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1、(10)申请公布号 CN 103144739 A (43)申请公布日 2013.06.12 CN 103144739 A *CN103144739A* (21)申请号 201310076788.X (22)申请日 2013.03.11 B63B 9/06(2006.01) B23K 35/24(2006.01) B23K 35/362(2006.01) C22C 38/48(2006.01) C22C 38/58(2006.01) (71)申请人 韩通 （上海） 新能源船舶设计研发有 限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区达尔文路 88 号 2 幢 509、 510 室 (。
2、72)发明人 张乐山 李兵 赵效东 (74)专利代理机构 上海唯源专利代理有限公司 31229 代理人 曾耀先 (54) 发明名称 主动分离型球鼻艏的制造方法 (57) 摘要 本发明提供一种主动分离型球鼻艏的制造方 法， 该方法包含以下步骤 :A、 选择材料 ： 选择高强 度材料 ； B、 材料成型 ： 根据球鼻艏与主船体连接 部位的尺寸和形状， 将上述高强度材料加工成相 匹配的尺寸和形状 ； C、 安装 ： 在球鼻艏与主船体 连接部位， 采用焊接、 粘接、 或镶嵌工艺安装上述 高强度材料， 用于连接球鼻艏与主船体 ； D、 打磨 处理 ： 打磨上述连接部位， 使球鼻艏与主船体之 间有着平滑的。
3、过渡连接 ； E、 防锈处理 ： 采用喷砂 涂底漆 ； F、 无损水密检查 ： 对球鼻艏与主船体连 接部位无损水密检查。所述高强度材料是低合金 高强度金属材料， 其屈服强度值不小于 390Mpa， 本发明可降低船舶发生碰撞时球鼻艏对对方船体 造成的伤害。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103144739 A CN 103144739 A *CN103144739A* 1/1 页 2 1. 一种主动分离型球鼻艏的制造方法， 该方法。
4、包括以下步骤 : A、 选择材料 ： 选择高强度材料 ； B、 材料成型 ： 根据球鼻艏与主船体连接部位的尺寸和形状， 将上述高强度材料加工成 相匹配的尺寸和形状 ； C、 安装 ： 在球鼻艏与主船体连接部位， 采用焊接、 粘接、 或镶嵌工艺安装上述高强度材 料， 用于连接球鼻艏与主船体 ； D、 打磨处理 ： 打磨上述连接部位， 使球鼻艏与主船体有着平滑的过渡连接 ； E、 防锈处理 ： 采用喷砂涂底漆 ； F、 无损水密检查 ： 对球鼻艏与主船体连接部位无损水密检查。 2. 如权利要求 1 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 所述高强度材料是 低合金高强度金属材料。 3. 如。
5、权利要求 2 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 在球鼻艏外板与主 船体外板连接部位， 安装所述低合金高强度金属材料。 4. 如权利要求 3 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 所述低合金高强度 金属材料的屈服强度值不小于 390Mpa， 该低合金高强度金属材料的屈服强度大于与其相邻 的主船体外板材料和球鼻艏外板材料的屈服强度。 5. 如权利要求 3 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 所述低合金高强度 金属材料的厚度小于与其相邻的主船体外板和球鼻艏外板的厚度， 并且所述低合金高强度 金属材料的中心处厚度小于该低合金高强度金属材料和与其相邻的主船体外板。
6、和球鼻艏 外板连接处厚度。 6. 如权利要求 5 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 所述低合金高强度 金属材料和与其相邻的主船体外板和球鼻艏外板连接处采用平滑连接。 7. 如权利要求 2 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 所述低合金高强度 金属材料的质量配比百分比包括 ： 碳不大于 0.2 ； 硅不大于 0.55 ； 磷不大于 0.045 ； 硫不大 于 0.045 ； 钒不大于 0.2 ； 铌不大于 0.06 ； 铊不大于 0.2 ； 铝不大于 0.7 ； 铬不大于 1.2 ； 镍在 0.45 到 1.5 之间 ； 锰在 1.3 到 1.6 之间。 8. 如权。
7、利要求 3 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 所述采用焊接工艺 用的焊剂就是低合金高强度金属材料。 9. 如权利要求 8 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 所述焊剂的质量配 比百分比包括 ： 碳不大于 0.15 ； 硅不大于 0.8 ； 磷不大于 0.03 ； 硫不大于 0.03 ； 钒不大于 0.05 ； 铝不大于 1.8 ； 铬等于 0.15 ； 镍在 2 到 2.6 之间 ； 锰在 1.75 到 2.25 之间， 钼在 0.35 到 0.65 之间。 10. 如权利要求 9 所述的主动分离型球鼻艏的制造方法， 其特征是 ： 所述焊剂可以替代 低合金高强度金。
8、属材料， 直接将球鼻艏外板与主船体外板焊接成型即可。 权 利 要 求 书 CN 103144739 A 2 1/7 页 3 主动分离型球鼻艏的制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种船舶部件的制造方法， 具体涉及一种主动分离型球鼻艏的制造方 法。 背景技术 0002 球鼻艏结构对于减小高速船舶的兴波阻力以及低速船舶的粘压阻力方面有独到 的益处， 长期以来， 被大量的船舶设计者所采用， 特别是在集装箱船的设计上面。然而球鼻 艏是船艏部突出船体的一部分， 伸出的长度很长， 在航行的途中， 如果它同其它的船舶发生 接触， 可能会嵌入对方的船体之中， 造成对方船舶货物的泄漏。对于油船、 化学品船以。
9、及装 载核燃料等一类危险货物的船舶， 如果舱室被撞破， 必然会导致危险货物的泄漏， 此类事故 往往会造成灾难性的后果。 0003 常规的方法， 为了解决上述的伸出的球鼻艏会刺入被撞船舶舷侧进而导致被碰撞 船舶舱室破裂的问题， 人们考虑的主要是通过降低球鼻艏结构的强度和刚度， 使球鼻艏结 构能够发生较大的变形， 降低碰撞的接触力， 使得球鼻艏结构吸收更多的碰撞能量。 如以下 专利文献所提出的专利方法 ： 0004 1.US4323026 2.JP8164887 3.DE200510028331 0005 一方面， 由于球鼻艏的刚度一般而言远大于被碰撞船舷侧的刚度， 通过改变球鼻 艏的结构形式或者。
10、尺寸， 使其刚度小于被碰撞船舷侧的刚度， 以实现在碰撞过程中球鼻艏 主动变形破坏的碰撞保护方法实施起来非常的困难。另一个方面， 由于球鼻艏结构需要承 受复杂的波浪载荷， 如果仅从碰撞保护角度出发， 单纯地降低球鼻艏结构的强度会导致其 承受常规的波浪载荷的能力下降。 第三个方面， 若减小球鼻艏的强度， 那么在常规的载荷条 件下球鼻艏结构容易产生永久性的塑性变形， 影响球鼻艏的使用性。 0006 专利号 ： JP2004314825 所涉及的另外一种现有的船舶碰撞防护方法， 该方法为了 为了降低球鼻艏的横向强度， 使球鼻艏在横向载荷条件下容易弯曲变形， 采用了塑性应变 较大的低屈服强度的材料替换部。
11、分的球鼻艏外板材料， 该方法通过将球鼻艏部分外板材料 替换为屈服强度较低的材料或者屈服应力小于 235MPa 的低屈服极限材料， 使得船舶在非 垂直碰撞过程中， 球鼻艏在弯矩作用下会比较容易发生弯曲变形， 通过球鼻艏的变形吸收 更多的碰撞能量， 减小球鼻艏对对方船舶舷侧造成的损坏。但是， 这种方法有以下的不足 ： 0007 1， 将部分材料替换为低屈服强度的材料， 降低了球鼻艏的结构强度， 不可避免地 会降低球鼻艏结构承受外部载荷的能力。 0008 2， 将部分材料替换为低屈服强度的材料， 降低了球鼻艏的结构强度， 球鼻艏在外 载荷作用下容易产生不可恢复的塑性变形。 0009 3， 由于普通低。
12、碳钢断裂极限应变很大， 球鼻艏端部结构破坏后， 球鼻艏突出的结 构依然存在， 不会与主船体分离， 碰撞过程中依然会对对方船舶造成后续损伤。 0010 常规的分析带有球鼻艏的船舶与其它船舶的碰撞问题， 一般都假定其它船舶静 止， 带有球鼻艏的船舶主动撞击其它船舶这样一种碰撞情形。但是这种碰撞情形不符合实 说 明 书 CN 103144739 A 3 2/7 页 4 际。实际的碰撞事故中， 一般而言发生碰撞的两船都有一定的航速。 发明内容 0011 本发明的目的在于提供一种主动分离型球鼻艏的制造方法， 使得与其它船舶发生 碰撞的过程中， 球鼻艏和主船体连接处的高强度材料能够发生主动破坏， 通过该种。
13、高强度 材料的破坏， 使得球鼻艏与主船体发生分离， 避免球鼻艏嵌入到被碰撞船舶的舱室中， 从而 极大地防止了被碰撞船舶舱室的破坏， 防止了有害物质的泄漏。 。 0012 本发明通过这样的技术方案解决上述的技术问题 ： 一种主动分离型球鼻艏的制造 方法， 该方法包含以下步骤 : 0013 A、 选择材料 ： 选择高强度材料 ； 0014 B、 材料成型 ： 根据球鼻艏与主船体连接部位的尺寸和形状， 将上述高强度材料加 工成相匹配的尺寸和形状 ； 0015 C、 安装 ： 在球鼻艏与主船体连接部位， 采用焊接、 粘接、 或镶嵌工艺安装上述高强 度材料， 用于连接球鼻艏与主船体 ； 0016 D、 。
14、打磨处理 ： 打磨上述连接部位， 使球鼻艏与主船体有着平滑的过渡连接 ； 0017 E、 防锈处理 ： 采用喷砂涂底漆 ； 0018 F、 无损水密检查 ： 对球鼻艏与主船体连接部位无损水密检查。 0019 进一步的改进在于， 所述高强度材料是低合金高强度金属材料。 0020 进一步的改进在于， 在球鼻艏外板与主船体外板连接部位， 安装所述低合金高强 度金属材料。 0021 进一步的改进在于， 所述低合金高强度金属材料的屈服强度值不小于 390Mpa， 该 低合金高强度金属材料的屈服强度大于与其相邻的主船体外板材料和球鼻艏外板材料的 屈服强度。 0022 进一步的改进在于， 所述低合金高强度金。
15、属材料的厚度小于与其相邻的主船体外 板和球鼻艏外板的厚度， 并且所述低合金高强度金属材料的中心处厚度小于该低合金高强 度金属材料和与其相邻的主船体外板和球鼻艏外板连接处厚度。 0023 进一步的改进在于， 所述低合金高强度金属材料和与其相邻的主船体外板和球鼻 艏外板连接处采用平滑连接。 0024 进一步的改进在于， 所述低合金高强度金属材料的质量配比百分比包括 ： 碳不大 于0.2 ； 硅不大于0.55 ； 磷不大于0.045 ； 硫不大于0.045 ； 钒不大于0.2 ； 铌不大于0.06 ； 铊 不大于 0.2 ； 铝不大于 0.7 ； 铬不大于 1.2 ； 镍在 0.45 到 1.5 之。
16、间 ； 锰在 1.3 到 1.6 之间。 0025 进一步的改进在于， 所述采用焊接工艺用的焊剂就是低合金高强度金属材料。 0026 进一步的改进在于， 所述焊剂的质量配比百分比包括 ： 碳不大于 0.15 ； 硅不大于 0.8 ； 磷不大于 0.03 ； 硫不大于 0.03 ； 钒不大于 0.05 ； 铝不大于 1.8 ； 铬等于 0.15 ； 镍在 2 到 2.6 之间 ； 锰在 1.75 到 2.25 之间， 钼在 0.35 到 0.65 之间。 0027 进一步的改进在于， 所述焊剂可以替代低合金高强度金属材料， 直接将球鼻艏外 板与主船体外板焊接成型即可。 0028 本发明具有以下优。
17、点 ： 0029 高强度材料， 一般而言其塑性比常规的低强度材料差， 而脆性却比常规的低强度 说 明 书 CN 103144739 A 4 3/7 页 5 材料好， 并且随着强度的提高， 高强度材料的塑性降低， 脆性特征越来越明显。 并且， 高强度 材料在一定的低于常规的低强度材料的应变情况下， 会发生断裂， 并且裂纹扩展较快。 本发 明运用高强度材料的这种脆性断裂性质， 在不降低球鼻艏结构强度的前提下， 利用高强度 材料的破坏， 实现控制球鼻艏与主船体结构发生分离， 达到船舶碰撞防护的目的。 0030 （1） 球鼻艏处材料的替换是在不降低球鼻艏本身强度的条件下进行。 0031 （2） 已有技。
18、术是通过设法让球鼻艏结构能发生大面积的变形， 通过球鼻艏结构的 变形来吸收船舶碰撞的动能， 而本发明中的装置是通过使球鼻艏折断， 减小球鼻艏的长度， 从而降低伸出的球鼻艏刺穿对方船舶的货舱舱壁的可能性这个方面来实现碰撞的防护的。 0032 （3） 已有技术 ( 专利号 ： JP2004314825) 是通过使用屈服强度较低的金属材料， 设 法让球鼻艏结构在碰撞过中容易发生弯曲变形， 通过球鼻艏结构的弯曲变形来降低碰撞接 触力。 而本发明中的装置是通过使球鼻艏折断， 减小球鼻艏的长度， 从而降低伸出的球鼻艏 刺穿对方船舶的货舱舱壁的可能性这个方面来实现碰撞的防护的。 附图说明 0033 图 1A。
19、 一种主动分离型球鼻艏结构的示意图 ； 0034 图 1B 一种主动分离型球鼻艏结构的示意图 ； 0035 图 2A 对应于图 1A 的 A-A 横向剖面的示意图 ； 0036 图 2B 对应于图 1B 的 A-A 横向剖面的示意图 ； 0037 图 3A 对应于图 1A 的 B-B 横向剖面的示意图 ； 0038 图 3B 对应于图 1B 的 B-B 横向剖面的示意图 ； 0039 图 4 主动分离型球鼻艏结构水平 C-C 剖面示意图 ； 0040 图 5 主动分离型球鼻艏结构的水平 C-C 剖面， D 区域局部放大视图 ； 0041 图 6 船舶碰撞示意图 ； 0042 图 7 主动分离型。
20、球鼻艏碰撞效果示意图 ； 0043 图 8 本发明制造方法工艺流程图。 0044 图中 ： 1. 主船体 2. 被碰撞船货舱区 3. 被碰撞船外壳 0045 4. 被碰撞船纵向舱壁 5. 球鼻艏 6. 球鼻艏外板 7. 高强度材料 0046 8. 主船体外板 9. 横向强框架 10. 横向普通框架 具体实施方式 0047 实施例一 ： 0048 下文将对这种主动分离型球鼻艏做详细的描述， 包括使用高强度材料替换普通的 低碳钢材料。 这种高强度材料具有一定的特性， 这些特性包括 ： 屈服强度高， 较明显的脆性， 低的断裂应变值。 0049 在船体上使用主动分离型球鼻艏， 可以极大地减小球鼻艏对于。
21、对方船舶的威胁。 在高能量的撞击过程中， 通过使该段高强度材料发生破坏而实现球鼻艏与住船体分离， 减 小球鼻艏对于对方船船体结构的破坏 ； 在低能量的撞击过程中， 高强度材料基本上处于弹 性范围内， 球鼻艏的变形基本上能恢复到其原始的形状， 并保持足够的完整性， 以抵抗以后 的撞击。 说 明 书 CN 103144739 A 5 4/7 页 6 0050 具体地参见附图， 图 1A 和图 1B 按照本发明技术方案所设计的两种主动分离型球 鼻艏结构的示意图， 如图 1A 和图 1B 所示 ： 其中黑色区域部分 7 为高强度材料 7， 其余结构 的形式以及尺寸可以按照现行的船舶建造规范来确定。 0。
22、051 高强度材料 7 的厚度按照材料等强度替换的原则来确定， 如 ： 常规情况下板厚为 18mm 的屈服强度为 235MPa 的球鼻艏外板 6， 替换为屈服强度为 690MPa 的高强度材料板 7， 板厚可以选为 (18235)690=6.13(mm) 就能满足初步的强度要求。 0052 高强度材料 7 沿着船长方向 （纵向） 的尺度 ： 0053 该船肋距为 L0， 高强度材料 7 的纵向长度可以为 （1% 100%） L0。 0054 高强度材料7的纵向布置位置 ： 高强度材料7布置在防撞舱壁以前， 最好布置在球 鼻艏内部的横向强框架 9 的前端， 具体的位置可以按照横舱壁的位置以及使用。
23、的要求来确 定， 如图 1 所示， 该高强度材料 7 布置在横向强框架 9 的前方。 0055 高强度材料 7 与常规船体材料的焊接过渡 ： 为了防止由于板厚的变化引起的板连 接处的应力集中， 要保证在不同厚度板之间要平滑过渡， 可采用打磨等工艺使焊接部位平 整光滑。 0056 以下是几组可供选择的低合金高强度材料的化学成分， 但需要注意的是本发明可 供选择的高强度材料并不局限于所列的几组。 0057 表 1 ： 几组低合金高强度材料的化学成分质量配比百分比 0058 0059 以下是上述几组可供选择的低合金高强度材料的力学性能， 但需要注意的是本发 明可供选择的高强度材料并不局限于所列的几组。
24、。 0060 表 2 ： 几组低合金高强度材料的力学性能 0061 说 明 书 CN 103144739 A 6 5/7 页 7 0062 以下是几种可供选择的适用于焊接上述高强度材料的焊剂以及焊接方法， 但需要 注意的是本发明可供选择的用于焊接高强度材料的焊剂和焊接方法并不局限于所列的几 种。 0063 表 3 ： 可选择的现有技术焊剂 0064 0065 选择上述的一组低合金高强度材料以及对应的焊接方法， 并运用上述的安装方 法， 本领域普通技术人员能清楚方便地实现本发明所述的技术方案。 0066 实施例二 ： 0067 为实现本专利所述的技术方案， 一种更为简洁的替代方案是 ： 用本发明。
25、的高强度 材料焊剂将主船体外板和球鼻艏外板连接在一起。 由于焊剂本身已经具有低合金高强度材 料的各种力学性能， 所以， 可以完全不需要选择合适的低合金高强度材料， 也不需要制造成 型， 而是直接用本发明的高强度材料焊剂将现有主船体外板和球鼻艏外板焊接在一起即可 起到相同的脆性主动断裂性能。 0068 以下是可供选择的本发明的几组低合金高强度材料焊剂， 但需要注意的是本发明 可供选择的高强度材料焊剂并不局限于所列的几组。 0069 表 4 ： 本发明的几组低合金高强度材料焊剂的化学成分质量配比百分比 0070 说 明 书 CN 103144739 A 7 6/7 页 8 0071 表 5 ： 本。
26、发明的上述几种低合金高强度材料焊剂对应的力学性能 0072 组屈服强度 /MPa抗拉强度 /MPa伸长率 /% 1 400490 620 20 2 470550 690 19 3 610690 830 16 4 680760 900 15 0073 选择上述的任一组本发明的低合金高强度材料焊剂， 并运用上述的安装方法， 本 领域普通技术人员能够清楚方便地实现本发明所述的技术方案。 0074 实施例三 ： 0075 在球鼻艏外板与主船体外板连接部位， 也可以部分安装所述低合金高强度金属材 料。如图 1B 所示， 所述低合金高强度金属材料的上下部分采用错位安装方式也可， 图 2B 的 A-A 向剖。
27、视图清晰地表明了上部分材料是低合金高强度金属材料， 下部分材料是现有球鼻 艏外板材料 ； 在球鼻艏外板与主船体外板连接部位， 也可以采用间隔安装所述低合金高强 度金属材料的方式， 未图示。 0076 如图 6， 按照上述的方法制造的主动分离型球鼻艏 5， 当船舶碰撞发生时， 球鼻艏 5 与被碰撞船货舱区 2 发生接触， 由于主船体 1 存在一定的航速， 球鼻艏 5 会撞击被碰撞船货 舱区 2 的舷侧使船舶货舱区 2 的被碰撞船外壳 3 发生变形。由于被碰撞船货舱区 2 也存在 一定的向前的速度， 沿着被碰撞船货舱区 2 的行进方向， 球鼻艏 5 与被碰撞船货舱区 2 的舷 侧会有相对的运动。一。
28、方面由于球鼻艏 5 嵌入到被碰撞船外壳 3 之中， 相对的运动会导致 被碰撞船外壳3对球鼻艏5有一个推挤作用 ； 使球鼻艏5承受巨大的弯矩和横向的剪力 ； 另 一方面， 由于球鼻艏5与被碰撞船外壳3之间存在着相对运动， 二者之间存在相当大的摩擦 力， 摩擦力的效果是使球鼻艏 5 结构承受了很大的剪力。 0077 当碰撞的能量比较大时， 因为高强度材料 7 处的板比相邻的板材厚度薄， 该位置 说 明 书 CN 103144739 A 8 7/7 页 9 处的应力比较大， 当该位置处的应力达到该高强度材料的断裂应力时， 该处的结构发生断 裂， 高强度材料 7 结构发生迅速破坏， 碰撞船舶 1 的球。
29、鼻艏 5 的尖端与碰撞船舶的主船体结 构实现快速分离。 0078 如图 7， 由于主船体 1 与被碰撞船货舱区 2 的相对运动依然存在， 球鼻艏 5 的前端 会在被碰撞船外壳 3 的作用下， 随着被碰撞船外壳 3 一起运动， 然后与主船体 1 的主船体外 板 8 脱离， 从而实现球鼻艏 5 与主船体 1 的主船体分离。 0079 如果此时主船体 1 还存在较大的航速， 继续向前运动， 继续作用于被碰撞船货舱 区2。 这个时候， 由于球鼻艏5的长度缩短， 并且两船接触界面的面积增大， 球鼻艏5的前端 嵌入被碰撞船货舱区2的可能性大大减小， 从而可以避免被碰船舶纵向舱壁4的破坏， 起到 碰撞防护的作用。 0080 以上所述仅为本发明的较佳实施方式， 本发明的保护范围并不以上述实施方式为 限， 但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化， 皆应纳入权 利要求书中记载的保护范围内。 说 明 书 CN 103144739 A 9 1/3 页 10 说 明 书 附 图 CN 103144739 A 10 2/3 页 11 ( 图 4) ( 图 5) ( 图 6) 说 明 书 附 图 CN 103144739 A 11 3/3 页 12 ( 图 7) ( 图 8) 说 明 书 附 图 CN 103144739 A 12 。