铝合金在船舶中的应用分析

陈佳铭

（广州奥亿浦船舶技术服务有限公司，广东 广州 511455）

0 引言

在进行船舶设计和制造时，选用适宜的材料与材质在很大程度上将直接关系到船舶的总体性能。铝合金在其密度、强度、耐腐蚀性、塑性等各个方面都具有较大优势，其在船舶及海洋工程中有着广泛的应用，对其性能起着非常重要的作用。当然，随着行业的不断进步发展，必须重视新材料技术的研发和应用，从而更好地体现性能优势和经济优势，促进行业长期稳定发展。由此可见，增强铝合金在船舶工程中的广泛应用具有非常重要的实际意义[1]。

1 铝合金的特性与性能分析

1.1 铝合金的特性

铝合金是工业生产中应用最为广泛的有色金属结构材料之一，因其自身优势和特点，被广泛用在船舶及海洋工程、航空航天、汽车等众多领域。伴随着工业经济的蓬勃发展，各行各业对铝合金材料的性能和焊接标准要求越来越苛刻。与其它金属材料相比，铝合金具有以下典型特征：

1）密度小。一般铝合金的密度为2.7 ～2.8 g/cm3，而常用结构钢的密度为7.85g/cm3，其密度约是常用结构钢的1/3。

2）具有很高的强度。虽然铝合金的密度相对较小，但其强度很大，接近或超过优质钢。

3）具有良好的塑性。铝合金具有良好的塑性，可加工成各种板材、型材、管材、棒材、锻件和铸件，从而大大扩大其应用范围。

另外，铝合金还拥有很强的耐腐蚀性，且导电性和导热性都非常好。通过热处理工艺在铝合金中的应用，可以有效提高铝合金的力学性能和物理性能，进而有效提高铝合金的应用效果。

1.2 铝合金的性能

铝合金密度相对较小，但强度很大，接近或超过优质钢，此外，还具有良好的塑性，可加工成各种型材，具有良好的导电性、导热性以及耐腐蚀性，因其诸多优势被广泛应用在工业上，其使用量仅次于钢。一些铝合金可以通过热处理获得良好的力学性能、物理性能和耐腐蚀性能[2]。硬铝合金属Al-Cu-Mg 系，通常还有数量较少的锰，能够进行热处理。其优点为硬度较强，缺点为塑性差。超硬铝属Al-Cu-Mg-Zn 系也可以进行热处理，以达到材料强化的目的，在常温条件下是具有较高强度的铝合金，其缺点是材料的耐腐蚀性差，在高温条件下易软化。锻铝合金主要是Al-Zn-Mg-Si 系合金，材料内所含的元素种类较多，但数量较少，由于锻铝合金热塑性优异，可广泛应用于材料的锻造[3]。

2 铝合金在船舶中的使用现状

目前，由于铝合金自身的优势和特点，船舶技术中已经开始大量用铝合金材料替代传统的大密度材料，从合金的作用形式上来看，常用的有 Al-Mg 系和Al -Si-Mg 系铝合金，这类材料具有良好的强度、耐腐蚀性、抗冲击能力等，被广泛应用在船舶的外板、壁板、甲板、肋骨、龙骨等[4]。在当前的铝合金技术升级和完善过程中，可以发现通过材料本身的改革和优化以及船舶设备设施结构的分析，能够让最终成品的船舶设备设施能够符合船舶的稳定运行要求。另外这类设备设施使用也可以在很大程度上降低船舶的排水量，在原有的基础之上装配更多的新型设备设施[5]。

3 铝合金在船舶及海洋工程中的应用前景

3.1 LNG 船舶的储罐制造

通常情况下，海洋油气资源开采平台运行时，由于距离海岸线的距离较远，无法通过建成油气运输管道等方式完成运输工作，所以通常采用LNG 船完成运输任务。对于船舶来说，其本身排水量较大，并且受限于空间参数，需要通过建成LNG 储罐的方式提高运输能力。LNG 储罐材料和大量装置采用铝合金，其原因是铝合金的密度更低，可以在同重量的情况下提高该储罐的容量，储罐制造常用的铝合金材料型号为5083，该项技术在 20 世纪就已经获得了全面广泛的使用，通常情况下，储罐的壁厚为 160 mm，在使用时可以发挥有效的存储低温保持工作，并发挥天然气等资源的安全存储作用，防止在运输过程中出现泄漏以及爆炸事故的发生[6]。

3.2 船用码头的建设运行

目前所有码头区域多采用土木材料以及钢铁材料建设而成，其在海水的长期侵蚀之下，发现这类材料的稳定度逐渐下滑，同时这类材料的日常运维工作难度较高，单次运维过程都需要投入大量资金，与当前的使用标准不符。而铝材料的使用成本相对较低，并且日常维护过程的难度下降，可以用来制造码头浮坞，使用的铝合金型号通常是 5754，通过当前的实际检测效果上来看，采用铝合金材料制造码头的各类构件时，能够大幅降低该系统的运维成本，并提高运行寿命[7]。另外在后续的使用过程，铝合金材料本身的耐腐蚀效果较好。但需要注意的是，由于铝合金材料相对来说焊接难度较高，所以各类基础构件的建设过程可以考虑如何把这类设施拼接，防止焊接后形成原电池。

3.3 海上直升机平台建设

无论是对于海上油气开采平台还是海上资源勘测平台，都需要建成直升飞机的起落平台，而直升机平台由于面积较大，所以采用传统的钢材会导致自身重量大幅增加。为解决这一问题，可以采用铝合金材料完成整个停机坪的建设工作，从铝合金材料的自身特点和参数上来看，一方面其密度较低，使得整个直升机停机坪的本身重量大幅降低，减轻平台的日常运行压力[8]。另一方面铝合金材料的抗振动水平、抗弯性能等都能缓解直升机起落过程对于平台造成的冲击，同时其具备的抗腐蚀能力也能够达到标准。另外当前的平台建设工艺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过程中由于各类质量保护工作的缺陷而导致的平台本身无法稳定运行。

3.4 应用于油气开采钻杆

在开发海洋油气资源时，钻杆是其必不可少的钻井设备。其材料性能的好坏直接关系到油气生产的效率和钻杆的使用年限。铝合金钻杆的使用降低了与孔壁的摩擦阻力，提高了钻进速度和钻进深度。综上所述，铝合金钻杆在海洋油气资源开发中的应用最大限度地发挥了其耐腐蚀性的优势。可见，铝合金是海洋油气资源开发中必不可少的材料，其应用前景非常广阔[9]。

4 铝合金在船舶工程中应用的具体细节

1）装配精度。相对于普通钢船标准，装配铝合金船体装配精度会更高一些。在装配拼版过程中，0.55 mm 是提前预留出的错开度。骨架装配时，应确保骨架间距、位置偏差和对接间隙在一定范围内。在装配舱壁时，应严格控制好外板间隙精度和位置偏差精度。

2）装配期间，工作人员需要严格控制装配顺序，建议从中间开始，然后在两端装配。铝合金船体分段施工时，先确定中心龙骨和船舯，然后再拼装两侧肋骨段。这种装配方法是在船舯基础上进行，实施难度较大，但不会出现很大误差，施工精度相对高[10]。

5 结语

铝合金不仅具有很高的强度，而且还有重量轻、耐腐蚀性强等优点,已被广泛应用于许多领域。充分发挥铝合金在我国船舶及海洋工程中的应用优势，将极大地促进船舶及海洋工程的繁荣发展。因此，增强铝合金在船舶及海洋工程中的应用研究具有非常重要的价值。由此可以得出铝合金在造船中的主要应用是Al-Mg 系和Al -Si-Mg 系，其中舷窗、桅杆、船舷、龙骨和舱壁等可采用铝合金。同时，为了进一步提高铝合金的性能，更好地为船舶工业服务，应加大对铝合金性能的研究，将其原有性能提高到一个新的水平。