно дешевых полуфабрикатов — листового и профильного проката, а включив его в состав сложного и дорогого изделия. В этом случае стоимость тонны экспортируемого товара повышается до 40 000 долл.

Экспорт алюминиевых судов оказывается гораздо выгоднее, чем построенных из стеклопластика. Ведь исходные материалы — синтетические смолы и прочие компоненты для пластмассового судостроения в Австралии не производятся, их приходится закупать за границей. Однако на практике постройка корпуса судна из металла оказывается гораздо сложнее,  чем из стеклопластика.

001 Металлический корпус собирается из множества деталей, которые предварительно нужно обрезать по контуру, согнуть, подогнать друг к другу, а затем сварить в единое целое. Все это требует достаточно высокой квалификации рабочих, использования дорогого оборудования, что обуславливает высокую цену готового судна.

Особой проблемой для строителя алюминиевого судна становятся деформации тонких листов наружной обшивки, которые возникают при сварке из-за большого коэффициента  линейного расширения  металла при его нагреве: поэтому — то из легких сплавов и предпочитают строить в основном небольшие лодки, корпуса которых не требуют подкрепления сложным набором и применения большого числа сварных соединений.

Ричардсон решил так усовершенствовать технологию постройки алюминиевых корпусов, чтобы по возможности избавиться от недостатков, присущих традиционным методам. Основой стал способ взрывной штамповки, применяющийся уже более 30 лет в космической технике и авиастроении для изготовления деталей  из тонких листов металла со сложной криволинейной поверхностью, например, наконечников ракет.

Так же как и при формовании корпуса из стеклопластика, для взрывной штамповки необходимо изготовить точную внутреннюю форму — матрицу. Принципиально конструкция этих  матриц та же — поперечные лекала, повторяющие обводы шпангоутов, обшиваются с внутренней стороны. Но поскольку при взрывной штамповке развиваются огромные давления, действующие,  к тому же,  динамически — процесс взрыва длится всего 1.5 микросекунды, матрица для этой цели должна быть намного жестче и прочнее  чем для формования из стеклопластика.

Для корпуса «Джелинайт», например, лекала были вырезаны из толстого стального листа и обшиты – вгладь  стальными же прутками квадратного сечения  20×20 мм, после чего вся матрица была углублена в грунт и забетонирована. Масса матрицы составила 20 т, а стоимость ее изготовления около 100 тысяч долл. — 65% —стоимости полностью оборудованной яхты.

002

003

Естественно, что такая дорогая  оснастка должна быть способна выдержать не один десяток взрывов, чтобы можно было разнести затраты на соответствующее число корпусов. После тщательной отделки внутренней поверхности матрицы в ней собирается наружная обшивка толщиной  5 мм из пластичного (или как его называют металлурги и судостроители, в отличие от дюралюминия — деформируемого) алюминиево-магниевого  сплава 5083 Н321.

При высокой разрывной прочности — около 2300 кг/см2 — испытываемые пластинки из этого металла при растяжении удлиняются перед разрушением на 10%, а ударная прочность материала вдвое выше, чем стеклопластика. Каждый лист обшивки имеет ширину 1.5 м, а его длины достаточно, чтобы перекрыть корпус яхты от борта до борта.

Так что сваривать приходится только шесть поперечных швов — стыков. Это дает возможность избавиться от продольных соединений — пазов, сварка которых обычно и вызывает особенно заметные искажения формы корпуса. Листы укладывают в матрицу и более или менее плотно  прижимают к ее поверхности при помощи устанавливаемых сверху в районе стыков жестких лекальных форм.

 Листы стыкуются, производится сварка. Все образующиеся при этом искажения поверхности — «домики»  по стыкам — «автоматически» исправляются при взрыве. Приваривают транец и «фальшивый» нос в виде плоского  листа,  который после штамповки удаляется и заменяется «настоящим»  форштевнем.

Образовавшаяся чаша заполняется водой: затем в нее в заранее определенных расчетом точках погружают заряды со взрывчатым веществом. Вес каждого заряда также определяется расчетом. Например, близ мидель — шпангоута — в самой широкой и глубокой части корпуса, устанавливают и самый мощный заряд.

004

005

Остается нажать кнопку — и через тысячную долю секунды тонкий металл будет плотно облегать поверхность матрицы обретая ее точную форму. Воздух, оказавшийся между матрицей и наружной обшивкой, выйдет через 2-миллиметровые зазоры, специально оставленные между стальными «рейками» матрицы.

Стоимость взрывчатки, необходимой для формования одного корпуса, составляет  всего  лишь  около З5 долл., а общая трудоемкость и стоимость работ ниже, чем при традиционной технологии. Следует добавить, что качество наружной поверхности корпуса получается столь высоким, что не требуется никакой механической правки; мелкие же неровности легко исправить, нанеся тонкий слой шпаклевки.

Однако все усилия по изготовлению наружной обшивки были бы сведены на нет, если бы применялась традиционная конструкция корпуса с многочисленными  привариваемыми к обшивке деталями продольного и поперечного набора — ребрами жесткости, стрингерами и шпангоутами. Тонкие листы непременно получили — бы деформации от воздействия тепла, выделяемого при их приварке.

Ричардсон предложил решительно изменить привычную конструкцию корпуса так, чтобы можно было вообще отказаться от приварки набора к обшивке. Основной объем сварки заменен клеевыми соединениями. Обшивку подкрепили продольными стрингерами из прессованных алюминиевых профилей (типа швеллера) с фланцами по свободным кромкам;  этот профиль судосборщики метко окрестили «шляпой».

007

 

006

Уложив стрингер по разметке на обшивку, сборщик прихватывает его (сваркой) лишь точками в нескольких местах.  Затем оба фланца приклеивают к обшивке при помощи клейкой ленты VНВ (Vеrу Нigh Воnd) на акриловой основе.  Такая лента обладает высокой адгезией к металлу; соединение получается достаточно прочным и эластичным, не теряет своих свойств под воздействием нефтепродуктов, морской воды и перепада температур. Лента VНВ  уже широко применяется в авиационной и космической технологии, на морском транспорте, при упаковке различных товаров.

Стрингера идут непрерывными по всей длине корпуса и расположены примерно через 200 мм; в самом широком месте их по десять на борт. Опорами для них служат устанавливаемые поверх стрингеров и не касающиеся обшивки семь шпангоутов из двутаврового алюминиевого профиля.

Короткими прихватками шпангоуты привариваются к стрингерам. Подкрепления в виде привариваемых к обшивке днища флоров предусмотрены лишь в районе крепления плавников киля, а также в районе установки мачты и двигателя.  В целом конструкция корпуса «Джелинайт» получилась прочной и легкой при значительно меньших затратах металла, чем при традиционном наборе.

А главное — наружная поверхность корпуса не получила деформаций. Палуба с кокпитом и рубкой отформованы из стеклопластика в отдельной матрице.  Жесткость  этой конструкции обеспечена за счет легкого заполнителя из срезов  древесины бальзы (см. «КиЯ» №150), заключенного между слоями стеклопластика.

008

Секция палубы крепится к фланцу, отогнутому по всему периметру верхней кромки обшивки. На серийных яхтах бальза была заменена на сотовый заполнитель из алюминиевой» фольги.  Плавниковый киль отливают из алюминиевого сплава; его масса составляет 0,5 т. а балласт массой 1 т изготовлен из свинца в виде бульба.

Всего в конструкции яхты использовано более двух тонн различных алюминиевых сплавов (кроме корпуса из них изготовлены мачта, гик, шкотовые лебедки и т. п.). Стоимость полностью оборудованной яхты составила 165 тысяч долл. — ниже, чем такой же яхты из стеклопластика.

В 1991 г. была выпущена первая партия яхт типа «Джелинайт», в дальнейшем производство увеличилось до 10 единиц в год. К применению взрывной штамповки для постройки корпусов яхт проявили интерес судостроители многих стран Европы, Японии и США. Ричардсон считает, что этот метод можно применить для постройки корпусов до 15м.

Д. К.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №161.

05.05.2015 Posted by | легкие сплавы | , , , , | Оставьте комментарий

Литейная мастерская дома.

00-00

Как-то мне довелось наблюдать за работой мастера-литейщика. Простота, с которой из металла получались детали самой замысловатой формы, произвела на меня впечатление. А в дальнейшем я пришел к убеждению, что освоить хотя бы простейшие приемы литья необходимо каждому для исполнения фантазий, неизбежно возникающих при оборудовании судна. Теперь я уже могу делиться опытом. Конечно, речь идет лишь о том, чтобы в домашних условиях более или менее свободно распоряжаться самым доступным, удобным и легким материалом — алюминием, а говоря правильнее, его сплавами, в первую очередь литейными (типа силуминов). 

Как бы то ни было, теперь я не выбрасываю ни одной пробки от пивных бутылок, на улице не могу пройти мимо обрывков алюминиевой проволоки или обрезков листа. Из всего этого можно в конце концов получить великолепные утки, кнехты, уключины, киповые планки, различные петли и оковки, кронштейны, брештуки и т. д. и т. п. вплоть до гребных винтов. А литье мормышек будет и вовсе ерундовым делом!

Оборудование   домашней    мастерской изготовить очень просто. Во-первых, нужен ящик для хранения формовочной земли. Я держу землю в сарае    в   дощатом   переносим   ящике 320 X 380 X 540 с крышкой. Существуют различные рецепты формовочных смесей (песок, глина и те или иные добавки), но для получения из алюминия деталей небольших размеров вполне можно пользоваться самым обычным кремнеземом — мягкой землей темно-коричневого цвета, бархатистой на ощупь.

В такой земле на берегах устраивают гнезда стрижи. Конечно, земля должна быть тщательно просеяна, очищена от посторонних примесей, особенно — от корешков растений. Первым дополнением к ящику должны быть сито  и коротенькая деревянная лопатка для укладки земли в опоку. Далее необходимо обзавестись «хирургическим набором»— пинцетами, скальпелями, различными крючками.

Многое делается из проволоки и полосок металла уже в процессе работы. Наиболее трудоемкий в изготовлении инструмент — мастерок; он должен быть обязательно из хорошей стали с гладко отшлифованной поверхностью (я использовал пружину от старого патефона). Насадить на ручку кусочек прямой стальной проволоки нетрудно — получится шило («вентиляционная игла») для накалывания газовыходных отверстий.

001

И уж совсем просто вырезать из дерева трамбовочку для уплотнения земли. Понадобятся еще кисточка и щетка, но и это — не проблема. Литейная форма состоит из двух частей. Соответственно формовка ведется в двух рамах — опоках, представляющих собой две неравные по высоте части ящика без дна и без верха, уложенные на прочный щит — подставку.

Естественно, размеры опок зависят от размеров формуемой детали; в общем случае длина и ширина опоки Ь и В должны быть вдвое больше длины и ширины детали. Из толстых не строганых досок изготовляем жесткий ящик из четырех стенок высотой, равной размеру H. Перевернув ящик, в любых двух противоположных стенках высверливаем два строго вертикальных отверстия D =10 на глубину не менее 1,5/h1 под фиксирующие стержни-коксы.

Теперь можно произвести разметку линии разъема (А-А на эскизе) и продольной пилой разрезать ящик на две части—нижнюю опоку высотой h1 и верхнюю опоку высотой h2. Чтобы в дальнейшем собирать опоки точно так, как они были сделаны, на одной стенке нужно на обоих опоках поставить метки.

Точная фиксация положения опок друг относительно друга достигается тем, что в стенки нижней вставляются (на клею) выступающие вверх деревянные стержни-коксы, которые при сборке входят в ранее просверленные гнезда в стенках верхней опоки. Собственно конечная цель формовки состоит в том, чтобы в формовочной земле получилась полость, которая соответствовала бы размерам и форме отливаемой детали.

Чтобы обеспечить такое соответствие, приходится или добывать готовую деталь-образец или делать ее точную копию в натуральную величину (плюс небольшой припуск на усадку металла)—модель. В моей практике чаще всего модели приходилось делать из пенопласта с обязательной шпаклевкой и окраской или мягких пород дерева; ясно что с легко поддающегося обработке материалом дело иметь приятнее!

002

003

В общем случае отпечаток — углубление на половину высоты модели делается в нижней форме, а на другую половину — в верхней; после переворачивания верхней половины и укладки ее на нижнюю и образуется полость, пригодная для заливки. Рассмотрим подробнее такой вариант формовки. На щит-подставку укладываем нижнюю опоку и засыпаем слой слегка увлажненной формовочной земли.

Утрамбовав его, засыпаем второй слой вровень с верхними краями опоки и затем посередине ее вдавливаем в землю модель на половину высоты ее сечения. Вначале трамбовкой аккуратно, чтобы не задеть модель, уплотняем землю по всей площади и особенно вокруг модели, а затем мастерком заглаживаем (железним) поверхностный слой.

В удобном месте ставим вертикально литник — деревянный конус, создающий в дальнейшем воронкообразную полость для заливки металла и создания в форме некоторого давления. Берем толченый древесный уголь и посыпаем всю поверхность земли через сито; излишки сдуваем (наиболее грязный и потому опасный момент работы — могут быть недовольны домашние!).

Надеваем на коксы соответственно меткам верхнюю опоку и начинаем засыпать ее землей. Для получения высококачественной отливки с гладкими стенками первый слой земли пропускаем через сито и уплотняем особо тщательно. Забиваем опоку землей, последовательно засыпая и утрамбовывая слой за слоем, железним поверхностный слой мастерком.

Зная, как внутри формы расположена модель, в нескольких местах прокалываем газоотводные отверстия через всю толщу земли; при этом должно чувствоваться соприкосновение конца иглы с моделью. Если этого не сделать, воздух не даст металлу заполнить форму, отливка не состоится. Кстати сказать, так у меня сначала и получалось.

004

005

Я, очевидно, не заметил, когда молчаливый мастер, дававший мне первые уроки литейного дела, прокалывал эти отверстия, и не сделал их. Долго пришлось ломать голову, но зато когда сообразил— был очень доволен, и все пошло на лад. Вынимаем вверх литник и обрабатываем образовавшееся конусное отверстие, расчищая его от обвалившихся комков земли. Наступает один из самых ответственных моментов.

Необходимо осторожно поднять, сняв с коксов, верхнюю опоку и поставить ее на ребро где-нибудь в стороне. Прорезаем скальпелем и утрамбовываем узкий канал — проход для металла от литника к заполняемой полости. Осторожно извлекаем модель из земли, тщательно сдувая осыпавшуюся землю с формы.

Одна из сложностей дела и состоит в том, чтобы модель свободно выходила из земли, оставляя четкий и чистый оттиск без существенного обваливания кромок земляной формы. Иногда, особенно если модель используется многократно, приходится специально видоизменять ее форму, добиваясь получения чистого оттиска с неповрежденными кромками.

По этому поводу в книге И. С. Денисова «Сборка литейных форм» написано: «Чтобы облегчить извлечение модели из формы вертикальные стенки делаются с некоторым уклоном, называемым формовочным. Величина формовочного уклона зависит от высоты вертикальных стенок, материала модели, способа формовки и др. (см. ГОСТ 3212 — 57). Для деревянных моделей величина уклона лежит в пределах от 0°15′ до 3°, для металлических — от 0°5′ до 1°30’».

Пожалуй, уместно подчеркнуть, что рассматриваемая схема формовки далеко не единственная. Можно, например, сделать модель лишь на половину высоты детали, симметричной относительно плоскости разъема. Такая половина укладывается на ровный с гладкой поверхностью щит (подмодельная доска), затем на щит строго по разметке по очереди ставятся и набиваются обе опоки.

006

007

Если в детали должно быть отверстие, высверливать которое в отливке по каким-либо причинам неудобно, можно получить его при литье — уложив при сборке формы так называемый стержень. В простейшем случае стержень представляет собой отдельно отформованный из жирной глино-песчаной смеси цилиндр, внешний диаметр которого соответствует диаметру отверстия в готовой детали.

Ясно, что, видоизменяя форму стержня, можно получить сквозную полость и любого другого вида. Вернемся теперь к той стадии работ, на которой мы остановились, — разборке формы. Когда я впервые разделил опоки и вынул модель, меня просто поразило свойство земли копировать буквально все имеющиеся на модели штрихи. Если на шлифованной поверхности модели сделать гравировку или поставить знак фирмы, все будет точно запечатлено на алюминиевой отливке!

Теперь обе части формы оставляем для полной просушки земли и особенно— поверхностного слоя (иначе произойдет вскипание металла). Не забудьте прикрыть готовые формы, чтобы по ним не прогулялся кот или ими не заинтересовались дети. Когда земля просохла, еще раз осматриваем обе рабочие поверхности и собираем форму окончательно.

Главное, чтобы при этом комочки земли не попали в литейную полость — собственно форму или в каналы, подводящие металл. Важно еще, чтобы по плоскости разъема формы не мог прорваться газ и жидкий металл. Однажды я поторопился и из-за небрежности допустил образование свища, т. е. полости-щели. Вылил металл в форму, а он у меня через этот свищ — за борт опоки.

Собрать разлившийся металл никак не могу, а температура изрядная, да на беду подтопочный лист был выкрашен масляной краской, так что дыма оказалось много… Теперь для гарантии я всегда промазываю стык по разъему опок глиной или цементом. Но вообще-то, когда все идет нормально, больших неприятностей литье на кухне не вызывает. Печь топится нормально и без какого-либо перекала, только дрова в этот день выбираю посуше.

008

 

Металл плавлю в банке из черной жести (из-под краски), однако удобнее, наверное, будут эмалированные емкости (чем толще стенки, тем лучше). Готовность металла определяю по цвету и, в основном, при помощи кочерги: если при помешивании металл прилипает к ней, считаю, что разогрев еще недостаточен.

Для извлечения емкости с металлом из печи надо иметь кузнечные щипцы с хорошим захватом и брезентовые рукавицы. Одним словом — ничего особо сложного. Если что иногда и подводит, так это спешка, весьма опасный враг во многих случаях жизни. Дальнейшее тоже не вызывает затруднений; извлекаем остывшую деталь из земли, обрубаем лишнее и обрабатываем.

Отмечу только, что перед извлечением детали нужно притащить поближе ящик для хранения земли, имеющуюся там землю спрыснуть водой, а уже потом в нее выколачивать горячую землю из формы; затем, убрав деталь, необходимо хорошо перемешать землю, пусть она вся возьмется паром, и плотно закрыть крышку ящика.

009

Готовность (по влажности) земли к новой формовке определяется так: берем горсть земли и сжимаем ее в кулаке, образовавшийся комок не должен рассыпаться. Должен сказать, литье — дело увлекательное. Стоит раз заняться и испытать радость удачи, как вы все чаще будете «призывать на помощь» ящик с землей. Начните с малого. Затем возрастающие потребности заставят вникнуть в суть литейного дела более глубоко.

Лично у меня сейчас на очереди довольно сложное литье деталей диафрагменной помпы по эскизам из № 29 сборника. Рекомендую раздобыть книгу «Сборка литейных форм» И. С. Денисова (Профтехиздат, 1963 г.), в которой можно найти ответы почти на все вопросы, встающие перед новичком, овладевающим литейным делом.

Ю. Н. Песков.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №35.

08.02.2015 Posted by | легкие сплавы | , , , , | 1 комментарий

Алюминий и парус – применение легких сплавов для постройки яхт.

00 - 0011

Haши яхтсмeны покa имeли мaло случaeв познaкомиться с aлюминиeм нa пpaктикe. Kpомe кaк для изготовл jjвлeния paнгoутa нa кpyпных кpeйcepcкиx яхтax («Xортицa», «Aнтapктикa»), этот мaтepиaл в отeчeствeнном пapycном судocтpoeнии до сих пop npимeнeния нe нaxодил. Ho ecли вы посмотpитe нa пocлeднюю стpaницу о6ложки, то увидeтe тaм фотoгpaфию суднa, пoлностью сдeлaннoгo из aлюминиeво-мaгниeвoгo cплaвa.

Это пapусный кaтaмapaн, постpoeнный киeвлянaми. Дрyгoй кaтaмapaн пpимepно тex жe paзмepeний (15,5 X 5,7 X O,7 м) и из тoгo жe мaтepиaлa cпpoeктиpовaн в Лeнингpaдe. Чeм жe в обоих cлучaяx пpивлeк судостpоитeлeй лeгкий cплaв? Пpeждe вceгo тeм, что он лeгкий! Большaя чaсть кopпycныx конструкций, кaк извecтно, paссчитывaeтcя для paботы нa изгиб.

Пpочность тaких конструкций xapaктepизyeтcя коэффициентом жесткости  EI,  т. e. пpоизвeдeниeм модyля нopмaльнoй yпpyгости E,  нa момeнт инepции сeчeния I. У стaли  E = 20000, a у aлюминиeво — мaгниeвых cплaвов 7000 кг/мм 2. Ecли учeсть, что момeнт инepции пpoпopционaлeн толщинe сeчeния в тpeтьeй стeпeни, то нeтрудно подсчитaть, что, нaпpимep, пpи зaмeнe 3 — миллимeтpовой стaльной обшивки paвнопpочной из лeгкoгo cплaвa толщинa ee  б, oпpeдeлeннaя из  пpoпopции:

008

должнa быть увeличeнa до  4,25 мм.  Oднaко в связи с тeм, что  удeльный вec нaиболee pacпpостpaнeнных в судостpoeнии aлюминиeво — мaгниeвых cплaвов, нaпpимep, AMг-5B, paвeн вceгo 2,65 г/cм 3, т. e. в три paзa мeньшe, чeм стaли, получится выигpыш в вece кopпyca около 50%.

B дeйcтвитeльнocти жe этот выигpыш будeт eщe большe, тaк кaк минимaльнaя  толщинa обшивки стaльных яхт, oпpeдeляeмaя с учeтом тexнологичeских тpeбoвaний и потepь нa коppозию, вceгдa бepeтся большe, чeм это нeобxодимо для обecпeчeния пpочности, a пpи постpойкe судов из aлюминиeвoго cплaвa тaкогo знaчитeльнoго зaвышeния толщины нe тpeбyeтся.

Haпpимep, стaльнaя обшивкa 24 — тонной «Xopтицы», постpoeнной в Лeнингpaдe, имeeт толщину 4 мм, хотя пo pacчeту пpочности получaлaсь гopaздo мeньшaя вeличинa; тaкaя  жe обшивкa и у кpeйcepcкoй яхты  водоизмeщeниeм 16,8 T, пocтpoeннoй в  Ждaнoвe. B то жe вpeмя болee кpyпнaя aмepикaнскaя 21-тоннaя яхтa «Oндин» (pис. 1) имaeт обшивку из лeгких  cплaвов пpимepнo тaкoй же толщины (4,76 мм) и ясно, что ее корпус намного легче стального.

001

002

О том, какое значение имеет снижение веса для катамаранов, неоднократно говорилось в сборнике (напомним, что все попытки построить суда этого типа из стали кончались полной неудачей). Но вес имеет немаловажное значение и для яхт классической конструкции, точнее, даже не вес, а его распределение по высоте судна.

Применение алюминия для набора и обшивки корпуса дает возможность, сконцентри-ровав значительную часть нагрузки в фальшкиле и облегчив конструкции выше ватерлинии, значительно повысить остойчивость яхты, а следовательно, увеличить площадь парусности и эффективноеть работы ее парусного вооружения.

Например, палуба 22-метровой американской яхты «Киалоа-И», изготовленная из алюминиевых панелей, в пять раз легче деревянной. Толщина алюминиевой обшивки на этой яхте уменьшается от 13 мм у киля до 6,4 мм в районе скулы и борта, что также снижает вес надводной части корпуса.

На новом судне Эрика Табарли «Пан Дюик III» первой французской яхте из легких сплавов — уменьшение веса основных корпусных конструкций позволило установить фальшкиль весом 7280 кг, что составляет 58% от водоизмещения яхть порожнем. Для сравнения напомним, что на обычной деревянной крейсерской яхте вес фальшкиля, как правило, не превышает 45% водоизмещения.

003

Э. Табарли построил свою новую яхту специально для очередной трансатлантической гонки яхт-одиночек, которая состоится в 1968 г. Основные данные «Пан Дюик III»: длина наибольшая 17,45 м; длина по КВЛ 13 м; ширина 4,20 м; осадка 2,75 м; полное водоизмещение 13,4т. Парусность: грот 32 м2, стаксель 36 м2, генуэзский стаксель 80 м2.

Макет «Пан Дюик III» экспонировался во французском павильоне на международной выставке 1967 г. в Монреале. Конструкция яхты Табарли представляет особый интерес в связи с тем, что авторы проекта сумели создать судно с хорошими ходовыми качествами и мореходностью и в то же время достаточно простое для постройки.

Наибольшую сложность при изготовлении корпусов из легкого сплава представляет сварка тонких листов обшивки. Чтобы избежать сварочных деформаций, необходимо применять специальные приспособления, сложность, а следовательно, и стоимость которых зависит как от размеров корпуса, так и от сложности его обводов.

0022

При малосерийной и, тем более, единичной постройке изготовление таких приспособлений значительно повышает стоимость судна. Достаточно взглянуть на набор «Киалоа-11» (рис. 2), чтобы получить представление о том, каких трудов стоило обшить его тонкими алюминиевыми листами, избежав при этом появления поперечных деформаций в местах соединения обшивки с многочисленными легкими шпангоутами.

Ведь нередко, взглянув даже на стальную сварную яхту, можно с легкостью «пересчитать ее шпангоуты» — так сильно покоробились листы обшивки между поперечным набором. Можно представить, какое большое сопротивление движению яхты оказывают эти деформации, ориентированные поперек обтекающего корпус потока (особенно по сравнению с идеально гладким днищем деревянной яхты).

004

А теперь посмотрим, как выглядит набор (рис. 3—5} упомянутой французской яхты. Поперечный набор корпуса длиной 17,5 м состоит, если не считать флоров, всего из восьми мощных рамных шпангоутов (рис. 6), причем каждый из них, кроме кормового и носового, подкреплен парой пиллерсов. Продольный набор состоит из восьми днищевых и бортовых стрингеров, внутреннего киля, карленгса в ДП и палубного стрингера.

Применение такой продольной системы дало возможность, уменьшив число деталей набора до минимума, значительно упростить постройку яхты и обеспечить уменьшение деформаций за счет уменьшения протяженности сварных швов.

Кроме того, места возникновения сварочных деформаций получились ориентированными в основном вдоль корпуса, что меньше отражается на ходовых качествах яхты. Важно отметить и то, что принятая двухскулая форма обводов яхты позволила резко уменьшить объем гибки: по существу, сложную форму, требующую гибки, имеет только один пояс, по верхней скуле, получивший название «банан».

Примерно теми же соображениями руководствовались авторы проекта ленинградского катамарана. Набор этого судна (рис. 7) выполнен по продольной системе и состоит из часто поставленных стрингеров и рамных шпангоутов, расстояние между которыми составляет около 1 м. Прямостенные борта позволяют свести к минимуму предварительную гибку листов обшивки. Мостик подкреплен пятью поперечными балками и большим количеством продольных гофров, которые легко могут быть получены обычной штамповкой.

005

Гофры можно заменить обычными ребрами жесткости, но в таком случае ,возрастет объем сварки, Элементами набора катамарана служат стандартные профили, выпускаемые нашей промышленностью. Только в районах притыкания бортов к палубе и днищу мостика необходима их предварительная гибка; остальные участки собираются из прямолинейных отрезков.

У нас нет опыта постройки яхт из алюминия, поэтому трудно с достаточной достоверностью судить о том насколько они будут дороже, чем стальные или деревянные. Предварительные расчеты показали, что вес голого алюминиевого корпуса катамарана, спроектированного ленинградцами, составит около 2,5 т, (стальной весил 6ы 3,25 т), а стоить он будет примерно на 2000 руб. дороже стального, считая стоимость 1 кг стали 9 коп., а алюминиево — магниевого сплава 90 коп.

В общей стоимости катамарана сумма эта составит всего около 5% (кстати, эта разница может быть реализована по окончании жизни яхты—при продаже ее на слом). Нередко высказываются опасения, что легкие сплавы в морской воде будут интенсивно разрушаться коррозией. Это мнение легко опровергнуть сведениями об эксплуатации уже упоминавшейся «Ондин».

006

За семь лет, прошедших со дня окончания ее постройки, яхта прошла около 10000 морских миль, несколько раз пересекала Тихий океан, участвоввла в 68 крейсерских гонках (в шести гонках «Ондин» приходила к финишу первой, 26 раз занимала первое место среди яхт своего класса). И за все это время не потребовалось ни одного серьезного ремонта: обшивка яхты отлично выдержала испытание в наиболее агрессивных, с точки зрения коррозии, тропических водах океана.

Еще более примечательна судьба американской яхты «Виндкол», построенной в 1946 г. В связи с тем, что сварка легких сплавов в то время еще не была освоена, ее 10 — метровый корпус сделали клепаным. Обшивка была изготовлена из листав толщиной 5,6 мм. Первый серьезный ремонт яхты потребовался лишь спустя 14 лет после спуска на воду.

Когда корпус очистили от краски, оказалось, что металл практически не пострадал от коррозии. Незначительные коррозионные разрушения были обнаружены у краев отверстий под четырьмя заклепками. После ремонта корпус покрыли грунтом на виниловой основе и необрастающей краской. В таком виде он благополучно эксплуатируется по сей день.

Для конструкций из легких сплавов наиболее опасна электрохимическая коррозия, возникающая на участках, где имеется контакт с деталями из металла, по полярности значительно отличающегося от алюминия. О том, какие металлы являются для алюминия наиболее опасными соседями, можно получить представление из сопоставления их электрических потенциалов:

Цинк                                                —300

Алюминиево-магниевый   сплав     0

Сталь   или   чугун                         +150

Свинец                                            +250

Медь                                                +500

Нержавеющая сталь                    +850

 

Напомним, что при контакте  всегда разрушается металл с более низким потенциалом. Чтобы избежать непосредственного контакта алюминия с металлами, имеющими положительный потенциал, необходимо использовать различные изолирующие прокладки, чаще всего резиновые или пластмассовые (тиоколовые, полиизобутилен), и мастики (битумные).

Например, на «Виндкол» свинцовый балластный киль изолирован от корпуса неопреновой прокладкой, а килевые болты снабжены феноловыми шайбами. Валопровод вспомогательного двигателя установлен в дейдвудной трубе из легкого сплава на резиновых подшипниках, а бронзовые сальники изолированы резиновыми трубками.

007

Бронзовый приемник забортной воды крепится к корпусу на ,подушке из твердого дерева. Сложнее обстоит дело с защитой корпуса от электрохимической коррозии, когда из активного металла изготовлены детали, расположенные снаружи подводной части судна, например, гребной винт.

Прежде всего, конечно, нужно по возможности уменьшить количество таких деталей (гребной винт, кстати, может быть изготовлен из стеклопластика). Хороший эффект дает также анодная защита, которая заключается в установке в районе опасного места сменной пластинки (протектора) из материала, имеющего более низкую полярность, чем алюминий, например из цинка или магния; при эксплуатации яхты протектор разрушается, защищая от разрушений обшивку.

На «Виндкол» такая пластинка была установлена у гребного винта на ахтерштевне. Опасности коррозионных разрушений в неменьшей мере подвергаются и конструкции, непосредственно не соприкасающиеся с морской водой, например, мачты. Влажный воздух и тепло солнечных лучей создают благоприятную атмосферу для окислительных и электро — химических процессов.

Длительная эксплуатация неокрашенных алюминиевых мачт показала, что со временем на их поверхности появляются точечные (питтинговые) коррозионные язвы. По этой причине через несколько лет плавания мачту на «Виндкол» окрасили так же, как и корпус.

В отечественном судостроении богатый опыт защиты конструкций из легких сплавов получен в связи с постройкой и эксплуатацией спасательных шлюпок и катеров и особенно — надстроек пассажирских теплоходов типа «Киргизстан». Надстройки этих судов из сплавов АМг-5В и АМг-6 покрыты фосфатирующими грунтами типа ВЛ-02, ВЛ-03 и др., которые создают прочную защитную оксидную пленку.

d18 - 009

Как показал осмотр, проведенный спустя три года после спуска на воду головного судна, на надстройках и шлюпках грунт и краска сохранили хорошее сцепление с металлом и надежно защитили его от коррозии. Есть все основания считать, что постройка парусных яхт из легких сплавов имеет в нашей стране реальную перспективу.

Естественно, этот материал, как и любой другой, не может быть рекомендован во всех случаях. По нашему мнению, алюминий наиболее целесообразно применять для постройки яхт тех же размеров, что и из стали, т. е. водоизмещением более 8—10 т (именно поэтому в статье алюминиевые корпуса рассматривались прежде всего в сравнении со стальными).

Для небольших крейсеров пока наиболее подходящим материалом остается дерево (при небольшой серийности), а наиболее перспективным — пластик (при крупносерийном производстве). Постройка алюминиевых яхт в настоящее время под силу только крупным заводским коллективам яхтсменов на предприятиях, располагающих необходимыми оборудованием, оснасткой, а главное опытом работы е легкими сплавами.

Редакция, со своей стороны, готова оказать заинтересованным организациям помощь в разработке проектов алюминиевых судов, в частности — предоставить чертежи эскизной проработки и расчетные данные 6-тонного крейсерского катамарана из легких сплавов.

Источник:  «Катера и Яхты», №12.

02.02.2015 Posted by | легкие сплавы | , , , , | Оставьте комментарий

Алюминий и парус – перспективы применения алюминия в яхтостроении.

 13925 - 001

Наши яхтсмены пока имели мало случаев познакомиться с алюминием на практике. Кроме как для изготовления рангоута на крупных крейсерских яхтах («Хортица», «Антарктика»), этот материал в отечественном парусном судостроении до сих пор применения не находил. Но если вы посмотрите на последнюю страницу обложки, то увидите там фотографию судна, полностью сделанного из алюминиево — магниевого сплава. Это парусный катамаран, построенный киевлянами. Другой катамаран примерно тех же размерений (15,5X5,7X0,7 м) и из того же материала спроектирован в Ленинграде. Чем же в обоих случаях  привлек судостроителей легкий сплав?

Прежде всего тем, что он легкий! Большая часть корпусных конструкций, как известно, рассчитывается для работы на изгиб. Прочность таких конструкций характеризуется коэффициентом жесткости Е I, т. е. произведением модуля нормальной упругости Е на момент инерции сечения I. У стали E = 20000, а у алюминиево-магниевых сплавов 7000 кг/мм2. Если учесть, что момент инерции пропорционален толщине сечения в третьей степени, то нетрудно подсчитать, что, например, при замене 3-миллиметровой стальной обшивки равнопрочной из легкого сплава толщина ее б, определенная из пропорции

20000 /7000   = б3/33

должна быть увеличена до 4,25 мм. Однако в связи с тем, что удельный вес наиболее распространенных в судостроении алюминиево — магниевых сплавов, например, АМг-5В, равен всего 2,65 г/см3, т. е. в три раза меньше, чем стали, получится выигрыш в весе корпуса около 50%.

d18 - 002 В действительности же этот выигрыш будет еще больше, так как минимальная толщина обшивки стальных яхт, определяемая с учетом технологических требований и потерь на коррозию, всегда берется больше, чем это необходимо для обеспечения прочности, а при постройке судов из алюминиевого сплава такого значительного завышения толщины не требуется.  Например, стальная обшивка 24-тонной «Хортицы», построенной в Ленинграде, имеет толщину 4 мм, хотя по расчету прочности получалась гораздо меньшая величина; такая же обшивка и у крейсерской яхты водоизмещением 16,8 т, построенной в Мариуполе.

В то же время более крупная американская 21-тонная яхта «Ондин» (рис. 1) имеет обшивку из легких сплавов примерно такой  же толщины (4,76 мм) и ясно, что ее корпус намного легче стального. О том, какое значение имеет снижение веса для катамаранов, неоднократно говорилось в сборнике (напомним, что все попытки построить суда этого типа из стали кончались полной неудачей). Но вес имеет немаловажное значение и для яхт классической конструкции, точнее, даже не вес, а его распределение по высоте судна.

 

003

Применение алюминия для набора и обшивки корпуса дает возможность, сконцентрировав значительную часть нагрузки в фальшкиле и облегчив конструкции выше ватерлинии, значительно повысить остойчивость яхты, а следовательно, увеличить площадь парусности и эффективность работы ее парусного вооружения. Например, палуба 22-метровой американской яхты «Киалоа-II», изготовленная из алюминиевых панелей, в пять раз легче деревянной. Толщина алюминиевой обшивки на этой яхте уменьшается от         13 мм у киля до 6,4 мм в районе скулы и борта, что также снижает вес надводной части корпуса.

На новом судне Эрика Табарли «Пан Дюик III» первой французской яхте из легких сплавов — уменьшение веса основных корпусных конструкций позволило установить фальшкиль весом 7280 кг, что составляет 58% от водоизмещения яхты порожнем. Для сравнения напомним, что на обычной деревянной крейсерской яхте вес фальшкиля, как правило, не превышает 45% водоизмещения.  Э. Табарли построил свою новую яхту специально для очередной трансатлантичеекой гонки яхт — одиночек, которая состоится в 1968 г.

004

Основные данные «Пан Дюик III»: длина наибольшая 17,45 м; длина по КВЛ 13 м; ширина 4,20 м; осадка 2,75 м; полное водоизмещение 13,4т. Парусность: грот 32 м2, стаксель 36 м2, генуэзский стаксель 80 м2. Макет  «Пан Дюик III» экспонировался во французском павильоне на международной выставке 1967 г. в Монреале. Конструкция яхты Табарли представляет особый интерес в связи с тем, что авторы проекта сумели создать судно с хорошими ходовыми  качествами и мореходностью и в то же время достаточно простое для постройки.

Наибольшую сложность при изготовлении корпусов из легкого сплава представляет сварка тонких листов обшивки. Чтобы избежать сварочных деформаций, необходимо применять специальные приспособления, сложность, а следовательно, и стоимость которых зависит как от размеров корпуса, так и от сложности его обводов. При малосерийной и, тем более, единичной постройке изготовление таких приспособлений значительно повышает стоимость судна.

005

Достаточно взглянуть на набор «Киалоа-II» (рис. 2), чтобы получить представление о том, каких трудов стоило обшить его тонкими алюминиевыми листами, избежав при этом появления поперечных деформаций в местах соединения обшивки с многочисленными легкими шпангоутами. Ведь нередко, взглянув даже на стальную сварную яхту, можно с легкостью «пересчитать ее шпангоуты» — так сильно покоробились листы обшивки между поперечным  набором. Можно представить, какое большое сопротивление движению яхты оказывают эти деформации, ориентированные поперек обтекающего корпус потока (особенно по сравнению с идеально гладким днищем деревянной яхты),

А теперь посмотрим, как выглядит набор (рис. 3—5) упомянутой французской яхты. Поперечный набор корпуса длиной 17,5 м состоит, если не считать флоров, всего из восьми мощных рамных шпангоутов (рис. 6), причем каждый из них, кроме кормового и носового, подкреплен парой пиллерсов, Продольный набор состоит из восьми днищевых и бортовых стрингеров, внутреннего киля, карленгса в ДП и палубного стрингера.

006

Применение такой продольной системы дало возможность, уменьшив число деталей набора до минимума, значительно упростить постройку яхты и обеспечить уменьшение деформаций за счет уменьшения протяженности сварных швов. Кроме того, места возникновения сварочных деформаций получились ориентированными в основном вдоль корпуса, что меньше отражается на ходовых качествах яхты. Важно отметить и то, что принятая двухскулая форма обводов яхты позволила резко уменьшить объем гибки: по существу, сложную форму, требующую гибки, имеет только один пояс, по верхней скуле, получивший название «банан».

Примерно теми же соображениями руководствовались авторы проекта ленинградского катамарана. Набор этого судна (рис. 7) выполнен по продольной системе и состоит из часто поставленных стрингеров и рамных шпангоутов, расстояние между которыми составляет около 1 м. Прямостенные борта позволяют свести к минимуму предварительную гибку листов обшивки. Мостик подкреплен пятью поперечными балками и большим количеством продольных гофров, которые легко могут быть получены обычной штамповкой.

007

Гофры можно заменить обычными ребрами жесткости, но в таком случае возраетет объем сварки. Элементами набора катамарана служат стандартные профили, выпускаемые нашей промышленностью. Только в районах притыкания бортов к палубе и днищу мостика необходима их предварительная гибка; остальные участки собираются из прямолинейных отрезков.

У нас нет опыта постройки яхт из алюминия, поэтому трудно с достаточной достоверностью судить о том насколько они будут дороже, чем стальные или деревянные. Предварительные расчеты показали, что вес голого алюминиевого корпуса катамарана, спроектированного ленинградцами, составит около 2,5 т  (стальной весил бы 3,25 т), а стоить он будет примерно на 2000 руб. дороже стального, считая стоимость 1 кг стали 9 коп., а алюминиево — магниевого сплава 90 коп. В общей стоимости катамарана сумма эта составит всего около 5% (кстати, эта разница может быть реализована по окончании жизни яхты—при продаже ее на слом).

008

Нередко высказываются опасения, что легкие сплавы в морской воде будут интенсивно разрушаться коррозией. Это мнение легко опррвергнуть сведениями об эксплуатации уже упоминавшейся «Ондин». За семь лет, прошедших со дня окончания ее постройки, яхта прошла около 10000 морских миль, несколько раз пересекала Тихий океан, участвовала в 60 крейсерских гонках (в шести гонках «Ондин» приходила к финишу первой, 26 раз занимала первое место среди яхт своего класса). И за все это время не потребовалось ни одного серьезного ремонта: обшивка яхты отлично выдержала испытание в наиболее агрессивных, с точки зрения коррозии, тропических водах океана.

Еще более примечательна судьба американской яхты «Виндкол», построенной в 1946 г. В связи с тем, что сварка легких сплавов в то время еще не была освоена, ее 10 — метровый корпус сделали клепаным. Обшивка была изготовлена из листов толщиной 5,6 мм. Первый серьезный ремонт яхты потребовался лишь спустя 14 лет после спуска на воду. Когда корпус очистили от краски, оказалось, что металл практически не пострадал от коррозии.

61_02_009

Незначительные коррозионные разрушения были обнаружены у краев отверстий под четырьмя заклепками. После ремонта корпус покрыли грунтом на виниловой основе и необрастающей краской. В таком виде он благополучно эксплуатируется по сей день.

Для конструкций из легких сплавов наиболее опасна электрохимическая коррозия, возникающая на участках, где имеется контакт с деталями из металла, по полярности значительно отличающегося от алюминия. О том, какие металлы являются для алюминия наиболее опасными соседями, можно получить представление из сопоставления их электрических потенциалов:

Цинк   ……………………………       — 300

Алюминиево-магниевый   сплав     0

Сталь   или   чугун       …………    + 150

Свинец     ………………………….    + 250

Медь       …………………………..    + 500

Нержавеющая сталь ………….     + 850

Напомним, что при контакте всегда разрушается металл с более  низким потенциалом. Чтобы избежать непосредственного контакта алюминия с металлами, имеющими положительный потенциал, необходимо использовать различные изолирующие прокладки, чаще всего резиновые или пластмассовые (тиоколовые, полиизобутилен), и мастики (битумные). Например, на «Виндкол» свинцовый балластный киль изолирован от корпуса неопреновой прокладкой, а килевые болты снабжены феноловыми шайбами. Валопровод вспомогательного двигателя установлен в дейдвудной трубе из легкого сплава на резиновых подшипниках, а бронзовые сальники изолированы резиновыми трубками. Бронзовый приемник забортной воды крепится к корпусу на подушке из твердого дерева.

6864_ 0010

Сложнее обстоит дело с защитой корпуса от электрохимической коррозии, когда из активного металла изготовлены детали, расположенные снаружи подводной части судна, например, гребной винт, Прежде всего, конечно, нужно по возможности уменьшить количество таких деталей (гребной винт, кстати, может быть изготовлен из стеклопластика). Хороший эффект дает также анодная защита, которая заключается в установке в районе опасного места сменной пластинки (протектора) из материала, имеющего более низкую полярность, чем алюминий, например из цинка или магния; при эксплуатации яхты протектор разрушается, защищая от разрушений обшивку. На «Виндкол» такая пластинка была установлена у гребного винта на ахтерштевне.

Опасности коррозионных разрушений в не меньшей мере подвергаются и конструкции, непосредственно не соприкасающиеся с морской водой, например, мачты. Влажный воздух и тепло солнечных лучей создают благоприятную атмосферу для окислительных и электрохимических процессов. Длительная эксплуатация неокрашенных алюминиевых мачт показала, что со временем на их поверхности появляются точечные (питтинговые) коррозионные язвы. По этой причине через несколько лет плавания мачту на «Виндкол» окрасили так же, как и корпус.

В отечественном судостроении богатый опыт защиты конструкций из легких сплавов получен в связи с постройкой и эксплуатацией спасательных шлюпок и катеров и особенно — надстроек пассажирских теплоходов типа «Киргизстан». Надстройки этих судов из сплавов АМг-5В и АМг-6 покрыты фосфатирующими грунтами типа ВЛ-02, ВЛ-03 и др., которые создают прочную защитную оксидную пленку. Как показал осмотр, проведенный спустя три года после спуска на воду головного судна, на надстройках и шлюпках грунт и краска сохранили хорошее сцепление с металлом и надежно защитили его от коррозии.

Есть все основания считать, что постройка парусных яхт из легких сплавов имеет в нашей стране реальную перспективу. Естественно, этот материал, как и любой другой, не может быть рекомендован во всех случаях. По нашему мнению, алюминий наиболее целесообразно применять для постройки яхт тех же размеров, что и из стали  т. е. водоизмещением более 8—10 т (именно поэтому в статье алюминиевые корпуса рассматривались прежде всего в сравнении со стальными). Для небольших крейсеров пока наиболее подходящим материалом остается дерево (при небольшой серийности), а наиболее перспективным — пластик (при крупносерийном производстве).

Постройка алюминиевых яхт в настоящее время под силу только крупным заводским коллективам яхтсменов на предприятиях, располагающих необходимыми оборудованием, оснасткой, а главное опытом работы е легкими сплавами. Редакция, со своей стороны, готова оказать заинтересованным организациям помощь в разработке проектов алюминиевых судов, в частности — предоставить чертежи эскизной проработки и расчетные данные 6-тонного крейсерского катамарана из легких сплавов.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №12.

 

 

09.11.2013 Posted by | легкие сплавы | , , , , , , | Оставьте комментарий

Коррозия: — что это такое и как с ней бороться.

Увы, но сталкиваться с коррозией нам приходится практически во всех областях нашей жизни. И ничего загадочного в ней нет — это вполне естественное изменение любого металла. Протекающие при этом процессы примитивными не назовешь, но и особо сложного тут тоже ничего нет. Поскольку коррозия значительно ускоряется при наличии воды или влаги, флот, в том числе и маломерный, попадает в особую «группу риска». Бороться с коррозией не только нужно, но и можно. Причем для борьбы с ней можно задействовать те же самые процессы, которые ее вызывают, предложив этому неуловимому всепожирающему чудищу альтернативную «пищу».

Чтобы лучше понять, что такое коррозия, начнем с наиболее распространенной ее разновидности — ржавчины. Все мы имели с ней дело, но чтобы понять, как она возникает, придется освежить в памяти школьные уроки химии.

С точки зрения химика железная руда представляет собой два атома железа, связанных тремя атомами кислорода (Fe2O3 ). Добытый из земли коричневато-красный порошок сам по себе ни на что не годен. Но после процессов его очистки и выплавки мы получаем железо или чугун — материал куда более полезный. Использовать его можно как в чистом виде, так и в улучшенном, получая при добавлении иных химических элементов различные сорта стали.

Всем известно, что происходит с железными изделиями под воздействием воды — они ржавеют. Если процесс идет достаточно долго, то, скажем, от железного гвоздя в итоге останется лишь кучка коричневато — красного порошка — ржавчины, или оксида железа, имеющего уже знакомую нам химическую формулу Fe2O3 . Да — да, ржавчина — оксид железа — имеет абсолютно тот же состав, что и железная руда.

И вот почему. Атомы железа стремятся вернуться в свое естественное состояние, в котором они находятся состояние, в котором они находятся в составе руды, ржавчины или оксида железа. В нем они наиболее стабильны. Стремление к подобному состоянию присуще не только железу, но и практически всем прочим металлам, используемым в промышленности.

Тот вид коррозии, которому подвергается оставленное под дождем железное изделие, включает в себя не только химические, но и физические процессы. Происходящую реакцию принято именовать электрохимической.

Для того, чтобы два атома железа смогли соединиться с тремя атомами кислорода (и образовать Fe2O3 ), они должны объединиться электронами (крошечными частицами, вращающимися вокруг атомов). При этом несколько электронов освобождается. И сколько электронов освобождается. И поскольку электричество — это попросту движение свободных электронов, то при химической реакции вырабатывается и электрический ток.

Не забывайте, что железо стремится к превращению в оксид железа, потому что это его естественное, наиболее стабильное состояние. Необходим для этого только кислород. «Поставщиком» кислорода является вода, так что при наличии влаги железо ржавеет гораздо быстрее. Все это в полной мере применимо к оксиду алюминия и собственно алюминию, из которого делают подводные части подвесников и угловых колонок.

Вот, в общем, и все секреты коррозии металла, в основе которой лежит электрохимическая реакция. Такой тип коррозии принято еще называть гальванической (хотя далеко не всякая электрохимическая реакция — гальваническая коррозия).

Расположенные под водой металлические детали обычно подвергаются двум типам коррозии: гальванической и так называемой «коррозии от блуждающих токов».

Гальваническая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию между двумя или несколькими различными (или разнородными) металлами. Различными, поскольку, для того чтобы началась реакция, один должен быть химически более активным (или менее стабильным), чем другой или другие. Когда мы говорим про гальваническую коррозию, то имеем в виду электрообмен. Все металлы обладают электрическим потенциалом, поскольку у всех атомов есть электроны, движение которых и есть электричество.

Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие взаимный контакт (при обычном соприкосновении, или же посредством проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую электричество, за исключением дистиллированной воды).

Не только соленая морская, но и обычная вода из-под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным электролитом, причем с ростом температуры электропроводность ее только растет (по этой причине корпуса судов, эксплуатирующихся в жарком климате, заметно больше подвержены коррозии).

Процесс гальванической коррозии можно наиболее наглядно проиллюстрировать на примере алюминиевой подводной части подвесного мотора и гребного винта из нержавеющей стали. Алюминий — более химически активный металл — является в данном случае анодом, а менее активная нержавеющая сталь — катодом. Вот что происходит, когда эта пара помещается в воду, играющую роль электролита (рис. 1):

1. На аноде:

а) через место контакта (в нашем случае — через гребной вал) электроны перетекают с анода, металла химически более активного, на катод — гребной винт. Происходит следующая реакция: Al – Al +++ + 3e;

б) при этом атомы химически более активного металла превращаются в ионы (этим термином обозначаются атомы с «недостатком» или «избытком» электронов), которые устремляются в воду и связываются с ионами кислорода, обмениваясь с ними электронами и образуя оксид алюминия. (Процесс этот ничем не отличается от того, что происходит с ионами железа при образовании оксида железа);

в) образовавшиеся молекулы оксида алюминия либо уносятся потоком воды, либо оседают на алюминиевой поверхности в виде белесого налета. Таким образом, подводная часть вашего подвесника в результате гальванической коррозии буквально растворяется в воде.

2. На катоде:

а) с анода поступают электроны, причем они не просто накапливаются, а вступают в реакцию с ионами электролита;

б) реакция обычно происходит такая:

1 1/2 О2 + 3 Н2О + 6 е – 6 ОН ;

в) ион гидроокиси ОН  — щелочной,

поэтому в районе катода образуется щелочная среда. (Это обстоятельство стоит иметь в виду владельцам деревянных корпусов — щелочь разрушает целлюлозу, хотя на практике повреждения обычно не столь значительны).

Очень важно понять, что следствием освобождения каждого положительного иона металла на аноде обязательно является формирование отрицательного иона электролита, образующегося вследствие реакции электронов катода. Электрически анодные и катодные реакции должны быть эквивалентны. Рост или снижение уровня катодной реакции вызывает ответные рост или снижение уровня анодной реакции.

Это ключевой факт для понимания процесса коррозии и управления им. Его можно проиллюстрировать эффектом влияния размеров анода и катода. Если к очень большому аноду подключить маленький катод, процесс коррозии анода пойдет медленно. А если поступить наоборот, то анод очень быстро разрушится.

Алюминиевых деталей на катере или мотолодке полным-полно (не говоря уже о том, что алюминиевым может быть собственно корпус лодки!). И если не контролировать процесс гальванической коррозии, теоретически все они со временем способны «раствориться» без остатка.

Гальваническая коррозия может протекать даже в том случае, если на вашей лодке нет ни одной детали из нержавеющей стали. Предположим, что и подводная часть мотора, и винт алюминиевые, но лодку вы обычно ставите у пирса со стальной стенкой и подключаетесь при этом к береговой системе электроснабжения.

Провод заземления (так называемый «третий» — дань безопасности) соединяет при этом алюминиевые детали лодки с погруженной в воду стальной стенкой (рис. 2). Если учесть внушительную массу стальной стенки, то и подводной части мотора, и винту грозят серьезные повреждения.

Предотвратить их можно при помощи гальванического изолятора — своеобразного фильтра, отсекающего токи низкого напряжения и позволяющего при этом заземляющему проводу в случае пробоя изоляции или короткого замыкания выполнить свою функцию — отвести ток в землю и спасти вам жизнь.

Основной метод борьбы с коррозией — это использование всевозможных защитных покрытий (в первую очередь краски), изолирующих анод,

но все же полностью решить проблему таким способом не удастся — хотя бы потому, что механические повреждения лакокрасочного покрытия подводных частей подвесных моторов или поворотно-угловых колонок являются самым обычным делом.

Первый признак гальванической коррозии — вздутие краски на поверхностях, расположенных ниже ватерлинии, начинающееся обычно на острых гранях, и образование на обнажившемся металле белесого порошкообразного налета. Потом на поверхности металла начинают образовываться заметные углубления (рис. 3).

Коррозию подводных частей подвесных моторов и угловых колонок — или любых алюминиевых частей лодки — значительно ускоряет наличие деталей из нержавеющей стали, таких, как гребные винты, транцевые плиты (особенно если они «заземлены» на двигатель), узлы дистанционного управления. Именно на них и уходят электроны алюминиевых деталей.

Но и без наличия нержавеющей стали расположенные под водой алюминиевые детали все равно подвергаются воздействию коррозии  этого вида — хотя и не столь интенсивной, как при контакте с иным металлом. При наличии электролита на большинстве однородных, вроде бы, металлических поверхностей все равно образуются крошечные аноды и катоды — в тех местах, где состав сплава неоднороден или имеются посторонние вкрапления или примеси — например, частицы металла с форм или штампов.

Нержавеющую сталь в качества катода и алюминий в качестве анода мы использовали лишь в качестве одного из примеров; образовать «батарею» для запуска гальванической коррозии в паре с алюминием способен любой другой металл. Именно это и позволяет бороться с коррозией ответственных деталей — в паре с более активным металлом роль катода начинает играть уже алюминий, а небольшая контактирующая с ним деталь из цинка отдается ей «на съедение» и никаких больше функцией не несет.

Такие детали именуются анодными протекторами, и сейчас практически не встретишь подвесника или угловой колонки, которые были бы ими не снабжены. Итак, при контакте алюминия с цинком катодом становится алюминий, а подвергается коррозии цинк — металл более химически активный. Поскольку анодный протектор корродирует достаточно активно, установленный на колонке кусочек цинка может «раствориться» буквально за одну навигацию, оставив алюминий без защиты. Поэтому состояние этих нехитрых деталей надо время от времени инспектировать и вовремя заменять их «свежими».

Один же из худших врагов алюминия при образовании гальванической пары — это медь или медные сплавы (латунь или бронза), поэтому использовать медный крепеж при установке алюминиевых узлов и деталей (например, водоотливных помп) категорически не рекомендуется.

Еще одна причина гальванической коррозии — подключение к береговой электросети, обычно снабженной заземляющим проводом. При этом алюминиевая подводная часть вашего мотора или колонки посредством его подключается к подводным частям других лодок и становится частью огромной гальванической батареи, связанной с погруженным в воду береговым металлом. При этом не только на вашей лодке, но и на соседних коррозия значительно ускоряется.

Мы рассмотрели, на что способна гальваническая коррозия при использовании электрического потенциала самих металлов. Представьте, что будет, если добавить еще электричества!

Произойти подобное может в том случае, если металл, по которому течет электрический ток, поместить в любой природный, т.е. изначально «заземленный» водоем. Ток через воду устремится в землю. Следствием этого явится интенсивная коррозия в том месте, где произошел «пробой».

Данная разновидность коррозии отличается от гальванической, хотя природа у них одна. Гальваническая коррозия вызывается соединением двух разнородных металлов и происходит за счет их электрических потенциалов. Один металл выступает в роли анода, другой — в роли катода. Здесь же электрический ток попадает на подводную часть лодки из внешнего источника и через воду уходит в землю.

К примеру, ваша лодка расположена между лодкой с утечкой постоянного тока и местом, являющимся хорошим заземлением для этого тока. Хотя ток может уходить в землю и через воду, ваша лодка может явиться проводником со значительно меньшим сопротивлением. Таким образом, ток будет уходить в землю и с нее. Наиболее интенсивно коррозия будет развиваться в том месте лодки, откуда ток уходит в воду.

Блуждающие токи могут вызываться не только внешними, но и внутренними источниками — коротким замыканием в сети лодки, плохой изоляцией проводки, подмокшим контактом или неправильным подключением какого — либо элемента электрооборудования.

Наиболее же распространенный внешний источник этих токов — береговая сеть электроснабжения. Лодка с внутренним источником блуждающих токов (например, по причине повреждения изоляции одного из проводов) может стать причиной усиленной коррозии множества соседних лодок, подключенных к той же береговой электросети, если они обеспечивают лучшее заземление. Ток при этом передается на другие лодки посредством все того же «третьего» заземляющего провода.

Гораздо более неуловимый — но потенциально более опасный — случай коррозии блуждающих токов может происходить безо всяких проблем с электрооборудованием (и вашей лодки, и соседних). Предположим, что вы возвращаетесь на стоянку после выходных на воде, подсоединяетесь к береговому источнику, чтобы подзарядить аккумулятор, и спокойно уходите домой — автоматическое зарядное устройство само отключит зарядившуюся батарею.

В понедельник по соседству с вашей лодкой причаливает большой стальной катер (с ободранной и поцарапанной краской). Владелец его тоже подключается к береговой сети и тоже оставляет свою посудину на несколько дней. Электрическая батарея готова — большой стальной корпус и небольшая подводная часть вашего мотора, соединенные заземляющим проводом.

В зависимости от разделяющего их расстояния, разницы размеров и времени, которое ваш сосед решил провести на берегу, в следующие выходные вы можете обнаружить, что подводная часть вашего мотора либо просто покрыта белесым налетом, либо разрушилась чуть ли не полностью.

В заключение — об известной всем «нержавейке» и так называемой щелевой коррозии, которой подвержены многие металлы, а в особенности — нержавеющая сталь. «Щель» в данном случае — это пространство под всевозможными отложениями (песка, ила и т.д.), под пластиковыми шайбами, фетровыми прокладками и т.д. — иначе говоря, место, из которого попавшая туда влага не может найти выхода и где образовалась застойная зона.

Нержавеющая сталь — это сплав на основе чугуна, в который входят хром и никель. Не ржавеет она благодаря образующейся на поверхности изделия тонкой пленке оксида хрома. При отсутствии кислорода оксидный слой разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной не хуже обычной. Иными словами, «нержавейка» не ржавеет только до тех пор, пока имеется доступ кислорода.

В «щели», где влага кислорода практически лишена, эта разновидность стали теряет свои свойства. Самый простой способ предотвратить данную разновидность коррозии — ограничить доступ влаги в «щели», вовремя удалять образующиеся отложения и обеспечить хорошую вентиляцию сомнительных мест.

Итак, вкратце перечислим меры, которые следует предпринимать для борьбы с коррозией на лодке:

— следить за состоянием лакокрасочного покрытия и вовремя восстанавливать поврежденные места;

— использовать рекомендованные заводом-изготовителем защитные покрытия и густые смазки;

— следить за состоянием анодных протекторов и в случае их значительного износа заменять их на новые;

— использовать в цепи подачи берегового питания фильтр слабых токов на заземляющем проводе;

— подключать лодку к береговой электросети только в случае необходимости (например, для подзарядки аккумуляторов).

Источник:  «Катера и Яхты» ,  №223.

18.11.2011 Posted by | легкие сплавы, сталь, технология | , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Мачта.

Новая мачта…Какие мысли возникают у Вас при прочтении этого словосочетания? «О, я бы сделал ее тонкой, гибкой и легкой, чтобы можно было настроить паруса на любой курс!» или «Не мешало бы выбрать профиль понадежнее и покрепче, чтобы быть полностью уверенным в надежности рангоута…», «А что, можно купить профиль?», «А выдержит???» Какая мачта лучше- дорогая или дешевая? импортная или отечественная? толстая или тонкая? Диапазон выбора широк и разнообразен, а фантазия яхтсмена неистощима.

Мы успели убедиться в этом за более чем 8-летний период производства мачт. «-Алло! Сколько у вас стоит погонный метр мачты? -Это зависит от того, сколько весит каждый погонный метр вашей яхты и который из них самый тяжелый…» Отбрасывая шутки в сторону хотелось бы сказать самое главное. За все время нашей работы мы успели сделать для себя несколько важных выводов:

  1. Мачта- довольно сложная инженерная конструкция, требующая к себе соответствующего осознанного отношения.
  2. Самое кошмарное в импортной мачте- ее доставка.
  3. Анодированный алюминий лучше неанодированного и живет дольше.
  4. Модернизация бывшей в употреблении мачты частенько оказывается дороже изготовления новой, а иногда просто недопустима.

Читать далее

04.07.2011 Posted by | легкие сплавы, строительство, технология | , , , , , , , , | Оставьте комментарий

   

profiinvestor.com

Инвестиции и заработок в интернет

SunKissed

мое вдохновение

The WordPress.com Blog

The latest news on WordPress.com and the WordPress community.

Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками - яхту своей мечты...

Twenty Fourteen

A beautiful magazine theme