铝合金在造船业中的应用与发展

铝合金在造船业中的应用与发展

【摘要】随着造船业的发展，船舶的轻量化发展道路越来越要求降低船体重量及提高船舶运行速度。铝合金造船具有比重小、抗腐蚀性能佳、加工成型性能好、焊接性能好、弹性模量小等优点，造船业领域铝合金的应用已有上百年的发展历史。为了适应船舶的轻量化发展，造船业与铝加工工业力求找出一种可替代钢铁的铝合金材料。基于此，本文以造船业领域铝合金的应用与发展展开论述。

【关键词】造船业；铝合金；应用与发展

1 船舶用铝合金的性能

众所周知，目前造船业的轻量化发展离不开铝合金材料的应用，究其原因为铝合金材料具有比重小、抗腐蚀性能佳、加工成型性能好、焊接性能好、弹性模量小等优点（见表1）。

如表1所示，船舶用铝合金具有极佳的抗腐蚀性能，那么铝合金船舶必能有效抵御海水对船舶使用效果与使用寿命的不良影响。海水属电解质溶液，海水对铝合金的腐蚀过程是一种电化学腐蚀过程，具体以表现为点蚀形式。海水对5000系合金的腐蚀速度极其缓慢，其中低镁合金更具耐蚀性；6000系合金对海水的耐蚀性可达到100%。正因如此，5000系合金与6000系合金目前已被广泛应用到船舶领域。此外，铝合金的腐蚀过程相当繁杂，其往往受到合金性质与环境因素的影响，其中环境因素包括湿度、温度、压力、搅拌、杂散电流及腐蚀介质等；合金性质包括应力与组织的不均匀性等。由此可见，船舶用铝合金的应用必须充分考虑其影响因素，由此提高铝合金船舶的综合性能。

2 造船业领域铝合金的应用

由前文可知，船舶用铝合金的诸多优势符合船舶的轻量化发展要求。基于此，铝合金已被广泛应用到民用船、军用舰艇、工作船等领域。本章节主要从上述三个方面浅析造船业领域铝合金的应用。

2.1 民用船领域铝合金的应用

铝合金民用船的历史最早可追溯到19世纪80年代，Echer Wyss公司（瑞士）首次制成湖上全铝汽艇（可容8人）。至此以后，多个国家纷纷制成铝合金汽艇，但当时铝合金的耐腐蚀性能差及强度低，因此造船业对铝合金的应用并未有太大成就。截止20世纪30年代以后，冶金工业的发展才使得造船业领域铝合金的应用价值被重新认识，当时出现抗蚀性能较好的Al-Mg系合金及6061-T6合金。随后，英国、美国、日本相继制成基于Al-Mg系合金的铝合金船舶。20世纪50年代到60年代，造船业领域对铝合金的应用进入一个快速发展时期，期间的典型成就包括铝-TIG焊接技术的发展、5486-H32与5456-H32铝合金板材的开发（美国）、中国全铝铆接结构水翼艇的制成。20世纪70年代到80年代，受到铝

价下调、MIG/TIG隋性气体保护焊接技术发展及船舶结构轻量化与合理化要求的影响，造船领域对铝合金的应用进入一个全新的时期，期间共制成数十艘12万～13万m3大型铝合金LNG船。自20世纪80年代以来，各种大中小型铝合金游艇被制成。

2.2 军事艇领域铝合金的应用

造船学方面认为船舶结构的轻量化便可提高船速、降低操作成本、提高操作灵敏度、延长行程、减少维护。基于此，铝合金被广泛应用到军事舰艇领域，由此完成突击或搜救等艰巨任务。自19世纪20年代以来，军舰领域便开始用到铝合金材料，其中美国军舰对铝合金的应用最为普遍。现阶段，造船厂已拥有制造多种铝合金舰艇的技术，如快速攻击艇、辅助性军事飞艇、巡逻艇及大型高速渡轮等。

2.3 工作船领域铝合金的应用

实践证实，铝合金工作船具有使用寿命长、维护要求低、行驶速度快等优点，其中铝合金小型船的使用寿命至少几十年，且外力对其的腐蚀非常小。针对退役的铝合金船只，其往往因制造技术落后所致。5000与6000系铝镁合金对海洋性气候的耐蚀性能尤其显著。

3 船舶用铝合金发展前景的展望

与其他交通运输工具相比较，船舶运输速度最慢。随着全球经济一体化趋势的加强，船舶的应用范围更广及性能要求更高，其中船速的提高是铝合金船舶改进与发展的必然选择。若想实现船舶运输速度的最大化提高，减轻船重与减小水阻力意义重大，若把两者结合起来，其效果必定更加。目前铝合金高速船艇的飞速发展便是此论断最好的证据。针对铝合金船舶，以液化天然气（LNG）取代石油是应对石油市场不稳定局势的必然选择。液化天然气是一种液化环境<-162℃的能源，其必须被储存到耐低温的金属容器内，如不锈钢、镍钢、铝合金等。考虑到铝合金具有极佳的耐海水腐蚀性、较好的焊接性能、自重轻等特点，其应用价值明显较其他金属材质高出许多。

综上所述，我国拥有超过18000公里的海岸线及1000多条内河航道。若想适应经济贸易的发展速度，船舶交通运输业必须尽快发展起来。由前文可知，铝合金船舶具有比重小、抗腐蚀性能佳、加工成型性能好、焊接性能好、弹性模量小等优点，因此必须采取措施把铝合金船舶的运行速度提升到一定的高度，由此满足经贸的发展要求。此外，造船业应与铝加工工业联合起来，尽快实现船舶的铝材化与轻量化，以期铝合金船舶的生产水平更高及应用效果更好。

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