铝合金带筋板船体结构的生产设计要求

铝合金带筋板船体结构的生产设计要求

作者：丁长成

来源：《农家科技下旬刊》2019年第04期

摘要：在现代船舶结构设计中，铝合金带筋板的应用越来越广泛。铝合金带筋板具有重量轻、结构强度高等优点，但它的价格昂贵;因此，必须做好铝合金带筋板船体结构的生产设计。本文将就这一方面的问题展开阐述，希望本文可以为船舶设计的同行们提供一些帮助。

关键词：铝合金带筋板;船体结构;设计要求

现代船舶设计，要求不断提高船舶航速，不断压缩船舶设计时间，不断降低船体结构重量。而铝合金带筋板则可以同时满足上述要求。

一、铝合金带筋板的优点

1.铝合金带筋板

常见的船舶材料有碳素钢、合金钢、铸铁等。但钢材容易被海水腐蚀，而且塑性较差，不易挤压成型。铝合金的强度接近钢，但塑性却超过钢，可通过挤压工艺加工成各种形状、各种截面的型材。

用挤压工艺制成的含有型材的铝合金板便是带筋板。

2.铝合金带筋板的优点

（1）自重轻，耐腐蚀性高

铝合金带筋板与钢材相比，减去了三分之二的重量。它的表面有致密的氧化物保护膜（又称钝化膜），不易被海水腐蚀。

（2）结构尺寸精度高

钢型板必须由人工安装、焊接，而铝合金带筋板在挤压模具中一次成型，其断面接近标准平面，其整体稳定性也远在钢型板之上。

（3）残余应力小

安装、焊接的钢型板中，压缩残余应力达到基准应力的70%。而挤压型铝合金带筋板中的残余应力普遍小于20MPa。

二、铝合金带筋板船体结构的生产设计要求

1.正确选择带筋板

设计带筋板时，不仅要考虑其刚度、强度、稳定性，也要考虑其经济性。设计师应根据船体结构的具体情况选择适宜的带筋板：主船体结构应选择强度更高的带筋板，上层建筑结构则可选择强度较低的带筋板。

带筋板的最大尺寸不能超过长12000毫米，宽3000毫米。

2.带筋板布置方向

布置带筋板，通常采用纵向布置。

若设计成传统的板架结构，须对带筋板的间板与横梁上缘进行焊接，在横梁腹板上开孔使骨材穿过，再焊接连接横梁腹板与带筋板面板之间的肘板。

采用板架结构，纵骨间距宜为200毫米，纵骨跨距宜为500毫米，横梁长度宜为800毫米，骨材与带筋板横截面积宜为1144平方毫米，骨材与带筋板剖面惯性矩宜为

5482512mm4，横梁剖面惯性矩宜为1706506 mm4。

若设计成悬挂式结构，则将横梁搭在纵骨上，通过点焊进行定位，再焊接横梁腹板与带筋板面板之间的肘板。

采用悬挂板架，纵骨间距宜为200毫米，纵骨跨距宜为500毫米，横梁长度宜为800毫米，骨材与带筋板横截面积宜为1144平方毫米，骨材与带筋板剖面惯性矩宜为548252mm4，横梁剖面惯性矩宜为2258160mm4。

带筋板上的筋应等间距布置，板架结构上的横梁同样采用等间距布置。

而后，应设置纵桁、横向框架。为提高船体横向承载力，横向框架应设计为连续框架。

3.焊接带筋板

铝合金熔点较低，膨胀系数较大，因此，必须严格控制焊接工艺的各项参数。

采用手工钨极氩弧焊焊接板厚1.5～3毫米的铝合金时，钨极直径应在2～3毫米之间，焊丝直径应在2～3毫米之间，焊接电流应在40～110安培之间，氩气流量应在每分钟4～10升之间，喷嘴直径应在8～12毫米之间，焊接层数应为1層。

采用手工钨极氩弧焊焊接板厚4～8毫米的铝合金时，钨极直径应在3～5毫米之间，焊丝直径应在3～5毫米之间，焊接电流应在100～250安培之间，氩气流量应在每分钟8～14升之间，喷嘴直径应在10～14毫米之间，焊接层数应在1～3层之间。

采用手工钨极氩弧焊焊接板厚10～12毫米的铝合金时，钨极直径应在5～6毫米之间，焊丝直径应在5～6毫米之间，焊接电流应在240～250安培之间，氩气流量应在每分钟12～16

升之间，喷嘴直径应在12～16毫米之间，焊接层数应在3～4层之间。

采用熔化极半自动焊焊接板厚8～10毫米的铝合金时，钨极直径应在5～6毫米之间，焊丝直径应在1.6～2.5毫米之间，焊接电流应在140～280安培之间，氩气流量应在每分钟25～30升之间，喷嘴直径应在20毫米左右，焊接层数应为1层（或1层的正反两面）。

采用熔化极半自动焊焊接板厚12～14毫米的铝合金时，钨极直径应在6毫米左右，焊丝直径应在2.5～3毫米之间，焊接电流应在260～300安培之间，氩气流量应在每分钟25～30升之间，喷嘴直径应在20毫米左右，焊接层数应为2层（或1层的正反两面）。

采用熔化极自动焊焊接板厚10毫米的铝合金时，钨极直径应在25～40毫米之间，焊丝直径应在3毫米左右，焊接电流应在280～310安培之间，氩气流量应在每分钟30～40升之间，喷嘴直径应在28/17毫米左右，焊接速度应在25～40厘米/分钟之间，焊接层数应为1层1

面。

采用熔化极自动焊焊接板厚20毫米的铝合金时，钨极直径应在25～40毫米之间，焊丝直径应在4毫米左右，焊接电流应在460～520安培之间，氩气流量应在每分钟35～45升之间，喷嘴直径应在28/17毫米左右，焊接速度应在25～40厘米/分钟之间，焊接层数应为1层1

面。

采用熔化极氩弧焊焊接带筋板纵向对接缝，容易出现偏离。因此，可采用搅拌摩擦焊，一次性完成带筋板对接缝与腹板角接缝的焊接。采用这种焊接方式，产生的残余应力较小。

三、结语

做好带筋板的生产设计，可以提高材料的利用率，控制材料成本，提高船体设计制造质量;并且可以推动铝合金船舶的创新发展。

参考文献：

[1]王伟. 铝合金船体结构的极限强度数值与试验研究[D] .哈尔滨工程大学， 2017 .

[2]黄木. 船用铝合金带筋板典型结构强度研究[D] .哈尔滨工程大学， 2015 .