浅谈铝合金在船舶与海洋工程中的应用

浅谈铝合金在船舶与海洋工程中的应用

发表时间：2019-04-10T11:41:40.220Z 来源：《防护工程》2018年第36期作者：侯云欢王旭

[导读] 本文在分析铝合金性能的基础上，探讨了其在船舶与海洋工程中的应用情况，希冀能为铝合金在船舶与海洋工程中的进一步优化应用提供一些参考和借鉴。

摘要：铝合金是一种具有导电性、耐腐蚀性、理化性较好且质量比较轻的合金材料，其在船舶与海洋工程中的应用能够极大程度的减轻船体重量，从而实现船舶行驶过程中降低油耗并提高航速等方面的优势，同时其所具备的物理性能较强以及成本相对较低，所以能够便于各种精细化船型的制造而被广泛的应用于船舶与海洋工程中，并取得了非常好的效果。基于此，本文在分析铝合金性能的基础上，探讨了其在船舶与海洋工程中的应用情况，希冀能为铝合金在船舶与海洋工程中的进一步优化应用提供一些参考和借鉴。

关键词：铝合金；船舶；海洋工程；应用

引言：随着现代化船舶与海洋工程领域的加速发展，人们对于海洋工程中铝合金的应用也变得更加深入。众所周知，船舶建造的质量受多方因素影响，而其中材料的选择是对船舶制造质量产生直接影响的关键因素。所以说在材料选择时应当着重考虑其耐腐蚀性及物理性对质量的影响，从而有效的提升船舶建造的质量，并提高船舶行驶速度。铝合金作为一种具有特殊物理性的材料，其自身特性也决定了其能够被广泛的应用于航天航空和船舶制造等领域，并且也在这些领域中发挥出了巨大的推动性作用。

1船舶及海洋工程中所用铝合金的种类分析

与一般的铝合金材料相比较，用在船舶及海洋工程中的铝合金具有更加突出的耐腐蚀性、可塑性、可焊性及强度要求。从种类上来说，在船舶及海洋工程中多选用Al-Mg系合金、Al-Zn-Mg系合金及Al-Mg-Si系合金。在这些铝合金中Al-Mg系合金在舰船制造行业的使用最为普遍，这是由于Al-Zn-Mg系合金与Al-Mg-Si系合金在焊接后强度及耐腐蚀性都会显著降低，用作船体焊接材料存在难以满足船体质量的需要，而Al-Mg系合金则不具有这方面的缺陷。基于上述物理特性，Al-Zn-Mg系合金在船舶及海洋工程中多用于制作焊接后可热处理的构件，Al-Mg-Si系合金则主要用作船体的型材。除了从铝合金的成分构成划分种类之外，船舶及海洋工程中所使用的铝合金从具体用途方面还可以划分为船体结构用铝合金和舾装用铝合金，其中船体结构用铝合金多为5000系铝合金，在不需要长时间接触海水的船体上部则使用耐腐蚀性较差的6000系铝合金。在舰艇等特殊船舶上，船体结构用铝合金多为7000系铝合金，比如说舰艇上的压挤结构和装甲板机结构，不过7000系列合金自身的结构应力不高，不能被应用在船只的下部结构设计中。

2船用铝合金特性

要想更好地了解船用铝合金的特性，首先我们应当去了解与船舶工程密切相关的海洋海水特性，众所周知，海洋中的海水可以说是一种电解质溶液，那么铝合金在海水的浸泡过程中将会受到腐蚀，而且还是电化学腐蚀。从船用铝合金的耐腐蚀性角度来看，合金的耐腐蚀性水平高低主要是由铝合金表面那一层钝化膜来决定的，钝化膜的完好程度越好，合金的耐腐蚀性能力就越高，同时还涉及到了合金钝化膜在破裂以后的自我修复和恢复能力，从物理学角度来看，海水中存在的氯离子会在某种程度上对合金钝化膜进行破坏，使得铝合金浸泡在海水中那一部分结构特性并不是很稳定，非常容易出现合金点烛现象以及一系列的合金缝隙腐蚀问题，从而导致合金晶间腐蚀，合金剥落和应力腐蚀现象的出现。从实践调查中可以发现，海洋海水对5000系列合金的腐蚀性会比较慢，由此可以证明，型号系数越低的铝合金，它们的耐腐蚀性反而越强，所以5000系列合金在船舶与海洋工程中的应用依然十分广泛，合金本身的耐腐蚀性也比较好，基本上很少出现合金结构应力腐蚀的问题。

3铝合金在船舶和海洋工程中的应用分析

3.1铝合金在民用船只制造领域的应用

关于民用船铝合金在船舶与海洋工程中的应用，最早可以从瑞士研发的全铝汽艇进行研究，从此以后，铝合金在民用船舶工程中的应用也得到了人们的重视，特别是对铝合金的耐腐蚀性进行了研究，开始使用抗腐蚀性能较好的6061-T6合金，到上个世纪60年代，对于民用船铝合金的应用更加深入，期间研发成功了AL-Tig焊接技术，针对5486-H32型号的铝合金材料板进行了开发，再到上个世纪80年代，全球铝制品的价格下降，也使得当代民用船舶轻量化结构研究变得更加深入化。

3.2军事艇领域内铝合金的应用

船舶设计者觉得轻化船舶结构能够有效地提高船速，同时降低成本，使船舶的操作灵敏，延长行程。在此基础上，由19世纪20年代开始，在军事舰艇领域当中铝合金得到了广泛的应用，进而将突击或者是搜救等艰巨任务完成，铝合金在美国军舰当中的应用最为普遍。目前，造船厂在船舶制造方面的铝合金技术种类繁多，比如快速攻击艇、辅助性军事飞艇等。

3.3工作船领域中铝合金的应用

在铝合金工作船中，通过对铝合金的应用，能够很好地延长工作船只的使用寿命时间，而且不用对其展开特别精细的功能维护，让工作船可以轻装上阵，加快船体行驶速度，一般来说，铝合金工作船的使用期限可以是几十年，甚至更久，需要尽量减少海水对小型工作船只的腐蚀，防止铝结构老化，因而5000系列和6000系列铝合金对于海水的耐腐蚀性比较好，可以被广泛地应用在工作船只的结构设计中。

3.4铝合金在LNG货船储罐制造领域的应用

由于LNG是一种易燃性较高的危险液体，因此在运输过程中为了保障运输安全，需要采用低温性能较高的金属材料作为储罐的制造材料，并且材料强度及韧性应当较强。由此铝合金作为一种典型的在低温环境中强度更高的金属材料十分适合用作储罐的制造材料。再加之铝合金质量较轻且耐腐蚀性强，更是为LNG的运输提供的更加安全的环境。具体地来说，用作LNG货船储罐制造材料的铝合金主要是5083铝合金，其具有良好的抗疲劳性及低温刚性性能特征，其呈现出突出的技术性特征，目前全球仅有几个公司可以生产出这种特殊的铝合金材料。

3.5海上直升机平台当中的应用

海上直升机停机坪属于油气开采过程中的主要基础设施，也是直升机起降的重要场地，其体积比较大。所以对于结构自身的要求比较高，而铝合金因为其强度高、质量轻被广泛的应用到直升机平台的搭建当中。海上直升机平台是由甲板与底座构成，很巧妙地将力学原理