一种防止主船体脆性断裂的结构的制作方法

本发明涉及集装箱船制造技术领域，具体为一种防止主船体脆性断裂的结构。

背景技术：

集装箱船可分为全集装箱船和半集装箱船两种，它的结构和形状跟常规货船有明显不同。集装箱船装卸速度高，停港时间短，大多采用高航速，通常为每小时20—23海里。近年来为了节能，一般采用经济航速，每小时18海里左右。在沿海短途航行的集装箱船，航速每小时仅10海里左右。近年来，美国，英国，日本等国进出口的杂货约有70%--90%使用集装箱运输。

随着集装箱船的大型化，船体结构的纵向舱口围和抗扭箱位置大量使用高强度极厚钢板（屈服强度达到390兆帕或460兆帕，厚度在50mm以上）。随之而来的脆性断裂韧性和止裂性能等安全相关的问题日益凸显。钢板厚度的增加会导致脆性裂纹产生的风险也相应增大。一旦在极厚板焊缝中出现裂纹，该裂纹将会沿着焊缝不断传播并使裂纹转向母材。

极厚板在使用中的风险主要是焊接结构的脆性破坏，该破坏通常由两个阶段组成，即在船体结构缺陷（如焊缝的氢致裂纹、未焊透等缺陷）处首先产生疲劳裂纹，然后以相当快的速度扩展，部分或者全部贯穿该结构，使得结构或构件迅速发生破坏，即脆性破坏。为防止其发生脆性破坏，相应的有两个设计准则：一是防止裂纹产生准则(即控制其开裂)；二是止裂性能准则（即控制裂纹的扩展）。前者要求结构的薄弱部位（如焊缝位置）要有一定的抵抗开裂的能力，而后者要求一旦有裂纹产生，材料应该具有足够的能力将其阻止住。

集装箱船自身以及所载运的货物价值非常昂贵，例如2013年商船三井“舒适号”（MOL Comfort）集装箱船断裂沉没，理赔金额据估计达到4亿美元之巨。因此，对容易导致灾难性后果的主船体脆性断裂，有必要考虑多重预防措施。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在使用具有止裂性能的钢板的基础上，采用经过验证的焊接方法，并进行100%超声波无损探伤，设计出对接缝错位的集装箱船船体结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防止主船体脆性断裂的结构,主体为集装箱船，集装箱船舷侧双壳的上甲板上设置有纵向连续式舱口围板及纵向连续式舱口顶板，纵向连续式舱口围板和上甲板位于集装箱船船体中部，纵向连续式舱口顶板焊接连接于纵向连续式舱口围板顶端，纵向连续式舱口围板和上甲板采用具有止裂特性的极厚钢板，极厚钢板的止裂特性经过双重拉伸试验或ESSO试验验证，满足下式要求：

止裂温度CAT≤-10℃，或在-10℃时止裂韧性Kca≥6,000N/mm^3/2

优选的，纵向连续式舱口围板和上甲板的对接缝错位大于300mm。

优选的，纵向连续式舱口围板和上甲板的对接缝焊接工艺经过深缺口试验验证，在-10℃时疲劳切口韧性值Kc与主船体所能承受的最大拉应力σN/mm²以及板厚tmm之间满足下式： N/mm^3/2。

优选的，疲劳切口韧性值Kc在-10℃时不小于3,000N/mm^3/2。

优选的，纵向连续式舱口围板和上甲板在建造阶段的所有对接焊缝采用无损探伤，确保焊缝中的缺陷长度不超过20mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过三重保障，可以将集装箱船主船体结构脆性断裂的风险降低到非常小的程度，有助于显著提高超大型集装箱船的安全性。该结构设计使得超大型集装箱船在生命周期内不在对接焊缝内产生脆性裂纹，即使由于现有技术无法预知的原因引起脆性裂纹，也能够使脆性裂纹在船体发生大规模破坏前停止。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为焊缝深缺口试验试样形状的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种防止主船体脆性断裂的结构,主体为集装箱船1，集装箱船1舷侧双壳的上甲板2上设置有纵向连续式舱口围板3及纵向连续式舱口顶板4，纵向连续式舱口围板3和上甲板2位于集装箱船1船体中部，纵向连续式舱口4顶板焊接连接于纵向连续式舱口围板3顶端，纵向连续式舱口围板3和上甲板2采用具有止裂特性的极厚钢板，极厚钢板的止裂特性经过双重拉伸试验或ESSO试验验证。

集装箱船1的纵向连续式舱口围板3和上甲板2采用具有止裂特性的极厚钢板，钢板的止裂特性经过双重拉伸试验或ESSO试验验证，满足下式要求：止裂温度CAT≤-10℃，或在-10℃时止裂韧性Kca≥6,000N/mm^3/2。

如图2所示，纵向连续式舱口围板3和上甲板2的对接缝5错位300mm以上。

通过两种措施，纵向连续式舱口围板3的对接缝5内产生的脆性裂纹在向主船体传播的过程中，被下方的具有止裂性能的上甲板2所阻止。

对于上甲板2的对接缝5内的脆性裂纹一旦发生，在向集装箱船1主船体传播的过程中无法被下方的船体结构所阻止。因此，验证焊接工艺，确保焊缝的疲劳切口韧性，预防脆性裂纹产生很有必要。

纵向连续式舱口围板3和上甲板2的对接缝5焊接工艺经过深缺口试验验证，要求在-10℃时疲劳切口韧性值Kc≥3,000N/mm^3/2。该疲劳切口韧性要求值由集装箱船1的设计最低服役温度和容许承受的最大拉应力，以及贯穿板厚的最大缺陷尺寸，根据公式求得。试样缺口开设在对接缝5的中心位置或热影响区。满足该疲劳切口韧性值的焊缝，可以确保纵向连续式舱口围板3和上甲板2在对接缝5中的不可避免的缺陷，在交变载荷的作用下发展为肉眼可见的疲劳裂纹的情况下，不会发生脆性断裂。

纵向连续式舱口围板3和上甲板2的对接缝5采用无损探伤检查，确保焊缝中的缺陷大小在允许范围内，在交变载荷的作用下，在船舶的设计寿命内不会生长为肉眼可见的疲劳裂纹。

通过以上在缺陷生长、出现裂纹、裂纹扩展等三个阶段采取的三重保障，可以将集装箱船1主船体结构脆性断裂的风险，降低到非常小的程度，有助于显著提高超大型集装箱船的安全性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。