鋁合金在造船業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展

1、鋁合金在造船業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展技術(shù)與裝備何梅瓊/HeMeiqiong鋁合金在造船業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展Applicationsofaluminumalloysinshipbuilding概述Summarize鋁合金應(yīng)用于造船業(yè)已有近百年的歷史,隨著國(guó)內(nèi)外造船業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展.船舶的輕量化越來(lái)越被重視,減輕船體自重,提高船速,尋求代替鋼鐵部件的鋁合金材料,已成了鋁加工工業(yè)和造船業(yè)面臨的重要課題.用鋁合金造船有許多優(yōu)點(diǎn),因而鋁材在船舶上的應(yīng)用發(fā)展得很快,造船業(yè)為鋁材提供了廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)船舶用鋁合金的主要種類Mainkinds0faluminumalloysusedinshipsandboats船舶用鋁合金

2、產(chǎn)品按板,型材,管,棒,鍛件和鑄件的分類見表1.表1船用鋁合金的產(chǎn)品種類船舶用鋁合金的性能Propertiesofaluminumalloysusedinshipsandboat優(yōu)點(diǎn)excellence鋁合金具有比重和彈性模量小,耐腐蝕,可焊接,易加工,無(wú)磁性和低溫性能好等特點(diǎn).用于船舶世界有色金屬2005年第11期中具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)由于其比重小,因而可減輕船重,可減小發(fā)動(dòng)機(jī)單機(jī)容量,可增加速度;可減少燃料耗費(fèi),節(jié)約燃油;可以改善船的長(zhǎng)寬比,增加穩(wěn)定性,使船易于操縱;還可以增加載重量,獲得額外利潤(rùn).(2)由于抗腐蝕性能好,能減少涂油等維修費(fèi)用,可延長(zhǎng)使用年限(通常在20年以上).(3)加工

3、成形性能好,易于進(jìn)行切割,沖壓,冷彎,成形和切削等各種形式的加工,適合船體的流線化;可擠壓出大型寬幅薄壁型材.減少焊縫數(shù)和使船體結(jié)構(gòu)合理化和輕量化.(4)焊接性能好,能較容易地進(jìn)行焊接.(5)彈性模量小,吸收沖擊應(yīng)力的能力大,有較大的安全性(6)鋁廢料容易回收.可以循環(huán)使用.(7)無(wú)低溫脆性,最適合做低溫設(shè)備.(8)由于非磁性,羅盤不受影響;全鋁船可以避免水雷攻擊,適合作掃雷艇.(9)沒有蟲害和干燥變形;不燃燒,遇火災(zāi)較安全.當(dāng)鋁合金用于海上船舶時(shí),不論是哪個(gè)部位,都或多或少會(huì)與海水接觸,或受到海水飛沫和海洋大氣的侵襲,因而會(huì)受到一定的腐蝕.下面就一些鋁合金的耐腐蝕性能進(jìn)行敘述.船用鋁合金在海

4、水中的耐蝕性能Anticorrosionpropertyofaluminumalloysusedinshipsinseawater海水是一種典型的電解質(zhì)溶液,鋁合金在海水中的腐蝕過(guò)程,實(shí)際上是電化學(xué)腐蝕過(guò)程.鋁合金在海水中的腐蝕主要為點(diǎn)蝕.船體結(jié)構(gòu)用的5000系合金在海水中的腐蝕速度十分緩慢,尤其是低鎂合金耐蝕性更好.6000系船用合金在海洋氣氛下具有充分的耐蝕性.因此.在船舶及碼頭中常常使用5000系和6000系合金.一26鑄造鋁合金的腐蝕性能Corrosivepropertyofcastaluminumalloy鋁合金的腐蝕是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程,既受環(huán)境影響,又與合金的性質(zhì)有關(guān).環(huán)境因素有溫

5、度,濕度,運(yùn)行,攪拌,壓力,腐蝕介質(zhì)和雜散電流等;合金的性質(zhì)因素有成分,組織或組織不均勻性,應(yīng)力或應(yīng)力不均勻性等.另外,電極電位不同的兩種金屬或合金互相接觸時(shí),也會(huì)發(fā)生腐蝕.表2列出了一些船舶用鋁合金的電極電位.表2鋁合金的電極電位(單位:v)鋁合金電極電位0.87-0.86-0.85-0.840.83-0.83-0.825383鋁合金的優(yōu)勢(shì)Advantageof5383aluminumalloy5383合金可用于要求焊接牢固的鋁構(gòu)件(從船體到上層結(jié)構(gòu)).5383合金用作船上結(jié)構(gòu)件時(shí)具有優(yōu)良的耐腐蝕性能.就小船(<50m)而言,可使船材尺度得以改進(jìn),例如巡邏艦艇的結(jié)構(gòu)重量的減輕,

6、工作船的強(qiáng)度增強(qiáng)以及豪華游艇內(nèi)部空間的增大在大船(>50m)方面,可提高強(qiáng)度和疲勞抗力,可使巡邏艦艇上層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步輕量化,在提高穩(wěn)定性的同時(shí)不會(huì)影響強(qiáng)度或耐蝕性.5383合金與5083合金相比,焊接強(qiáng)度提高15%;在相同的船材尺度下,可提高安全范圍;在縮減或改善船材尺度時(shí),可有效減輕重量;另外還具有較強(qiáng)的耐腐蝕性和較高的疲勞強(qiáng)度.對(duì)5383合金基體和焊接金屬試樣進(jìn)行晶間腐蝕(IGC)和應(yīng)力腐蝕(SCC)試驗(yàn)(酸性試驗(yàn)和ASTMG44)以及ASSET試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明其抗腐蝕性能明顯比標(biāo)準(zhǔn)的5083合金還要好.加速時(shí)效(IO0C下人工時(shí)效7天),自然暴露(海洋環(huán)境和浸泡)以及各種經(jīng)

7、歷測(cè)試表明,5383合金的長(zhǎng)期耐腐蝕性能明顯優(yōu)于5083合金.應(yīng)用ApplicationsTechnology&Equipment鋁合金在民用船上的應(yīng)用Applicationofaluminumalloytocivilships1891年.瑞士的EcherWyss公司首次建造了一艘8人乘坐的湖上全鋁汽艇;1892年,法國(guó)建造了第一艘全鋁汽艇;以后,其它國(guó)家相繼建造了鋁質(zhì)船艇.但是,由于當(dāng)時(shí)鋁合金強(qiáng)度不大,耐腐蝕性能較差(A1一Cu系合金),從而限制了在造船業(yè)中的應(yīng)用.20世紀(jì)3040年代.冶金工業(yè)為造船業(yè)提供了抗蝕性能較好的6061T6合金和AlMg系合金,鋁合金在造船上的應(yīng)用

8、又重新發(fā)展起來(lái).1931年英國(guó)建造了材料為AlMg系合金的”Diana”鋁質(zhì)游艇.1940年,美國(guó)建造了第一艘全鋁飛船,它外形是魚雷形狀.長(zhǎng)25m,最高時(shí)速可達(dá)72km.1945年日本建造了”阿拉卡塞”號(hào)全鋁巡視艇.20世紀(jì)5060年代.鋁的TIG焊接技術(shù)得到了發(fā)展.美國(guó)又先后開發(fā)出5086一H32和5456一H32鋁合金板材,5086一H111和5456一H11l鋁合金型材.這一時(shí)期鋁材在造船業(yè)上的應(yīng)用發(fā)展較快,如水翼艇,郵船,漁船,油船,駁船,拖船,渡輪,沼氣運(yùn)輸船,游艇,客輪以及小型船艇都開始使用鋁合金建造船體和上層結(jié)構(gòu).1958年,我國(guó)首次建造了全鋁鉚接結(jié)構(gòu)的水翼艇.接著許多國(guó)家也相繼

9、建造了鋁合金船.20世紀(jì)7080年代,隨著鋁材的開發(fā),鋁價(jià)的下降和TIG,MIG隋性氣體保護(hù)焊接法的采用,以及船舶結(jié)構(gòu)的合理化和輕量化越來(lái)越被重視,鋁材在船舶上的應(yīng)用發(fā)展得更陜,鋁合金已成為在造船工業(yè)很有發(fā)展前途的材料.70年代中期,相繼建成了數(shù)艘1213萬(wàn)m大型鋁合金LNG(液化天然氣)船,到目前為止全世界已有幾十艘這樣的船,每艘LNG船大約需要28003100t5083鋁合金厚板,Moss球形儲(chǔ)罐使用的板厚為3060mm,環(huán)球中部達(dá)170mm.20世紀(jì)80年代以后,小型和中型鋁合金游艇,客輪和高速船的發(fā)展很快,利用鋁合金建造這些船的例子已不勝枚舉.鋁合金在軍用艦艇上的應(yīng)用Applicati

10、onofalu-minumalloytowarships從造船學(xué)方面講.結(jié)構(gòu)的輕量化意味著速度更高,操作成本更低,操作靈敏l生更高,行程更遠(yuǎn),維護(hù)少以及可用性更高,這些優(yōu)勢(shì)引起了各方的注意.一27一WORLDNONFERR0USMETALS2005.11嘶牝姍眠啡6技術(shù)與裝備鋁合金在高速飛艇上的軍事應(yīng)用已得到全世界的認(rèn)同,該種飛艇常用于突擊,搜索和營(yíng)救以及后勤等任務(wù).從19世紀(jì)20年代起,鋁合金就廣泛應(yīng)用于軍艦.1926年,美國(guó)在軍艦上大量應(yīng)用鋁合金.此后,美國(guó),蘇聯(lián),中國(guó)等國(guó)家在航空母艦,巡洋艦,驅(qū)逐艦,潛艇,魚雷陜艇,巡邏艇,炮艇和登陸艇上應(yīng)用鋁合金的實(shí)例也屢見不鮮造船廠目前可以提供的鋁制

11、艦艇范圍也較廣.包括:巡邏艇和輔助性軍事飛艇(海岸警衛(wèi)隊(duì),海關(guān),搜索和營(yíng)救服務(wù),漁業(yè)保護(hù)),快速攻擊艇.甚至部隊(duì)運(yùn)輸用的大型高速渡輪鋁合金在船用碼頭上的應(yīng)用Applicationofaluminumalloytowharfage船用碼頭設(shè)備如跳板,浮橋和過(guò)道是由6005A或6060鋁合金型材焊接制成的,浮塢是由5754鋁合金板焊接而成的不漏水廂體,結(jié)構(gòu)或浮塢都不需要作涂漆或化學(xué)處理.肋板方面木料和鋁型材的結(jié)合形成一個(gè)完美無(wú)缺的整體,極好地與海岸景象融合在一起.第一個(gè)由鋁合金制造的系船池于1970年在法國(guó)建成,經(jīng)驗(yàn)表明,這些設(shè)備具有顯著的機(jī)械阻力.由于所使用的5000系和6000合金具有優(yōu)異的耐

12、蝕性,因而不需要進(jìn)行維護(hù).鋁合金在近海平臺(tái)上的應(yīng)用Applicationofaluminumalloytoplatform鋁及鋁合金在近海平臺(tái)建設(shè)方面的使用中表現(xiàn)出許多優(yōu)勢(shì).由于鋁合金的耐蝕性強(qiáng),維護(hù)頻率降低,使得維護(hù)成本大幅下降.這對(duì)于與之類似而又難以維護(hù)的近海橋梁的結(jié)構(gòu)而言是十分重要的.除了節(jié)省維護(hù)成本外,還可降低原始成本:如運(yùn)送成本更低,制作更容易,安裝更快捷.另外.金屬鋁具有特殊的比強(qiáng)度,意味著重量的大幅減少(是相同鋼結(jié)構(gòu)的50%一70%).已證明,鋁的耐用性很高,因此,鋁合金常常比其它結(jié)構(gòu)材料更耐用,可以在另一平臺(tái)的建造中重復(fù)使用.此外,鋁具有較高的剩余價(jià)值,可以回收鋁合金在工作船上

13、的應(yīng)用Applicationofaluminumalloytoworkingships鋁制工作船要求的維護(hù)較少,使用時(shí)間更長(zhǎng),行世界有色金屬2005年第11期駛速度更快;毫無(wú)疑問(wèn),捕魚船或任何其它海洋業(yè)有必要做這種投資.經(jīng)驗(yàn)表明,任何一種鋁質(zhì)小型船只都可以使用數(shù)十年,而不會(huì)遭受任何明顯的腐蝕.這種船只的退役通常是出自技術(shù)過(guò)時(shí)的緣故.而非鋁結(jié)構(gòu)的老化.總的說(shuō)來(lái),5000和6000系鋁一鎂合金優(yōu)異的耐海洋性氣候,特別是耐海水浸蝕性能現(xiàn)已得到大家認(rèn)可鋁合金在LNG(液化天然氣)貨船上的應(yīng)用ApplicationofaluminumalloytocargoshipscarryingLNG建造LNG貨船

14、主要有兩大技術(shù):隔板(膜片)或MossRosenberg.MossRosenberg型船只的特征是有較大的球形儲(chǔ)罐(每只船至少5個(gè)),它們是由較寬的鋁鎂合金板材制成的.采用一種特殊的高電流氣態(tài)金屬焊接工藝將其焊接在一起.船舶用鋁合金的發(fā)展前景Developmentalprospectsofaluminumalloysusedinshipindustry對(duì)于作為交通工具的船舶來(lái)說(shuō),提高速度是其改進(jìn)和發(fā)展的主要技術(shù)指標(biāo)之一.目前,在各種交通運(yùn)輸工具中,船舶運(yùn)輸?shù)乃俣劝l(fā)展最慢.而提高其速度的最有效方法一是減輕船重.二是采用減小水阻力方法,這兩種方法的有機(jī)結(jié)合.使得鋁合金高速船艇正在飛速發(fā)展中.LNG(液化天然氣)可代替石油作能源,在石油發(fā)生危機(jī)時(shí),對(duì)它的需要將變得更迫切.LNG是把天然氣在低于一162C的低溫下液化而成的.因此在LNG的貯藏和運(yùn)輸中需要低溫I生能好的金