鋁合金帶筋板船體結構的生產設計要求

丁長成

摘 要：在現代船舶結構設計中，鋁合金帶筋板的應用越來越廣泛。鋁合金帶筋板具有重量輕、結構強度高等優點，但它的價格昂貴;因此，必須做好鋁合金帶筋板船體結構的生產設計。本文將就這一方面的問題展開闡述，希望本文可以為船舶設計的同行們提供一些幫助。

關鍵詞：鋁合金帶筋板;船體結構;設計要求

現代船舶設計，要求不斷提高船舶航速，不斷壓縮船舶設計時間，不斷降低船體結構重量。而鋁合金帶筋板則可以同時滿足上述要求。

一、鋁合金帶筋板的優點

1.鋁合金帶筋板

常見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。鋁合金的強度接近鋼，但塑性卻超過鋼，可通過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.鋁合金帶筋板的優點

（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膜（又稱鈍化膜），不易被海水腐蝕。

（2）結構尺寸精度高

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，其斷面接近標準平面，其整體穩定性也遠在鋼型板之上。

（3）殘余應力小

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

二、鋁合金帶筋板船體結構的生產設計要求

1.正確選擇帶筋板

設計帶筋板時，不僅要考慮其剛度、強度、穩定性，也要考慮其經濟性。設計師應根據船體結構的具體情況選擇適宜的帶筋板：主船體結構應選擇強度更高的帶筋板，上層建筑結構則可選擇強度較低的帶筋板。

帶筋板的最大尺寸不能超過長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。

若設計成傳統的板架結構，須對帶筋板的間板與橫梁上緣進行焊接，在橫梁腹板上開孔使骨材穿過，再焊接連接橫梁腹板與帶筋板面板之間的肘板。

采用板架結構，縱骨間距宜為200毫米，縱骨跨距宜為500毫米，橫梁長度宜為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。

若設計成懸掛式結構，則將橫梁搭在縱骨上，通過點焊進行定位，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。

帶筋板上的筋應等間距布置，板架結構上的橫梁同樣采用等間距布置。

而后，應設置縱桁、橫向框架。為提高船體橫向承載力，橫向框架應設計為連續框架。

3.焊接帶筋板

鋁合金熔點較低，膨脹系數較大，因此，必須嚴格控制焊接工藝的各項參數。

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

采用手工鎢極氬弧焊焊接板厚4～8毫米的鋁合金時，鎢極直徑應在3～5毫米之間，焊絲直徑應在3～5毫米之間，焊接電流應在100～250安培之間，氬氣流量應在每分鐘8～14升之間，噴嘴直徑應在10～14毫米之間，焊接層數應在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，鎢極直徑應在5～6毫米之間，焊絲直徑應在5～6毫米之間，焊接電流應在240～250安培之間，氬氣流量應在每分鐘12～16升之間，噴嘴直徑應在12～16毫米之間，焊接層數應在3～4層之間。

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

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

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

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

采用熔化極氬弧焊焊接帶筋板縱向對接縫，容易出現偏離。因此，可采用攪拌摩擦焊，一次性完成帶筋板對接縫與腹板角接縫的焊接。采用這種焊接方式 ，產生的殘余應力較小。

三、結語

做好帶筋板的生產設計，可以提高材料的利用率，控制材料成本，提高船體設計制造質量;并且可以推動鋁合金船舶的創新發展。

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