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铝合金带筋板船体结构的生产设计要求

作者:未知

  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 .
  [3]施利娟,杨平.高速船铝合金带筋板的力学性能优化设计[J] .船海工程, http://kns.cnki.net/kcms 2011, 40(02):36-39+44 .
  [4]施利娟. 铝合金带筋板的力学性能优化设计[D] .武汉理工大学, 2010 .
论文来源:《农家科技下旬刊》 2019年4期
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