陳佳銘

（廣州奧億浦船舶技術服務有限公司，廣東 廣州 511455）

0 引言

在進行船舶設計和制造時，選用適宜的材料與材質在很大程度上將直接關系到船舶的總體性能。鋁合金在其密度、強度、耐腐蝕性、塑性等各個方面都具有較大優(yōu)勢，其在船舶及海洋工程中有著廣泛的應用，對其性能起著非常重要的作用。當然，隨著行業(yè)的不斷進步發(fā)展，必須重視新材料技術的研發(fā)和應用，從而更好地體現(xiàn)性能優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢，促進行業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展。由此可見，增強鋁合金在船舶工程中的廣泛應用具有非常重要的實際意義[1]。

1 鋁合金的特性與性能分析

1.1 鋁合金的特性

鋁合金是工業(yè)生產(chǎn)中應用最為廣泛的有色金屬結構材料之一，因其自身優(yōu)勢和特點，被廣泛用在船舶及海洋工程、航空航天、汽車等眾多領域。伴隨著工業(yè)經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)對鋁合金材料的性能和焊接標準要求越來越苛刻。與其它金屬材料相比，鋁合金具有以下典型特征：

1）密度小。一般鋁合金的密度為2.7 ～2.8 g/cm3，而常用結構鋼的密度為7.85g/cm3，其密度約是常用結構鋼的1/3。

2）具有很高的強度。雖然鋁合金的密度相對較小，但其強度很大，接近或超過優(yōu)質鋼。

3）具有良好的塑性。鋁合金具有良好的塑性，可加工成各種板材、型材、管材、棒材、鍛件和鑄件，從而大大擴大其應用范圍。

另外，鋁合金還擁有很強的耐腐蝕性，且導電性和導熱性都非常好。通過熱處理工藝在鋁合金中的應用，可以有效提高鋁合金的力學性能和物理性能，進而有效提高鋁合金的應用效果。

1.2 鋁合金的性能

鋁合金密度相對較小，但強度很大，接近或超過優(yōu)質鋼，此外，還具有良好的塑性，可加工成各種型材，具有良好的導電性、導熱性以及耐腐蝕性，因其諸多優(yōu)勢被廣泛應用在工業(yè)上，其使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以通過熱處理獲得良好的力學性能、物理性能和耐腐蝕性能[2]。硬鋁合金屬Al-Cu-Mg 系，通常還有數(shù)量較少的錳，能夠進行熱處理。其優(yōu)點為硬度較強，缺點為塑性差。超硬鋁屬Al-Cu-Mg-Zn 系也可以進行熱處理，以達到材料強化的目的，在常溫條件下是具有較高強度的鋁合金，其缺點是材料的耐腐蝕性差，在高溫條件下易軟化。鍛鋁合金主要是Al-Zn-Mg-Si 系合金，材料內(nèi)所含的元素種類較多，但數(shù)量較少，由于鍛鋁合金熱塑性優(yōu)異，可廣泛應用于材料的鍛造[3]。

2 鋁合金在船舶中的使用現(xiàn)狀

目前，由于鋁合金自身的優(yōu)勢和特點，船舶技術中已經(jīng)開始大量用鋁合金材料替代傳統(tǒng)的大密度材料，從合金的作用形式上來看，常用的有 Al-Mg 系和Al -Si-Mg 系鋁合金，這類材料具有良好的強度、耐腐蝕性、抗沖擊能力等，被廣泛應用在船舶的外板、壁板、甲板、肋骨、龍骨等[4]。在當前的鋁合金技術升級和完善過程中，可以發(fā)現(xiàn)通過材料本身的改革和優(yōu)化以及船舶設備設施結構的分析，能夠讓最終成品的船舶設備設施能夠符合船舶的穩(wěn)定運行要求。另外這類設備設施使用也可以在很大程度上降低船舶的排水量，在原有的基礎之上裝配更多的新型設備設施[5]。

3 鋁合金在船舶及海洋工程中的應用前景

3.1 LNG 船舶的儲罐制造

通常情況下，海洋油氣資源開采平臺運行時，由于距離海岸線的距離較遠，無法通過建成油氣運輸管道等方式完成運輸工作，所以通常采用LNG 船完成運輸任務。對于船舶來說，其本身排水量較大，并且受限于空間參數(shù)，需要通過建成LNG 儲罐的方式提高運輸能力。LNG 儲罐材料和大量裝置采用鋁合金，其原因是鋁合金的密度更低，可以在同重量的情況下提高該儲罐的容量，儲罐制造常用的鋁合金材料型號為5083，該項技術在 20 世紀就已經(jīng)獲得了全面廣泛的使用，通常情況下，儲罐的壁厚為 160 mm，在使用時可以發(fā)揮有效的存儲低溫保持工作，并發(fā)揮天然氣等資源的安全存儲作用，防止在運輸過程中出現(xiàn)泄漏以及爆炸事故的發(fā)生[6]。

3.2 船用碼頭的建設運行

目前所有碼頭區(qū)域多采用土木材料以及鋼鐵材料建設而成，其在海水的長期侵蝕之下，發(fā)現(xiàn)這類材料的穩(wěn)定度逐漸下滑，同時這類材料的日常運維工作難度較高，單次運維過程都需要投入大量資金，與當前的使用標準不符。而鋁材料的使用成本相對較低，并且日常維護過程的難度下降，可以用來制造碼頭浮塢，使用的鋁合金型號通常是 5754，通過當前的實際檢測效果上來看，采用鋁合金材料制造碼頭的各類構件時，能夠大幅降低該系統(tǒng)的運維成本，并提高運行壽命[7]。另外在后續(xù)的使用過程，鋁合金材料本身的耐腐蝕效果較好。但需要注意的是，由于鋁合金材料相對來說焊接難度較高，所以各類基礎構件的建設過程可以考慮如何把這類設施拼接，防止焊接后形成原電池。

3.3 海上直升機平臺建設

無論是對于海上油氣開采平臺還是海上資源勘測平臺，都需要建成直升飛機的起落平臺，而直升機平臺由于面積較大，所以采用傳統(tǒng)的鋼材會導致自身重量大幅增加。為解決這一問題，可以采用鋁合金材料完成整個停機坪的建設工作，從鋁合金材料的自身特點和參數(shù)上來看，一方面其密度較低，使得整個直升機停機坪的本身重量大幅降低，減輕平臺的日常運行壓力[8]。另一方面鋁合金材料的抗振動水平、抗彎性能等都能緩解直升機起落過程對于平臺造成的沖擊，同時其具備的抗腐蝕能力也能夠達到標準。另外當前的平臺建設工藝大量采用拼接工作模式，取代原有的焊接方法，最大限度地防止焊接過程中由于各類質量保護工作的缺陷而導致的平臺本身無法穩(wěn)定運行。

3.4 應用于油氣開采鉆桿

在開發(fā)海洋油氣資源時，鉆桿是其必不可少的鉆井設備。其材料性能的好壞直接關系到油氣生產(chǎn)的效率和鉆桿的使用年限。鋁合金鉆桿的使用降低了與孔壁的摩擦阻力，提高了鉆進速度和鉆進深度。綜上所述，鋁合金鉆桿在海洋油氣資源開發(fā)中的應用最大限度地發(fā)揮了其耐腐蝕性的優(yōu)勢?？梢姡X合金是海洋油氣資源開發(fā)中必不可少的材料，其應用前景非常廣闊[9]。

4 鋁合金在船舶工程中應用的具體細節(jié)

1）裝配精度。相對于普通鋼船標準，裝配鋁合金船體裝配精度會更高一些。在裝配拼版過程中，0.55 mm 是提前預留出的錯開度。骨架裝配時，應確保骨架間距、位置偏差和對接間隙在一定范圍內(nèi)。在裝配艙壁時，應嚴格控制好外板間隙精度和位置偏差精度。

2）裝配期間，工作人員需要嚴格控制裝配順序，建議從中間開始，然后在兩端裝配。鋁合金船體分段施工時，先確定中心龍骨和船舯，然后再拼裝兩側肋骨段。這種裝配方法是在船舯基礎上進行，實施難度較大，但不會出現(xiàn)很大誤差，施工精度相對高[10]。

5 結語

鋁合金不僅具有很高的強度，而且還有重量輕、耐腐蝕性強等優(yōu)點,已被廣泛應用于許多領域。充分發(fā)揮鋁合金在我國船舶及海洋工程中的應用優(yōu)勢，將極大地促進船舶及海洋工程的繁榮發(fā)展。因此，增強鋁合金在船舶及海洋工程中的應用研究具有非常重要的價值。由此可以得出鋁合金在造船中的主要應用是Al-Mg 系和Al -Si-Mg 系，其中舷窗、桅桿、船舷、龍骨和艙壁等可采用鋁合金。同時，為了進一步提高鋁合金的性能，更好地為船舶工業(yè)服務，應加大對鋁合金性能的研究，將其原有性能提高到一個新的水平。