Судостроение и алюминиевые сплавы

07/02/2017 2:57pm

Автор: редакционная статья

Категории: применение металлопродукции

СУДОСТРОЕНИЕ И АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Как применяются сплавы на основе алюминия в производстве водного транспорта?


Легкий, прочный и коррозионно-устойчивый алюминий — отличный выбор для судостроения. Впервые он был использован при производстве парового пассажирского катера в конце 19 века, в 1891 году. Заказанный великим ученым Альфредом Нобелем и сконструированный в Швейцарии катер был рассчитан на 8 пассажиров, и был первым катером, частично сделанным из алюминия, что являлось подтверждением самой возможности использования алюминия в судостроении. В какой-то мере он является прообразом популярных сегодня видов водного транспорта (прогулочные катера, лодки, яхты, полностью выполненные из алюминиевых сплавов).


Яхта из алюминиевых сплавов

Рис.1 Яхта, изготовленная с применением алюминиевых сплавов

На протяжении долгого периода времени сталь была самым распространенным, и, по сути, безальтернативным вариантом для судостроения, благодаря своей прочностным свойствам и низкой цене. И хотя сталь есть множество достоинств, главный ее минус это вес. Изготовление судов с большой грузоподъемностью делало их громоздкими и неудобными в управлении. Так, за прошлый век, начиная с 1910 г., максимальный вес судна был увеличен более чем вдвое — от 46 тыс. тонн («Титаник») до 109 тыс. тон («Голден принцесс (Золотая принцесса)»). Фактор веса играет большую роль в судостроении, так как в конечном итоге от него зависит скорость и перевозимая масса полезного груза. Чем оперативнее происходят перевозки и больше груза перевозится судами, тем быстрее заложенные в строительство инвестиции окупаются, и судовладельцы могут получить больше прибыли. Данное замечание стимулировало к изучению преимуществ использования алюминия. Ведь доказано, что использование этого "легкого металла" дает возможность уменьшить вес корабля более чем наполовину.


Корабль из алюминиевых сплавов

Рис.2 Корабль, произведенный с использованием алюминиевых сплавов

Теплоход "Иван Франко"

Рис.3  Теплоход “Иван Франко“


Первое изучение свойств алюминиевых сплавов было проведено в начале 20 века, но только к 40-м годам ученые, занимающиеся проблемой коррозии алюминия при эксплуатации в морской воде, сделали вывод, что наличие небольшой концентрации магния и кремния в сплаве делают его устойчивым при работе в соленой воде. Основным сплавом изготовителей считают сплав 5083,который был зарегистрирован Ассоциацией производителей Алюминия  в 1954 г. Хотя его и часто называют судостроительным, он нашел широкое применение не только здесь. Данный сплав завоевал популярность в судостроении, главным образом, за счет своей  высокой прочности, коррозионной стойкости, хорошей формуемости и отличным сварочным характеристикам.
К 60-м годам 20 века усовершенствование технологии, а также снижение цены на алюминий способствовали популяризации и повсеместному распространению «легкого» металла в судостроении - из него стали изготовлять корпуса яхт, надстройки, мачты, а также  портовую инфраструктуру. В 1970-е гг. в скандинавских странах выпустили катамараны – так назывались первые скоростные суда, перевозившие пассажиров — изготовленные из алюминиевых сплавов. Обладающие достаточной легкостью и скоростью, они оказались довольно выгодными экономически в процессе эксплуатации, и на долгие годы завоевали пальму первенства в области пассажирских перевозок. Сейчас алюминиевые сплавы продолжают прочно занимать одну из первых позиций в производстве водного транспорта. Корпуса суден и их надстройки, судовое оборудование, цистерны, трубопроводы, плавучие нефтяные вышки, мебель и т.д. – изготовление всего этого не обходится без использования сплавов на основе алюминия. Как говорилось в предыдущих статьях, данный металл при производстве транспорта ценен тем, что дает возможность облегчить конструкцию транспортного средства. При производстве судна сэкономленный вес конструкции можно использовать в целях достижения повышенной грузоподъемности или улучшенных технических характеристик, то есть повышения скорости, совершенствования оборудования, улучшения устойчивости, увеличения дальности перевозок и пр.
Сегодня сплавы из алюминия, применяемые в этой отрасли производства, гораздо медленнее стали подвергаются коррозии. На открытом воздухе алюминий покрывает тонкая прочная беспористая пленка А12О3, защищающая его от дальнейшего окисления и обеспечивающая его высокую коррозионную стойкость.
Поскольку наибольшую часть веса судна составляет его корпус, целесообразно при изготовлении корпусных конструкций судна больше использовать рассматриваемые сплавы.
В зависимости от специфики судна на нем может находиться специальное оборудование (траулеры, танкеры, рефрижераторы, контейнеры и пр.), которое также может быть изготовлено из этих сплавов. Спасательные шлюпки, шлюпбалки для них и плотики часто изготавливаются из сплавов этого металла, так же как и мачты, антенны, подъемники. Ручки, окна, иллюминаторы, трапы и другие изделия из алюминия применяют в тех случаях, когда и основные конструкции тоже изготовлены из этих сплавов.
Главные требования, необходимые для эффективного производства и эксплуатации, таковы:

  1. Гарантированные: предел текучести, предел прочности и пластические свойства, обеспечивающие создание прочных, долговечных, надежных судостроительных конструкций;
  2. Свариваемость, надежность и долговечность сварных соединений;
  3. Технологичность в металлургическом и судостроительном производстве;
  4. Коррозионная стойкость при эксплуатации в морской, речной воде, или других средах, где будет эксплуатироваться конструкция, при заданной скорости движения;
  5. Сопротивляемость ударным нагрузкам (в т.ч. для сварных соединений);
  6. Отсутствие склонности к искрообразованию из-за ударов и трения деталей одна об другую (является особенно важным, когда на судне располагаются легко воспламеняющихся объекты – танкеры и пр.).

      Сплавы 1561 и 1575 широко применяются для изготовления сварных высоконагруженных конструкций.  Сварные соединения равнопрочные с основным металлом или без термообработки и сварки, или без термообработки после сварки (в зависимости от использованного сплава).  Также широко применяются алюминий марки АД1 и алюминиевый сплав АМц.  Полуфабрикаты из них имеют низкие прочностные свойства, но зато имеют достаточно высокую коррозионную стойкость и высокую пластичность. При изготовлении предметов методом холодной штамповки алюминий марки АД1прочно входит в число наиболее используемых. Самыми широко применяемыми среди сплавов для изготовления конструкций речного и морского флота являются магниевые сплавы АМгЗ, АМг5, АМг6, вышеупомянутый АМц и Д16 или такие их международные аналоги, как 5083, 5086, 5454.
Для деталей и конструкций, эксплуатирующихся при повышенных температурах, применяют сплав Амг3, который содержит большее количество кремния, чем другие подобные сплавы, и его теплопрочность больше, чем у других коррозионностойких сплавов.
В судостроении также применяются такие комбинированные материалы на основе алюминиевых сплавов, как биметаллы и слоистые металлополимерные материалы. Область применения биметаллов – это морской транспорт, надстройки морских платформ, а слоистых металлополимерных материалов на основе алюминия – в основных и вспомогательных конструкциях, для снижения уровня шума и вибрации элементов, деталей и узлов. Данные материалы имеют высокий уровень свойств и при растяжении, и при изгибе, а также позволяют увеличить демпфируемость колебаний в 50 раз, снизить уровень шума на 8-12 децибел, и выполнять операции листовой штамповки. Что же касается биметаллов, то они дают возможность снизить трудоемкость работ, повысить коррозионную стойкость, работоспособность и долговечность узлов, а также выполнение сварных швов при любом пространственном положении и возможность выполнения ремонта сварных узлов. Высокое качество биметалла гарантируется в широком температурном интервале сварочного воздействия.
Углеалюминий
Применяется в оптических системах, приборостроении, судовом и точном машиностроении.  Дает стабильность размеров систем в интервале температур от -150º С до +150º С, повышает разрешающую способность систем в 2 раза,  уменьшает массу конструкций на 20%,  снижает среднеквадратичную погрешность отражения волнового фронта (от 0.1 λ до 0,5λ).
Пеноалюминий
Применяется в облегченных шумо- и теплозащитных элементах, деталях, конструкциях для судостроения, буровых платформах.
Обладает такими достоинствами, как малый объемный вес, высокая теплоизоляция, снижение уровня шума, высокая демпфируемость колебаний, негорючесть, нетоксичность,  технологичность при изготовлении.
Промышленностью освоена технология производства легких экономичных полуфабрикатов из алюминиевых сплав, а также уникальных цельнопрессованных панелей с продольным оребрением. Они позволяют повысить производительность сборочно-сварочных операций более чем в 2 раза за счет уменьшения объема сварки и исключения из технологического цикла правки конструкций, уменьшить массу корпуса корабля, повысить его несущую способность и надежность.  
Исследования продолжаются, и возможно, в обозримом будущем ученые и технологи разработают и презентуют еще более легкие и прочные варианты алюминиевых сплавов, которые дадут возможность конструировать суда и судовые конструкции нового поколения.

Источники:

1. В.М. Белецкий, Г.А. Кривов. Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение)

Под общей редакцией И.Н. Фридляндера

2. http://www.malutka.org/


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

НАШІ КОНТАКТИ:

[email protected]

[email protected]

м. Дніпро

тел. +38 (056) 794-36-74, +38 (056) 794-36-75

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Керівник проекту - Гриньов Володимир Анатолійович

Партнеры