鋁合金帶筋板船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求

丁長(zhǎng)成

摘 要：在現(xiàn)代船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋁合金帶筋板的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。鋁合金帶筋板具有重量輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但它的價(jià)格昂貴;因此，必須做好鋁合金帶筋板船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。本文將就這一方面的問(wèn)題展開(kāi)闡述，希望本文可以為船舶設(shè)計(jì)的同行們提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：鋁合金帶筋板;船體結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)要求

現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)，要求不斷提高船舶航速，不斷壓縮船舶設(shè)計(jì)時(shí)間，不斷降低船體結(jié)構(gòu)重量。而鋁合金帶筋板則可以同時(shí)滿(mǎn)足上述要求。

一、鋁合金帶筋板的優(yōu)點(diǎn)

1.鋁合金帶筋板

常見(jiàn)的船舶材料有碳素鋼、合金鋼、鑄鐵等。但鋼材容易被海水腐蝕，而且塑性較差，不易擠壓成型。鋁合金的強(qiáng)度接近鋼，但塑性卻超過(guò)鋼，可通過(guò)擠壓工藝加工成各種形狀、各種截面的型材。

用擠壓工藝制成的含有型材的鋁合金板便是帶筋板。

2.鋁合金帶筋板的優(yōu)點(diǎn)

（1）自重輕，耐腐蝕性高

鋁合金帶筋板與鋼材相比，減去了三分之二的重量。它的表面有致密的氧化物保護(hù)膜（又稱(chēng)鈍化膜），不易被海水腐蝕。

（2）結(jié)構(gòu)尺寸精度高

鋼型板必須由人工安裝、焊接，而鋁合金帶筋板在擠壓模具中一次成型，其斷面接近標(biāo)準(zhǔn)平面，其整體穩(wěn)定性也遠(yuǎn)在鋼型板之上。

（3）殘余應(yīng)力小

安裝、焊接的鋼型板中，壓縮殘余應(yīng)力達(dá)到基準(zhǔn)應(yīng)力的70%。而擠壓型鋁合金帶筋板中的殘余應(yīng)力普遍小于20MPa。

二、鋁合金帶筋板船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求

1.正確選擇帶筋板

設(shè)計(jì)帶筋板時(shí)，不僅要考慮其剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性，也要考慮其經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的具體情況選擇適宜的帶筋板：主船體結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇強(qiáng)度更高的帶筋板，上層建筑結(jié)構(gòu)則可選擇強(qiáng)度較低的帶筋板。

帶筋板的最大尺寸不能超過(guò)長(zhǎng)12000毫米，寬3000毫米。

2.帶筋板布置方向

布置帶筋板，通常采用縱向布置。

若設(shè)計(jì)成傳統(tǒng)的板架結(jié)構(gòu)，須對(duì)帶筋板的間板與橫梁上緣進(jìn)行焊接，在橫梁腹板上開(kāi)孔使骨材穿過(guò)，再焊接連接橫梁腹板與帶筋板面板之間的肘板。

采用板架結(jié)構(gòu)，縱骨間距宜為200毫米，縱骨跨距宜為500毫米，橫梁長(zhǎng)度宜為800毫米，骨材與帶筋板橫截面積宜為1144平方毫米，骨材與帶筋板剖面慣性矩宜為5482512mm4，橫梁剖面慣性矩宜為1706506 mm4。

若設(shè)計(jì)成懸掛式結(jié)構(gòu)，則將橫梁搭在縱骨上，通過(guò)點(diǎn)焊進(jìn)行定位，再焊接橫梁腹板與帶筋板面板之間的肘板。

采用懸掛板架，縱骨間距宜為200毫米，縱骨跨距宜為500毫米，橫梁長(zhǎng)度宜為800毫米，骨材與帶筋板橫截面積宜為1144平方毫米，骨材與帶筋板剖面慣性矩宜為548252mm4，橫梁剖面慣性矩宜為2258160mm4。

帶筋板上的筋應(yīng)等間距布置，板架結(jié)構(gòu)上的橫梁同樣采用等間距布置。

而后，應(yīng)設(shè)置縱桁、橫向框架。為提高船體橫向承載力，橫向框架應(yīng)設(shè)計(jì)為連續(xù)框架。

3.焊接帶筋板

鋁合金熔點(diǎn)較低，膨脹系數(shù)較大，因此，必須嚴(yán)格控制焊接工藝的各項(xiàng)參數(shù)。

采用手工鎢極氬弧焊焊接板厚1.5～3毫米的鋁合金時(shí)，鎢極直徑應(yīng)在2～3毫米之間，焊絲直徑應(yīng)在2～3毫米之間，焊接電流應(yīng)在40～110安培之間，氬氣流量應(yīng)在每分鐘4～10升之間，噴嘴直徑應(yīng)在8～12毫米之間，焊接層數(shù)應(yīng)為1層。

采用手工鎢極氬弧焊焊接板厚4～8毫米的鋁合金時(shí)，鎢極直徑應(yīng)在3～5毫米之間，焊絲直徑應(yīng)在3～5毫米之間，焊接電流應(yīng)在100～250安培之間，氬氣流量應(yīng)在每分鐘8～14升之間，噴嘴直徑應(yīng)在10～14毫米之間，焊接層數(shù)應(yīng)在1～3層之間。

采用手工鎢極氬弧焊焊接板厚10～12毫米的鋁合金時(shí)，鎢極直徑應(yīng)在5～6毫米之間，焊絲直徑應(yīng)在5～6毫米之間，焊接電流應(yīng)在240～250安培之間，氬氣流量應(yīng)在每分鐘12～16升之間，噴嘴直徑應(yīng)在12～16毫米之間，焊接層數(shù)應(yīng)在3～4層之間。

采用熔化極半自動(dòng)焊焊接板厚8～10毫米的鋁合金時(shí)，鎢極直徑應(yīng)在5～6毫米之間，焊絲直徑應(yīng)在1.6～2.5毫米之間，焊接電流應(yīng)在140～280安培之間，氬氣流量應(yīng)在每分鐘25～30升之間，噴嘴直徑應(yīng)在20毫米左右，焊接層數(shù)應(yīng)為1層（或1層的正反兩面）。

采用熔化極半自動(dòng)焊焊接板厚12～14毫米的鋁合金時(shí)，鎢極直徑應(yīng)在6毫米左右，焊絲直徑應(yīng)在2.5～3毫米之間，焊接電流應(yīng)在260～300安培之間，氬氣流量應(yīng)在每分鐘25～30升之間，噴嘴直徑應(yīng)在20毫米左右，焊接層數(shù)應(yīng)為2層（或1層的正反兩面）。

采用熔化極自動(dòng)焊焊接板厚10毫米的鋁合金時(shí)，鎢極直徑應(yīng)在25～40毫米之間，焊絲直徑應(yīng)在3毫米左右，焊接電流應(yīng)在280～310安培之間，氬氣流量應(yīng)在每分鐘30～40升之間，噴嘴直徑應(yīng)在28/17毫米左右，焊接速度應(yīng)在25～40厘米/分鐘之間，焊接層數(shù)應(yīng)為1層1面。

采用熔化極自動(dòng)焊焊接板厚20毫米的鋁合金時(shí)，鎢極直徑應(yīng)在25～40毫米之間，焊絲直徑應(yīng)在4毫米左右，焊接電流應(yīng)在460～520安培之間，氬氣流量應(yīng)在每分鐘35～45升之間，噴嘴直徑應(yīng)在28/17毫米左右，焊接速度應(yīng)在25～40厘米/分鐘之間，焊接層數(shù)應(yīng)為1層1面。

采用熔化極氬弧焊焊接帶筋板縱向?qū)涌p，容易出現(xiàn)偏離。因此，可采用攪拌摩擦焊，一次性完成帶筋板對(duì)接縫與腹板角接縫的焊接。采用這種焊接方式 ，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較小。

三、結(jié)語(yǔ)

做好帶筋板的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，可以提高材料的利用率，控制材料成本，提高船體設(shè)計(jì)制造質(zhì)量;并且可以推動(dòng)鋁合金船舶的創(chuàng)新發(fā)展。

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