|
Een schip moet varen!
Jan Quist / Stork FDO Amsterdam
Proloog
Er zullen weinig reders zijn wie de titel van dit artikel niet ter harte gaat. Een schip moet immers varen. Daarvoor is het gebouwd. Elk uur dat het stil ligt, kost geld. Echter, de meeste reders zullen van tijd tot tijd geconfronteerd worden met stilligtijd als gevolg van averij of schade aan de voortstuwingsinrichting. De reparatie van dergelijke schades, maar veel meer nog de stilligtijd, levert dan een forse kostenpost op. Het is dan ook zaak om dergelijke schades zo efficiënt mogelijk aan te pakken. En even belangrijk is het om zeker te stellen dat dezelfde schade niet nog een keer kan optreden. In dit artikel wordt aan de hand van enkele casussen getoond hoe een schadeonderzoeker een belangrijke bijdrage kan leveren aan het vinden van de primaire oorzaak van de schade en tevens welke bijdrage hij kan leveren aan een zo efficiënt mogelijke aanpak van de schade.
Casus A: Scheurvorming in een roerkoning
Tijdens een periodieke inspectie van een schip in een haven in het Verre Oosten werd vastgesteld dat scheuren aanwezig waren in de roerkoning (grootste diameter 600mm, lengte ca. 8m), direct onder de uithouder. Omdat de betreffende rederij meerdere schepen van hetzelfde type in bedrijf had, waren bij oplevering twee extra roerkoningen meegeleverd. Echter, deze roerkoningen waren al gebruikt als vervanging voor roerkoningen met dezelfde soort schade. Er was dus sprake van een probleem: er zou gerepareerd moeten worden. Een nieuwe roerkoning had namelijk een lange levertijd. Echter, het 25CrMo4 staal waarvan de roerkoning is gemaakt is niet het meest eenvoudige staal om lasreparaties aan uit te voeren. Aangezien men ook nog in het duister tastte voor wat betreft de oorzaak van de scheurvorming werd besloten een schadeonderzoeker in te schakelen. Op dat moment lag al een compleet draaiboek gereed voor het demonteren van de gescheurde roerkoning, het uitslijpen van de scheuren, het weer vollassen en het spanningsarm gloeien na het lassen.
De omvang van de schade
Een van de eerste zaken die opvielen bij het doornemen van het dossier was dat de opgegeven scheurdieptes in de al eerder afgekeurde roerkoningen (maximaal 6.8 mm) met een zekere scepsis bekeken moesten worden. De daarvoor gebruikte techniek (Ultrasoon A-scan) is namelijk niet geschikt voor het bepalen van scheurdieptes van die orde van grootte. Daarom werd geadviseerd om de scheurdieptes opnieuw to laten meten met behulp van de AC Potential Drop techniek. Uit deze metingen bleek dat de maximale scheurdiepte bij deze twee roerkoningen 2.4 mm bedroeg, dus substantieel kleiner dan de gerapporteerde maximale scheurdiepte. Omdat de scheuren in de nu gescheurde roerkoning met dezelfde techniek (Ultrasoon A-scan) bepaald waren, mocht verwacht worden dat ook deze scheuren in werkelijkheid (veel) kleiner zouden zijn dan de gerapporteerde waarde van maximaal 5 mm.
De aard van de scheurvorming
Een wat moeilijker te beantwoorden vraag was, wat de oorzaak van de scheurvorming was. Besloten werd om hiervoor aanvullend onderzoek uit te voeren aan de eerder afgekeurde roerkoningen. Om de roerkoningen niet te beschadigen was het uitnemen van monsters niet gewenst.
In aanvulling op het visuele onderzoek en het magnetische scheur-onderzoek zijn daarom op enkele plaatsen replica's gemaakt om meer informatie te verkrijgen over de aard van de scheuren. Met behulp van de replica's kon vastgesteld worden dat het ging om transkristallijne scheuren. Hoewel op basis van de beschikbare gegevens het faalmechanisme nog niet onomstotelijk kon worden vastgesteld, werd geconcludeerd dat het naar alle waarschijnlijkheid ging om vermoeiingsscheuren. Aanwijzingen daarvoor waren de plaats waar de scheuren optraden en het visuele vóórkomen van de scheuren.
De oorzaak van de scheurvorming
De volgende vraag was door welke dynamische belastingen de vermoeiingsscheuren veroorzaakt konden worden. Het leek niet waarschijnlijk dat de normaal op de roerkoningen uitgeoefende belastingen de scheuren hadden veroorzaakt. Daarom werd in een andere richting gezocht, namelijk het optreden van transiënte belastingen. Transiënte belastingen zijn belastingen die niet continu aanwezig zijn maar optreden gedurende beperkte tijd en onder specifieke condities. In dit geval werd specifiek gedacht aan belastingen die worden veroorzaakt door interferentie met dynamische belastingen van buitenaf. Om een indruk te krijgen aan wat voor soort belastingen gedacht moest worden, werd geadviseerd om eigenfrequentiemetingen uit te voeren op de roerkoning inclusief het roer. Deze metingen leverden een opmerkelijk resultaat op. De eerste eigenfrequentie van de genoemde samenstelling bleek vrijwel gelijk te zijn aan de frequentie van de pulsen van de schroef tijdens varen op vol vermogen. Dit betekende dus dat de roerkoning tijdens varen op vol vermogen continu "opgeslingerd" werd, hetgeen tot zeer hoge dynamische belastingen kan leiden. De primaire oorzaak voor de opgetreden scheurvorming was daarmee met grote waarschijnlijkheid vastgesteld.
De aanpak van de reparatie
Zoals gezegd lag er al een uitgewerkt plan gereed voor het repareren van de scheuren door middel van uitslijpen en vollassen. Het uitvoeren van deze reparatie zou echter vrij duur zijn en, nog belangrijker, de doorlooptijd lang. Aan deze methode kleefde echter ook nog een ander bezwaar: in de reparatielassen zouden, ook na spanningsarm gloeien, restspanningen in het materiaal achter blijven. Dit is nadelig voor wat betreft het vermoeiingsgedrag van de roerkoning. Daarom werd een alternatieve aanpak voorgesteld die bestond in het zeer geleidelijk en vloeiend uitslijpen van de scheuren (over 100 mm aan weerszijden van de scheuren) gevolgd door shot peening. Shot peening introduceert drukspanningen in het materiaal vlak onder het oppervlak waardoor de kans op initiatie van vermoeiingsscheuren sterk gereduceerd wordt. Omdat er op de locatie waar de reparatie moest plaatsvinden geen gekwalificeerde firma voor het uitvoeren van het shot peenen aanwezig was, moest dit deel van het reparatievoorstel vervallen. De "reparatie" door alleen vloeiend uitslijpen van de scheuren werd voorgelegd aan de surveyor van de classificatiemaatschappij, en akkoord bevonden.
Zo bleek het dus mogelijk om een relatief lastig probleem op een eenvoudige, maar vooral ook snelle manier, op te lossen.
Voor wat betreft de oplossing van het probleem werd in eerste instantie gedacht aan het veranderen van de eigenfrequenties van de roer/roerkoningcombinatie door het volstorten van het holle roer met beton. Door de ontwerper werd deze oplossing echter, om onbekende reden, afgeraden. Derhalve moest er iets aan de constructie, bijvoorbeeld de uithouder, veranderd worden. Dit is verder door de engineeringafdeling van de rederij zelf uitgewerkt.
Casus B: Het afbreken van twee trekstangen
Binnen twee weken na elkaar braken twee trekstangen van twee verschillende cilinders van een motor van een koopvaardijschip. In beide gevallen was de schade aan de motor fors. Was in het eerste geval nog uitgegaan van een incident, na het optreden van het tweede geval ontstond hierover twijfel. Daarom werd besloten een schadeonderzoek te laten uitvoeren. Ten behoeve van het onderzoek werden de uiteinden van de twee trekstangen ter beschikking gesteld . In figuur 1 is zichtbaar dat de breukvlakken behoorlijk beschadigd en sterk corrosief aangetast waren. Verder is te zien dat op beide delen resten van een soort kit aanwezig zijn (zie de pijlen). Overleg met de reder leverde op dat de kit waarschijnlijk gebruikt was als afdichting van de gaten waar de trekstangen doorheen steken, in plaats van de voorgeschreven 0-ringafdichting tussen de cilinderkop en de cilinder.
Figuur 1. De twee monsters voor het onderzoek. De zwarte pijlen wijzen naar kitresten.
Het onderzoek aan het breukvlak wees uit dat de trekstangen bezweken waren door vermoeiing. Een van de twee breukvlakken is weergegeven in figuur 2. Op twee plaatsen zijn vermoeiingsscheuren geïnitieerd (zie de twee pijlen in figuur 2).
Figuur 2. Een van de twee breukvlakken van de onderzochte trekstangen Ter plaatse van de twee pijlen zijn vermoeiingsscheuren geïnitieerd.
Bij het macroscopisch onderzoek van het oppervlak van de twee monsters werd vastgesteld dat de coating die de bouten moest beschermen, beschadigd of deels geheel verdwenen was (zie figuur 3). Op die beschadigde locaties, maar ook op plaatsen waar de coating ogenschijnlijk nog intact leek, werd een groot aantal scheurtjes in omtreksrichting waargenomen.
Figuur 3. Op veel plaatsen was de coating op de trekstangen beschadigd of zelfs deels verdwenen.
Bij een van de twee breuken kon overtuigend vastgesteld worden dat de vermoeiingsscheur geinitieerd was op enkele van deze scheurtjes (zie figuur 4). Bij de andere breuk was de relatie minder eenduidig - bij het initiatiepunt waren minder scheurtjes aanwezig - maar de conclusie was toch wel gerechtvaardigd dat de vermoeiingsscheuren tot een en dezelfde oorzaak te herleiden waren.
Figuur 4. Ter plaatse van het initiatiepunt van een van de (hoofd-) vermoeiingsscheuren is in het oppervlak een groot aantal kleine scheurtjes aanwezig. Het stapsgewijze verloop in het breukvlak geeft duidelijk aan dat de hoofdscheur is geïnitieerd op de kleinere scheurtjes.
Omdat het breukvlak sterk gedeformeerd was als gevolg van het tegen elkaar slaan van de breukvlakken leverde onderzoek in de rasterelektronenmicroscoop weinig nieuwe informatie op. Om de aard van de kleine scheurtjes vast te stellen zijn enkele dwarsdoorsneden gemaakt over deze scheurtjes, welke metallografisch onderzocht zijn. Dit leverde beelden op zoals weergegeven in figuur 5. De scheurtjes waren fijn van aard en deels of geheel gevuld met producten van oxidische aard. Op basis van deze resultaten werd geconcludeerd dat deze scheurtjes eveneens het karakter hadden van vermoeiingsscheurtjes, maar dat de initiatie, en wellicht ook de groei er van, had plaatsgevonden in combinatie met corrosie.
Figuur 5. Beeld van een dwarsdoorsnede over een scheurtje. Het scheurtje is grotendeels gevuld met oxidische producten. Aan het uiteinde treden zeer fijne vertakkingen op (zie de twee pijlen).
Tevens kon bij het metallografisch onderzoek vastgesteld worden dat de hoofdscheur bij beide breukvlakken transkristallijn van aard was, hetgeen de voorlopige karakterisering van de twee breuken als vermoeiingsbreuken ondersteunde.
De conclusie van het onderzoek was dat de trekstangen gefaald hadden door vermoeiing onder invloed van de dynamische belastingen die inherent zijn aan de functie van deze onderdelen, en dat de hoofdscheuren geinitieerd waren op enkele van de in een eerder stadium geinitieerde kleinere scheurtjes. Deze kleinere scheurtjes hadden eveneens het karakter van vermoeiingsscheurtjes, maar de initiatie er van was met grote waarschijnlijkheid veroorzaakt of bevorderd door gelijktijdige corrosieve aantasting. De corrosieve aantasting op zijn beurt was weer bevorderd c.q. veroorzaakt door de beschadiging van de coating.
Er werd geadviseerd om de overige trekstangen te onderzoeken op oppervlaktescheurtjes. De opdrachtgever nam echter geen enkel risico meer en liet alle trekstangen vervangen door nieuwe met een beter beschermende coating.
Epiloog
In de twee beschreven casussen is geschetst welke rol een schadeonderzoeker kan spelen in het efficiënt omgaan met schades. In het tweede geval had de inbreng van de schadeonderzoeker nog groter kunnen zijn, namelijk indien hij vanaf het begin bij de eerste schade betrokken zou zijn geweest. Dan had de tweede schade niet hoeven op treden. Natuurlijk is het achteraf gemakkelijk praten. En het is ook niet verwonderlijk dat in eerste instantie gedacht wordt aan een incident. Maar een ervaren schadeonderzoeker ziet in veel gevallen al direct aan het breukvlak dat het om vermoeiingsschade gaat. En hij weet ook dat vermoeiingsschades relatief zelden veroorzaakt worden door incidenten, zoals bijvoorbeeld de aanwezigheid van een materiaalfout. Met die wetenschap gewapend zou hij ongetwijfeld geadviseerd hebben om de overige trekstangen te inspecteren op de aanwezigheid van vermoeiingscheuren dan wel van de kleinere scheurtjes waarop de hoofdscheur bij de twee gebroken trekstangen is geïnitieerd.
Hierboven zijn slechts twee casussen besproken. Maar bij tal van andere schades spelen dezelfde factoren een rol. Zo worden bijvoorbeeld regelmatig schadeonderzoeken uitgevoerd op lagerschalen. In bijna alle gevallen is het schip al lang en breed weer in de vaart voordat de schalen bij het laboratorium binnen komen. Het is dan vaak moeilijk om een antwoord te krijgen op vragen die van belang zijn om het onderzoek optimaal te kunnen uitvoeren. Met de huidige digitale mogelijkheden moet het echter niet moeilijk zijn om al voor het demonteren van de lagers een schadeonderzoeker in te schakelen, bijvoorbeeld door het maken en verzenden van een aantal digitale foto's. Op die manier wordt de onderzoeker in staat gesteld om cruciale gegevens betreffende de schade op te vragen alvorens deze door de reparatie verdwenen zijn. Last but not least zij nog vermeld dat de kosten van een schadeonderzoek in verreweg de meeste gevallen slechts een fractie zijn van de kosten van een tweede “incident”, om over de gevolgschade nog maar te zwijgen.
Stork FDO is onderdeel van Stork Materials Technology (SMT), een geheel zelfstandig operende groep van test en kalibratie laboratoria met meer dan 20 vestingingen in Europa en Amerika. SMT geeft toegang tot een onafhankelijk team van specialisten op het gebied van schadeonderzoek, inspecties, materiaalkeuringen, producttesten, NDO, kalibratie, en geometrische meettechniek.
Als u geen prijs stelt op verdere berichtgeving via Storklink, stuur ons dan een e-mail, we zullen u direct uit ons mailingbestand verwijderen.
|
