древесина какого дерева используется в кораблестроении
Древесные породы в судостроении
Крупнейший склад продукции из лиственницы в Санкт-Петербурге
Все сорта, более 1000м3 продукции в наличии.
В судостроении используются несколько хвойных пород деревьев. Это лиственница, сосна, ель и кедр. Рассмотрим их свойства и особенности применения.
Сосна
Одна из самых распространенных хвойных пород в России. Она растет в чистых сосновых рощах и смешанных лесах. Порода является ядровой, спустя некоторое время после сруба ядро становится темным и хорошо заметным. Обычно ядро красноватого оттенка, заболонь желтоватая.
Древесина имеет хорошо заметную структуру, сердцевинные лучи не просматриваются, виден переход от ранней части древесины к поздней, где располагается больше всего смоляных ходов.
В судостроении из сосновых пиломатериалов изготавливают настилы для палуб, леса, устройства стапелей, перекрытия, ограждения и подмостья.
Лиственница
Порода также является ядровой, обладает узкой белой заболонью, ядро красновато-бурое. Ранняя и поздняя древесина сильно отличаются по оттенкам. Ранняя – светлая, поздняя – темных оттенков, иногда бурая.
Древесина имеет еле заметные смоляные ходы, в судостроении используется для настила полов в трюмах, плинтусов, галтелей, обрешетника и других элементов. Лиственница применяется в самых сложных конструкциях, которые будут испытывать большие нагрузки.
Ель распространена так же, как и сосна. Поэтому она имеет недорогую древесину. Отличается высокой спелостью. Цвет дерева белый с желтизной. Дерево имеет широкую заболонь, которая по оттенку практически не отличается от более поздних слоев.
Поздняя древесина развита слабо, но бывает заметна благодаря более темным оттенкам. Ель имеет редкие смоляные ходы, которые проглядываются на срезе в виде точек.
В судостроении древесину ели используют для вспомогательных конструкций и тех деталей, которые не соприкасаются с водой и сыростью.
Порода также является ядровой. Заболонь и ядро имеют практические одинаковые оттенки. Заболонь широкая, годичные кольца просматриваются на срезе. Ранняя древесина хорошо заметна и переходит к поздней части постепенно. Поздняя часть узкая, представлена темной полосой. На пиломатериалах из кедра всегда многочисленные крупные смоляные ходы. В судостроении используется для деталей набора и обшивки.
Все вышеперечисленные породы деревьев имеют высокую прочность и плотность в пределах 80-110 Н/мм2. Также они отличаются сравнительно небольшим весом и простотой обработки.
Древесина и древесные материалы
Древесина — один из древнейших и непревзойденных конструкционных материалов, широко применяемых в судостроении. Натуральная древесина представляет собой анизотропный материал природного происхождения, обладающий относительно высокой механической прочностью, малой объемной массой, хорошей обрабатываемостью, легкодоступностью и низкой стоимостью.
С течением времени масштабы применения древесины как строительного материала постепенно сокращаются, но и в настоящее время она еще используется достаточно широко для изготовления корпусов судов, катеров, яхт и шлюпок; оборудования и отделки помещений; судовой мебели; обрешетников; зашивки изоляции; настилов палуб; межкаютных выгородок; деталей судовых устройств; судового снабжения; аварийно-спасательного имущества; инвентаря и др. В составе современного металлического судна удельное значение древесины и древесных материалов составляет около 10 % массы корпуса. Древесина используется также для вспомогательных нужд судостроительного производства: изготовления настила спусковых дорожек, кильблоков, клеток, упоров, подстав, строительных лесов, ограждений, спусковых устройств и для других аналогичных целей.
Присущие древесине недостатки — горючесть, низкая биостойкость, влажность, анизотропность физических и механических свойств и зависимость их от влажности — существенно ограничивают ее применение в судостроении.
Древесина изготовляется из лиственных и хвойных пород деревьев. К лиственным относятся береза, бук, дуб, клен, орех, ясень. К хвойным — ель, лиственница, пихта, сосна, кедр. Самой распространенной в судостроении породой древесины является сосна. Она отличается достаточной биостойкостью и прочностью. Сосна применяется для корпусов деревянных судов; настилов наружных палуб; обрешетников в жилых, служебных и рефрижераторных помещениях; зашивки изоляции и для вспомогательных нужд.
По прочности, биостойкости и негорючести лиственница превосходит все хвойные породы древесины. В связи с удаленностью мест произрастания лиственницы от судостроительных предприятий в судостроении она применяется весьма ограниченно.
Ель по сравнению с сосной имеет более низкие механические свойства, меньшую стойкость к гниению, при высыхании склонна к образованию трещин. Она ограниченно используется для настилов внутренних палуб, обрешетников, зашивки изоляции и для вспомогательных нужд.
Кедр хорошо сопротивляется влаге, его древесина сохраняется в воде. Этот материал применяется для корпусов деревянных судов, настилов, палуб, мебели, обрешетников, является заменителем сосны.
Пихта по сравнению с елью имеет более низкую биостойкость, повышенную хрупкость и склонность к растрескиванию. Она ограниченно используется для изготовления спусковых устройств, строительных лесов, ограждений и для вспомогательных нужд.
Лиственные породы древесины имеют красивую текстуру и широко применяются для отделочных работ на судах. Текстурой называется естественный рисунок на разрезах древесины, характерный для каждой породы дерева и образуемый различным расположением волокон, сердцевинных лучей, видом годичных колец и т. д. Текстура древесины во многом определяет ее декоративную ценность.
Древесина березы тяжелая, твердая и упругая. Во влажной атмосфере быстро загнивает и разрушается. Используется для отделки кают, мебели, изготовления фанеры.
Бук имеет красивую текстуру, хорошо обрабатывается и применяется для отделочных работ.
Из дуба вырабатывают тяжелую, прочную, биостойкую древесину с красивой текстурой, используемую для корпусов деревянных судов, мебели и отделки помещений.
Ясень по прочности и пластичности превосходит дуб, обладает высокой упругостью и гибкостью. Древесина ясеня применяется для изготовления весел, гнутых деталей корпуса, мебели и столярных изделий.
Как выглядит корабельная сосна
Содержание статьи
Что такое корабельный лес
Во времена расцвета парусного кораблестроения суда почти целиком изготовляли из древесины. Для этой цели использовался так называемый строевой лес, к которому предъявлялись строгие требования по весу, прочности, форме ствола и упругости. Сложнее всего было подобрать подходящее дерево для мачты парусного судна, поскольку она должна быть устойчивой к серьезным нагрузкам, которые возникали при сильном ветре.
Традиционно для изготовления основных частей корпуса парусника использовали дуб, тик, лиственницу и сосну. Эти породы древесины лучше всего подходили для устройства каркаса корабля, его обшивки и настила палубы. Для изготовления мачт чаще всего подбирали особую корабельную сосну, отличавшуюся прямым стволом и достаточным обхватом. На внутреннюю оснастку и отделку судов, которая требовала меньшего количества материала, шли другие породы древесины: ель, ясень, ценное красное дерево, акация.
В ряде государств, где кораблестроение было одной из ведущих отраслей хозяйства, существовали охраняемые насаждения и целые массивы леса, который был предназначен исключительно для постройки судов. В России само понятие «корабельный лес» ввел царь Петр, который в первые годы XVIII века своим указом учредил корабельные рощи, которые бывали лиственными и хвойными. Здесь под контролем государства произрастали особо качественные породы сосны, лиственницы и дуба. Обычные хозяйственные рубки в корабельных лесах были строго запрещены.
Корабельная сосна
В строительстве кораблей чаще всего употреблялось несколько видов корабельной сосны. К ним относится желтая сосна, которая в большинстве своем растет в средней полосе России. Ее упругая, прочная и крепкая древесина шла на постройку надпалубных элементов конструкции, в том числе на мачты, стеньги и реи.
Характерная для северных районов красная сосна с ее сухой древесиной использовалась для обшивки, а также шла на палубный настил. Белая сосна растет, как правило, в заболоченной местности. Она отличалась худшим качеством, а потому применялась для тех деталей, которые не требовали исключительной прочности и не несли серьезной нагрузки.
Древесина корабельной сосны обычно умеренно смолистая, с твердой сердцевиной. Чтобы достичь такого состояния, дерево должно расти несколько десятков лет в благоприятных условиях. Лучшие экземпляры корабельной сосны достигали возраста в сто лет, имели до 40 м в высоту и до полуметра в диаметре.
Древесина какого дерева используется в кораблестроении
Корабельный лес. — До половины нынешнего столетия суда строились исключительно из дерева. Лес, употреблявшийся для этой цели, должен был удовлетворять, кроме обыкновенных требований строевого леса (см.), еще и особенным условиям постройки судов — по форме, прочности, весу и упругости (последние два условия касаются мачтовых деревьев). Эти условия относятся главным образом к деревьям, идущим на главные части корпуса судна: набор, поперечный и продольный, обшивку, палубные настилки и рангоут. Породы деревьев, служившие для последних целей, следующие: дуб, тик, сосна и лиственница. Те же деревья употребляются и при постройке железных судов, хотя в гораздо меньшем количестве. На мелкие поделки и внутреннее устройство судна идут, как в деревянных, так и в железных судах: ясень, ель, красное дерево, акация, баккаут и проч.
Дуб. — В кораблестроении употребляется преимущественно дуб, растущий в западных губерниях и дуб итальянский (адриатический). Как самое прочное и крепкое дерево, дуб служил для основных частей корпуса судна: киля, штевней, шпангоутов, привальных брусьев, ватервейсов, бинсом и т. д.; для погибистых частей шел дуб итальянский, который доставлялся преимущественно в кривых кряжах. Вследствие присутствия в древесине дубильной кислоты железное крепление в дубе скоро ржавело и разъедалось, поэтому в деревянных судах дубовые части крепились медными или цинкованными болтами; в железном же судостроении он употребляется в основном лишь на поделки внутри судна; на ватервейсы в батарейных и жилых палубах, на подушки и пяртнерсы вокруг мачт при деревянных мачтах; на фундаменты предметов, устанавливаемых на палубах, начиная с батарейной и ниже; на карнизы и пороги каютных переборок, рундуков и различных других помещений; на трапы ниже жилой палубы; на выделку анкерштоков (исключительно дуб западных губерний).
Тик растет в Индии (на Малабарском и Мульмейском берегах), юго-восточной Азии и на островах Яве и Цейлоне. Прочность и крепость такая же, как и дуба; недостаток его — подвергается червоточине. Дубильной кислоты в себе не содержит, потому употребляется вместо дуба на внешних частях корпуса железных судов: на деревянные кили, ватервейсы верхней палубы, наружные буртики; на подушки по наружному борту; на настилку под орудиями, шпилями, битеньгами и стопорами цепных канатов; на пяртнерсы железных мачт во всех палубах, на сходные трапы верхней палубы и проч. В Англии тик употребляется для подкладки за броней.
Сосна. В кораблестроении употребляются три сорта: 1) желтая сосна, растущая в средней части России. Вследствие своей легкости прочности, крепости и упругости идет главным образом на части рангоута. 2) Красная (рудовая) сосна растет в северной полосе России, на местах сухих и возвышенных. Употребляется на деревянную обшивку, как деревянных, так и железных судов, на палубный настил (кроме мест, показанных выше, см. Тик и Дуб), внутреннюю обшивку бортов и трюмных отделений, каютные щиты и т. д. 3) Белая сосна (мендовая) растет на местах болотистых и заливаемых водой. Употребляется на временные работы, не требующие особенной прочности и крепости; на временные леса, рыбины, шергеня, шаблоны, подставы и т. п.
Лиственница растет в северной полосе России. Крепость большая, чем у сосны; не подвергается червоточине, долго сохраняется от гниения и возгорается труднее других пород. В деревянных судах заменяла иногда дуб в прямых частях корпуса судна: киле, киллоне, бимсах и т. д. В броненосных судах употребляется для подкладки за броней; затем служит для поделок внутри судна: ватервейсов, платформ, внутренней обшивки бортов и трюмных помещений, для стапель-блоков и т. п.
Ель легче сосны и имеет меньшую крепость. Употребляется для обшивки речных судов и на различные принадлежности шлюпок: весла, шесты, мачты и т. д.
Красное дерево растет в Вест-Индии (испанское красное дерево) и Центральной Америке (гондурасское красное дерево). Второе более крепкое, первое более красивое. Употребляется для поделок на верхней палубе: комингсы люков, рамы светлых люков, сходные и парадные трапы, сходные рубки и на отделку столярства и мебели в офицерских каютах. При постройке шлюпок употребляется для отделки шлюпок императорских яхт и на обшивку минных катеров.
Акация — растет в южной России и Северной Америке. Употребляется преимущественно для производства нагелей, для крепления деревянной обшивки.
Ясень — растет в Европе и северной Азии; отличается гибкостью и упругостью, но непрочен. Употребляется при постройке шлюпок на внутреннюю отделку (банки, заспинники, решетки, планширы, пиллерсы), на весла, флагштоки, тентовые стойки и т. п.); на каютные и столярные работы. Остальные породы деревьев при кораблестроении редко употреблялись, особенно для главных частей судна: На внутреннюю же отделку судов, кроме поименованных, идут самые разнообразные породы (орех, липа, карельская береза, птичий глаз [сахарный клен], палисандр и т. д.). Ср. «Мачтовое искусство» (1861, СПб., гл. VII); Окунев, «Кораблестроение» (1867, ч. II); Tredgold’s, «Elementary principles of carpentry» (1856); Ляслет, «Лес и строевое дерево». (перевод с англ., СПб. 1878).
Сведения о материалах, применяемых для постройки малых деревянных судов
Дерево само по себе, время рубки, процесс сушки представляют интерес для фирм торгующих лесом и лесозаготовителей, которые покупают лес на корню, режут на пиломатериалы и хранят. Конструктора и строителя судов интересуют данные по прочности, долговечности, возможности обработки, стоимость древесины и т.п. Помимо учета перечисленных факторов они должны полагаться в своей работе на свою квалификацию и опыт.
Из всего разнообразия пород древесины, распространенных на постсоветском пространстве, для постройки корпусов судов могут использоваться не более десятка – отличающиеся влагостойкостью и прочностью. Для изготовления наружной обшивки пригодны хвойные породы, содержащие в своих волокнах смолу и дуб, в древесине которого имеются дубильные вещества, препятствующие загниванию.
Наибольшее применение в малом судостроении получили сосна, ель, лиственница, кедр, дуб и ясень, а из импортируемых пород – красное дерево различных разновидностей и гондурасский кедр.
изготовления килей, штевней и других частей продольного и поперечного набора.
Сибирский кедр – легкая (объемный вес 0,44 т/м 3 ), достаточно прочная (90 н/мм 2 ), плотная порода древесины, хорошо обрабатывается. Применяется для изготовления обшивки и деталей набора.
Кроме перечисленных пород древесины в ограниченных объемах применяются: пихта – для изготовления деталей набора меньшей крепости и стойкости в переменных условиях влажности; тик – для изготовления обшивки и настила палуб; каштан – для изготовления деталей обшивки, бук – для изготовления мебели и внутренней отделки помещений; береза – для изготовления фанеры или шпона.
Из пород красного дерева в судостроении наиболее часто используют махагони. Эта древесина имеет красивую текстуру коричневато-красного или коричневатого цвета, плотная, твердая и тяжелая (объемный вес 0,54-0,75 т/м 3 ). Отличается малым поглощением влаги, высокой стойкостью против гниения, мало коробится и очень редко трескается. Эта порода широко применяется для наружной обшивки, переборок и отделки внутренних помещений судов высшего класса.
Влажность – содержание влаги в древесине в процентном отношении к ее массе определяет не только основные технологические свойства древесины, но и устойчивость формы готовых конструкций и их прочность.
В высушенной на воздухе древесине содержание влаги составляет около 15%. Это среднее значение колеблется в зависимости от времени года, влажности и температуры воздуха. При постройке судов применяются древесину с содержанием влаги от 12 до 18%. Применение более сухого материала ведет к тому, что при набухании древесины в готовой конструкции ее линейные размеры увеличиваются, появляются большие нагрузки, вследствие которых возможно разрушение несущих связей, крепежа и потеря плотности соединений. С другой стороны обработка заготовок из древесины влажностью выше 20% затруднена, а клеевые соединения получаются непрочными.
Если деталь делать из сырой древесины, то при сушке размеры ее поперечного сечения сильно изменяются (рис. 3.1,а). В радиальном направлении (от сердцевины ствола наружу) – размер сечения уменьшается на 1,5-1,7%, а в тангенциальном направлении (по касательным линиям к годичным кольцам) – до 2,6-2,8%. Усушка вдоль волокон составляет лишь 0,1-0,15% так, что ее можно не учитывать. В таком же процентном отношении происходит и увеличение размеров заготовок при их разбухании.
В современном судостроении с усушкой и набуханием борются путем изоляции древесины от проникновения в нее влаги. В самом современном ее виде это наблюдается у фанеры. Фанера принимает исключительно мало воды, т.к. клетки древесины, уменьшенные методом усушки до 6-8%, благодаря современной изоляции почти не впитывают влагу.
Влажность древесины измеряется достаточно точно с помощью взвешивания образцов в сушильных камерах на точных весах настроенных на ноль или гигрометрами на основе измерения электрического сопротивления.
Так как усушка пиломатериалов в различных направлениях неодинакова, она сопровождается короблением – потерей плоской формы, а иногда и растрескиванием. В наибольшей степени коробление происходит в пиломатериалах, вырезанных из заболонной части бревна – ближе к коре.
Рис.3.1. Зависимость усадки заготовок из древесины от способа распиловки бревна (а);
допустимое расположение годовых колец в досках обшивки (б) и планках для ламиниро-
ванных конструкций (в). Указанные на рисунке проценты усадки относятся к сушке дре-
весины на воздухе с 15% влажности до 6%
Долговечность, прочность и плотность древесины являются важными факторами для постройки судов. На основании результатов исследований различных институтов были установлены классы долговечности. В среднеевропейских условиях породы древесины оценивают по
продолжительности ее службы в годах для неконсервированной древесины при ее контакте с землей. Продолжительность использования древесины, подвергнутой консервации, конечно, существенно больше и легко увеличивается при хранении в воде только один сезон. Прочность древесины в зависимости от ее породы и приложения нагрузки различна. Самую высокую прочность древесина имеет при действии нагрузки вдоль волокон. При сжатии вдоль волокон образец разрушается уже в случае действия примерно половины напряжений, достигаемых при разрушении его от растяжения. При растяжении поперек волокон 1 /16 часть прочности на растяжение вдоль волокон. В случае сжатия поперек волокон образец разрушается при напряжениях от 10 до 20% напряжений на разрыв при растяжении вдоль волокон. Эти напряжения являются также основой для расчета разрушающих напряжений при изгибе.
Плотность древесины находится во взаимосвязи с прочностью и, некоторым образом, также с долговечностью сделанных из нее деталей. Чем прочнее и долговечнее древесина, тем, к сожалению, она тяжелее. Поэтому детали, на которые в меньшей степени влияют погодные условия и большие нагрузки, изготавливают из более легкой древесины.
Для деталей набора непригодны рейки, брусья и доски, имеющие косослой – отклонение волокон от прямого направления, параллельного кромке
рейки на величину более 8-10% (8-10 мм на метр длины заготовки). Косослой заметно снижает прочность деталей и при эксплуатации судна приводит к их растрескиванию. В ограниченном количестве косослойные рейки можно использовать в ламинированных деталях.
Являясь материалом органического происхождения, древесина подвержена грибковым заболеваниям, особенно при плохой защите деталей. В этом случае процесс гниения быстро распространяется по всей конструкции корпуса. В первой начальной стадии гниения древесина изменяет свой цвет без разрушения клеток и снижения прочности волокон. Гнилостные окраски на начальной стадии загнивания должны удаляться строганием до здоровой древесины. Древесина, имеющая вторую стадию гниения, удаляется в отходы.
Современное деревянное судостроение невозможно представить без широкого применения фанеры. Благодаря склеиванию нескольких слоев шпона вдоль и поперек волокон достигается приблизительно одинаковая прочность фанеры в обоих направлениях.
По технологии производства фанера бывает рулонной или ножевой, в зависимости от способа порезки заготовки древесного ствола. Для рулонной фанеры заготовку распускают спиралеобразным раскручиванием. Для ножевой фанеры заготовку распускают ножом, расположенным тангенциально к основе. Ножевая фанера дороже в изготовлении и ценнее из-за красивой текстуры и гладкой поверхности требующей меньшей обработки и шлифовки.
Фанера для строительства корпусов судов должна изготавливаться из высококачественной древесины без сучков и других дефектов, полосы шпона во внутренних слоях должны быть плотно подогнаны и склеены друг с другом. Склейка слоев шпона должна производится с помощью клеев на синтетической смоле, стойкость которых против действия воды и погодных условий нужно проверять соответствующими испытаниями. Обычно применяют клеи на формальдегидной основе.
В отечественном судостроении применяются следующие марки фанеры: бакелизированная фанера является наиболее прочной и водостойкой. Она выпускается марок БФС и БФВ толщинами 5-12 мм, листами от 1,5 до 5 м длиной. Поверхность бакелизированной фанеры покрыта слоем смолы и выглядит как лакированная. Ею можно обшивать суда, как с остроскулыми, так и с круглоскулыми обводами, предварительно распустив лист фанеры на полосы необходимой ширины. Бакелизированная фанера имеет большой объемный вес до 1,2 т/м 3 и тонет в воде.
Фанера марок БФС изготавливается с применением спирторастворимых смол; у БФВ-1 средние слои водорастворимыми смолами, а рубашки пропитаны спирторастворимыми; БФВ-2 изготавливается полностью на водорастворимых смолах;
– авиационная березовая пятислойная фанера БС-1, БП-1, БПС-1 обладает высокой прочностью и водостойкостью. Она легче бакелизированной. Слои этой фанеры склеены бакелитовой пленкой и смолой С1. Изготавливается в листах толщиной от 3 до 12 мм.;
– для корпусов небольших моторных лодок и шлюпок, при условии тщательного покрытия защитой корпуса, может быть применена строительная фанераФСКили ФК.