摘要：铝合金具有质量轻、耐腐性强、强度高等优点，被广泛应用在船舶及海洋工程中，极大的推动了船舶及海洋工程的快速发展，有关铝合金的在该领域中的应用研究受到越来越多人的关注。本文对船用铝合金的特性进行分析，并对其船舶及海洋工程中的应用进行探讨，以供参考。
关键词：铝合金；船舶；海洋工程；应用
前言
船舶制造质量及性能受多种因素影响，其中制造所用材料性能给船舶制造质量造成的影响最为显著，因此，选择制造材料时既要考虑耐腐蚀性，又要考虑质量问题，尤其降低船舶自身重量，可有效提高船舶速度，降低能耗，成为当前船舶制造业研究的重点。铝合金具有质量轻、强度高、耐腐性强等优点，符合造船业发展要求，近年来在船舶及海洋工业中应用广泛，并取得了良好效果。
1 铝合金在船舶中的应用及特性分析
1.1 船舶中铝合金的应用
船舶中应用的铝合金以 Al-Mg-Si 系、Al-Mg 系型材为主（如图 1 船体制造中应用大量铝合金材料），依据所用的位置，分为上层舾装用铝合金、船体结构用铝合金，其中舾装包括桅杆、舷窗、烟筒、操舵室等，船体结构包括隔壁、肋板、龙骨、船底外板以及船侧等。船舶上层结构中舷窗常用的铝合金型材为 6063 铝合金，桅杆、舷梯常使用 6063 与 6061 铝合金型材。另外，壁板使用挤压成型的 Al-Mg 合金，可防止焊接中变形的同时，确保应力分布更加合理。船体结构中 Al-Mg 系合金应用率较高，其中 5454、5052 铝合金是制造甲板的主要材料。
除此之外，为促进铝合金在造船业中更好的应用，除使用优质的铝合金材料外，还应加强铝合金焊接质量的考虑，因船舶工作环境较为特殊，因此，对焊接质量要求较高。一方面，做好不同铝合金型材焊接试验分析，确定最佳的焊接参数，选择合适焊材，为焊接作业的开展提供依据。另一方面，焊接由经验丰富的技术人员负责，严格按照规范要求开展焊接工作，尤其在焊接接头位置应谨慎进行，确保焊接质量及相关参数符合规范要求。另外，还应做好焊接质量检查，发现焊接问题及时进行处理，将存在的隐患消灭的萌芽状态，为船舶性能的充分发挥做好铺垫。
1.2 船舶中所用铝合金特性
船舶使用环境使得其对制造所用的铝合金性能要求较高，如抗冲击、抗疲劳、力学强度等特性均有特殊要求。不过铝合金强度过高，很难在耐腐蚀性与可焊接性上取得统一，因此，制造船舶所用铝合金通常为中等强度，可焊接铝合金。为满足船舶使用要求应注重提高船用铝合金的耐腐蚀性能。Al-Mg 系合金中，当Mg 含量不足 3%时其剥落与应力腐蚀敏感性较差。当 Mg 含量为3%或超过 3%时晶界面会形成网状组织，腐蚀中充当阳极，最先被腐蚀，合金的腐蚀敏感性会因此大大提高。为提高船用铝合金抗腐蚀性能，目前常用的技术有表面处理、防腐涂层、阴极保护等。研究发现，船用铝合金保护电位在-1.3~-0.7V 范围内时抗腐蚀性能较好，能有效避免氢脆、应力腐蚀开裂、点蚀等不良现象的出现。另外，还可使用拥有良好附着性的底漆，隔绝海水，提高船体的耐腐蚀性能。
船用 Al-Mg 系合金中，增加 Mg 的含量可提高合金的强度，不过合金强度过高反而增加焊接难度，而且耐腐蚀性也会受到影响。通过对 5083 铝合金中金属比例进行调整，人们研制出了5383 铝合金，强度较 5083 铝合金提高 12~14%，而且耐腐性与抗疲劳强度得以明显提升。Al-Mg-Si 系合金抗拉强度主要受溶质原子固溶程度以及固溶处理温度影响，即，溶质原子固溶充分，固溶处理温度增加，抗拉强度得以明显提高，因此，使用铝合金制造船舶时应注重上述内容的考虑，对铝合金进行针对性处理，以满足船舶应用要求。
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在造船业不断发展推动下，人们对优质性能船体构件需求越发渴望，但 Al-Mg 系合金进行热处理并不能达到强化的目的，一般情况下采用微合金化和加工硬化等手段，促进该系铝合金综合性能的进一步提高。研究发现，在 Al-Mg 系合金中添加适量 Sc元素后会形成 Al3Sc 相，使得合金再结晶温度明显提升。同时，合金的耐腐性、抗旱热接烈性以及屈服强度提升也较为显著。总之，铝合金在造船业中的应用，已经为发展趋势，不过如何进一步提升铝合金相关性能，适应船舶航行中各种复杂的环境，仍需人们进行不懈的研究，以研制出性能更为优良的铝合金产品。
2 铝合金在海洋工程中的应用及发展
铝合金除应用在船舶制造中，在海洋工程中的应用较为广泛，尤其国家将海洋的经营、建设提升至国家战略高度，铝合金在海洋工程的应用提升新的高度。研究发现，铝合金在海洋工程中的应用主要包括以下方面：
2.1 用于搭建海上直升机平台
海上直升机停机坪是海上油气开采中的主要基础设施，是直升机起降的主要场地，其体积庞大，因此，对结构强度以及自身重量要求较高，铝合金材料质量轻、强度高，被广泛应用在海上直升机平台的搭建中。海上铝合金直升机平台主要有甲板块与底架构成，使用带筋板的空腔连接上下底板，巧妙的应用力学原理，以及铝合金材料较强的抗弯性能，不仅满足直升机升降需求，而且自身重量得以大大减轻。同时，使用铝合金平台耐腐蚀性好，维护方面，尤其采用拼接方式组装，避免焊接作业给铝合金造成的损伤，使得使用寿命得以大大延长。
2.2 用于 LNG 船储存罐设计中
一般情况上，海洋油气资源的运输距离需求地区距离较远，远洋船运成为最佳运输方式。海洋油气资源运输需应用专门的LNG 存储罐，对储存罐的韧性、强度以及低温性能要求较高。而在低温条件下，铝合金的强度反而较常温有所增加，并且耐腐性、质量轻是制造 LNG 储罐的最佳材料。在 LNG 储罐制造中5083 铝合金应用较为广泛，尤其在 20 世纪 50~60 年代日本使用较多 5083 铝合金制造的 LNG 储罐，尤其其研制的 160mm 厚5083 铝合金具有较强的抗疲劳及低温性能。
2.3 用于船用码头修建中
众所周知，码头是船舶停靠的主要场地，组成较为复杂，对所用材质的强度、耐腐蚀性、抗疲劳性能要求较高，铝合金的应用能很好满足船用码头需求。其中码头过道、浮桥、跳板等可使用6060、6005A 铝合金进行焊接，浮坞可使用 5754 铝合金制造。生产中可不对浮坞与结构进行化学或涂漆处理。研究发现，使用铝合金制造码头设备，在满足船舶停靠的同时，使用寿命得以大大延长。
2.4 用于油气开采钻杆中
海洋油气资源开发中，钻杆是主要钻探设备，材质性能优良是否直接影响油气开采作业效率，以及钻杆的使用寿命。使用铝合金材质制造钻杆，不仅质量轻，而且需要的扭矩小，具有较强的抗冲击能力，尤其能减小与孔壁之间的摩擦阻力，增加钻进速率及井深。总之，海洋油气资源开发中使用铝合金材质的钻杆，充分发挥其耐腐蚀性，在海洋油气资源开发中有着不可估量的应用前景。
3 结 论
铝合金强度高、质量轻、耐腐蚀性强，被广泛应用在诸多领域，其中在船舶及海洋工程中国的应用优势得以充分显现，极大的推动了船舶及海洋工程的蓬勃发展，因此，加强铝合金在船舶及海洋工程中的应用研究，具有重要的现实意义。本文通过研究得出以下结论：
（1）铝合金在船舶制造中的应用以 Al-Mg 系、Al-Mg-Si 系为主，其中舷窗、桅杆、船侧、龙骨、隔壁等均可使用铝合金材料制造。同时，为进一步提升铝合金性能，更好的为造船业服务，应增加铝合金性能研究，使其原有性能提高一个新的水平。
（2）铝合金在海洋工程中的应用较为广泛，其中海上直升机平台、LNG 油气存储罐、船用码头以及油气钻杆等均能看到铝合金的身影，由此可见，铝合金在支撑海洋工程发展中做出的贡献尤为突出，因此，我国应增加在铝合金方面的研究投入，不断提高铝合金性能，更好的适应船舶及海洋工程未来发展需要，为我国海洋事业的飞速发展奠定坚实基础。
参考文献：
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论文作者:王小虎
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第26期
论文发表时间:2019/7/17
标签：铝合金论文; 船舶论文; 海洋工程论文; 性能论文; 合金论文; 强度论文; 油气论文; 《建筑细部》2018年第26期论文;