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造船能否造出让歪果仁授精的钛合金帆船,豪华艇都是来发展中国家骗钱的!

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发表于 2016-5-11 15:46 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式
船体轻
钛的密度为4.5g/cm3,比Fe的7.9g/cm3小,比纯Al的2.7g/cm3和FRP的(1.1—1.2)g/cm3大。但是由于钛的抗拉强度高,比强度也高,因此,可以减轻船的质量。例如,根据设计要求,如果是纯铝船底板,厚则必须达到5mm,而用Ti有2.5mm就够了,同样大小的船,钛制的船体质量是FRP的30%,比铝合金轻10%。由于钛船表面不需要喷涂防锈涂料,因此还省去了涂料的质量。
2航速提高
由于船轻,船载发动机就可能小型化。据计算,同样形状的船,钛制船的发动机比铝合金制的船发动机要小15%.如果使用相同的发动机,则航速可以提高15%。另外,船表面无涂料与水直接接触,也减小了与水的摩擦系数,从而提高了船的速度。
3燃料费用和CO2生成量减少
钛船的质量轻和高航速使得单位质量、单位航行距离燃料费用大幅度下降。这不仅仅是航行经费的减少,而且还减少了CO2生成量,对防止已成为国际性问题的地球暖化是十分有效的。
4耐蚀性
钛在海水中如同Pt一样耐腐蚀。因此就不需要喷涂防蚀涂料。FRP虽然也不生锈,但海洋生物易附着在其上,很难去掉。铝合金船易腐蚀,而且也易附着海洋生物,难除去。因此,FRP船和Al合金船的船体和船底都必须涂敷防蚀和防止海洋微生物附着的涂料。
Ti与Cu、Zn等金属相比没有毒性,贝类和海草等海洋生物更易附着在钛上。船静止的时候,贝类和海草的生长速度非常快,但却不腐蚀金属钛,表面也很光滑,非常容易剥离。在船静止时附着在船的推进器上的水草和贝类,在推进器旋转时与水摩擦就会脱落。尽管钛金属几乎不需要防蚀涂料,但是以装饰和标识为目的船用涂料研究还应开展起来。
5废船的再生利用
FRP船的废品很难回收利用,至今还没有找到一种简单而实用的方法。而钛船同铝制船一样,废品可以回收再利用,利于环境保护。
6优良的稳定性
钛船即使在恶劣的天气下也很少出现纵向和横向的摇晃,这是坐过Ti船的人共同感受。江藤造船所对首航钛船的调查表明,钛船航行急转弯时船体很少倾斜;给左右船舷中的任一边加油也能保持平衡而不倾斜。这是由于钛船轻,重心低的缘故。钛船中,高速行驶,也能稳定地航行。
7噪音、振动小
 钛船的船底为2.5mmTi板,船侧为2.2mmTi板,都很薄,不必担心振动。空转时噪音小,航行时来自波浪的冲击引起的振动也不大,这是对钛制快艇调查结果。
8寿命长
木制船的法定使用年限为5年,FRP船为7年,钢和铝船为9年。而Ti金属耐海水、河水腐蚀可以同Pt相比,因此,可以说是半永久性的,板厚设计根本不需要考虑腐蚀减薄情况。从实际调查结果推测,Ti船的法定使用年限要比钢、铝船长得多,实际寿命将更长。
9有利于环保
(1)与FRP相比,Ti金属废品易回收利用;
(2)船轻,耗油量少,CO2排出量也少;
    (3)船底不需要涂料保护,不会造成因涂料引起的海水污染。

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 楼主| 发表于 2016-5-11 15:52 来自手机 | 显示全部楼层
钛油漆都上不了,这划水效果怎么会不好,不用脑想知到阻力小,对风的利用率更高
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 楼主| 发表于 2016-5-12 09:33 来自手机 | 显示全部楼层
很多人用船都是半辈子,选钛合金不是更好,豪华艇往往注重的是内饰而没改变船体材质,而某岛国人就比较实在开始用新型材质做,提高性价比。
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发表于 2016-5-12 15:29 | 显示全部楼层
钛及钛合金在船舶方面的潜能及局限
钛与钢铁相比历史非常短,至今还没超过100年.但是钛的资源却十分丰富,以下TiO2的形式存在于矿石之中,其储量排在Al、Fe、Mg之后,居第4位。钛及其合金质轻、强度高,耐海水腐蚀,机械加工、焊接性能良好,且焊后不需要热处理,无热影响区脆化问题,是理想的舰船材料。
一、钛船的发展历史
1.1最早的钛船一核潜艇
  最早的钛船是前苏联在1978年一1983年制造的初级攻击型核潜艇,据推测承压船壳就是用钛制造的。这艘潜艇水上排水量为2800t,水下排水量为3600t,潜水深度为600m。前苏联在1983年和1986年又相继制造了两艘I级核潜艇,船腹是钛制作的.冷战结束后虽然这些资料公开了,但是钛材加工方法,尤其是焊接方法,资料上无任何说明,让人感到无从下手。尽管如此,对开发钛船还是起到了一定的促进作用。
1.2深海潜艇
  日本科学技术厅的载人潜水调查船于1989年1月举行下水仪式。同年8月下潜6 500m,创世界最新记录。其承压船壳就是用Ti-6Al-4V合金制造的。另外,还有10 000m深海无人探查机的承压容器也是由Ti-6Al-4V合金制造的,结构是由纯钛制造的。
1.3海洋结构件
  东京湾横跨道路的桥墩外表就是用钛/钢复合板覆盖而成的,1994年被覆工程完工,设计寿命为100年。钛制冰海了望塔、舞洲至梦洲大桥的桥墩也是用钛/钢复合板覆盖而成的,显示出优良的耐蚀性。
1.4最早的民用钛船
  最早的民用钛船是由东邦钛公司和藤新造船所协力制造的竞技快艇,于1985年5月下水,在外国注册登记。这艘快艇长17m,宽4m,高2.5m,重2.8t。除了船舱用钢化塑料(FRP)以外,其它从框架到船体全部用钛制造.
  根据必要的强度计算,船底选用了4mm—15mm厚钛板,甲板使用厚度为2.5mm的纯钛板,阶梯、驾驶盘,还有舵轴也都是钛制的。快艇性能良好,竞技成绩也不错。在1986年世界锦标赛上获超大型艇A级第一名。同年12月在从神奈川县三浦市出发至关岛的比赛中也取得了第一名的好成绩。
1.5在日本注册的第一艘快艇
  在日本注册的第一艘快艇船形是按照IOR竞技快艇的规格,利用阻力最小的三元曲线的模式制作的。船长12.25ng;宽4.06m;船深2.25m,由日生工业制造,1997年8月出厂。使用J1S H4600 2种钛材约1.7t;船舵、舵轴、推进器轴均用Ti—6Al-4V合金制造;由于用钛制造推进器比较困难,因此用了铝青铜合金;但是由于绝缘和阴极保护不理想,使用两年就发生了0.5mm-0.7mm蚀坑,造成部件部分损坏。对于钛船来说用钛制造推进器是最理想的,目前日生工业正在试制中。
  这艘快艇在1999年2月27日至4月17日,在风速约30m/s,高度为7m一8m海浪下往返于东京湾与关岛,归国后进行了细致的检查,无任何损伤,焊接部位也无脱离现象,证明该钛制快艇性能可靠。
1.6手划钛船
  江藤造船所自1993年以来为开发全钛船,制造了第一艘手划船(长2.5m、宽lm)。对Ti的焊接分剪,组装技术进行了探索,考察了在海水中的腐蚀情况和生物附着方式。
  另一艘同样的手划船是在1998年2月东京国际船展上展出的。船长4.9m,使用板厚1.5mm,重46kg。若用铝制同样的船重约83kg,用FRP制约94k8,都比钛制的重。
  江藤造船所继手划船之后,又制造了带有发动机的钛船。船长8.5m,宽2.5m,深1.2m,重0.5t,于1998年4月下水。至此,江藤造船所已经基本上掌握了钛板的剪切、弯曲以及TIG焊接等加工方法。
1.7钛制渔船
第一艘钛制渔船是由新日本制铁公司钛和江藤造船所等联合制造的。船长12.5m,宽2.8m,高0.82m;渔船总重约4.7t;使用纯钛约3t,有强度要求的构件和甲板全部用Ti制作。1998年5月21日开工,同年10月21日举行下水仪式。第二艘钛制渔船由江藤造船所制造,于1999年6月下水,技术规格与用钛量基本上与第一艘钛船相同。
二、钛船的优点
2.1船体轻
  钛的密度为4.5g/cm3,比Fe的7.9g/cm3小,比纯Al的2.7g/cm3和FRP的(1.1—1.2)g/cm3大。但是由于钛的抗拉强度高,比强度也高,因此,可以减轻船的质量。例如,根据设计要求,如果是纯铝船底板,厚则必须达到5mm,而用Ti有2.5mm就够了,同样大小的船,钛制的船体质量是FRP的30%,比铝合金轻10%。由于钛船表面不需要喷涂防锈涂料,因此还省去了涂料的质量。
2.2航速提高
由于船轻,船载发动机就可能小型化。据计算,同样形状的船,钛制船的发动机比铝合金制的船发动机要小15%.如果使用相同的发动机,则航速可以提高15%。另外,船表面无涂料与水直接接触,也减小了与水的摩擦系数,从而提高了船的速度。
2.3燃料费用和CO2生成量减少
钛船的质量轻和高航速使得单位质量、单位航行距离燃料费用大幅度下降。这不仅仅是航行经费的减少,而且还减少了CO2生成量,对防止已成为国际性问题的地球暖化是十分有效的。
2.4耐蚀性
  钛在海水中如同Pt一样耐腐蚀。因此就不需要喷涂防蚀涂料。FRP虽然也不生锈,但海洋生物易附着在其上,很难去掉。铝合金船易腐蚀,而且也易附着海洋生物,难除去。因此,FRP船和Al合金船的船体和船底都必须涂敷防蚀和防止海洋微生物附着的涂料。
  Ti与Cu、Zn等金属相比没有毒性,贝类和海草等海洋生物更易附着在钛上。船静止的时候,贝类和海草的生长速度非常快,但却不腐蚀金属钛,表面也很光滑,非常容易剥离。在船静止时附着在船的推进器上的水草和贝类,在推进器旋转时与水摩擦就会脱落。尽管钛金属几乎不需要防蚀涂料,但是以装饰和标识为目的船用涂料研究还应开展起来。
2.5废船的再生利用
FRP船的废品很难回收利用,至今还没有找到一种简单而实用的方法。而钛船同铝制船一样,废品可以回收再利用,利于环境保护。
2.6优良的稳定性
钛船即使在恶劣的天气下也很少出现纵向和横向的摇晃,这是坐过Ti船的人共同感受。江藤造船所对首航钛船的调查表明,钛船航行急转弯时船体很少倾斜;给左右船舷中的任一边加油也能保持平衡而不倾斜。这是由于钛船轻,重心低的缘故。钛船中,高速行驶,也能稳定地航行。
2.7噪音、振动小
 钛船的船底为2.5mmTi板,船侧为2.2mmTi板,都很薄,不必担心振动。空转时噪音小,航行时来自波浪的冲击引起的振动也不大,这是对钛制快艇调查结果。
2.8寿命长
  木制船的法定使用年限为5年,FRP船为7年,钢和铝船为9年。而Ti金属耐海水、河水腐蚀可以同Pt相比,因此,可以说是半永久性的,板厚设计根本不需要考虑腐蚀减薄情况。从实际调查结果推测,Ti船的法定使用年限要比钢、铝船长得多,实际寿命将更长。
2.9有利于环保
  (1)与FRP相比,Ti金属废品易回收利用;
  (2)船轻,耗油量少,CO2排出量也少;
    (3)船底不需要涂料保护,不会造成因涂料引起的海水污染。
三、钛在船舶上应用存在的问题
  要实现钛在船舶上广泛应用,对于钛工业来说有如下亟待解决的问题:
  (1)船用钛焊接部位疲劳强度值,不同形状结构件焊接部位机械性能值等基础数据十分缺乏,有必要进行整理;
  (2)必须整理出诸如机械加工、焊接加工等Ti金属的相关技术标准,以供造船业参考;
    (3)Ti的焊接主要是TIG焊接,焊接时保护还需下一番功夫。
四、结束语
  钛的耐蚀性好,密度小,强度高,作为船用材料有着广阔的前景。虽然目前用量很少,但是已经有钛制船舶的实例,并获得了很高的评价。在1999年日本钛协会主倡的“船舶工业集团”成立大会上,增加了共同发展钛船这一主题。钛业界今后应努力降低钛的成本和加工费用,积极编著钛设计标准和加工及造船技能知识等,促进钛的应用。
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发表于 2016-5-12 15:59 | 显示全部楼层
钛材的焊接机理及检测
钛材具有优良的耐腐蚀性能,可用于其它金属材料难以胜任的高氯离子浓度介质下工作的设备,选材上一般采用加工性能及力学性能优良的工业纯钛。工业纯钛中的杂质能提高材料的强度,但会使塑性显著降低,以上3种等级的工业钛材随杂质的增多强度依次增加,塑性同时依次下降。与钛合金相比,纯钛的强度较低,但塑性及韧性较好,特别是低温冲击韧性优良, 缺点是温度升高时强度显著下降,故只能在350℃以下温度使用,与普通容器用钢相比,钛材屈强比较高,塑性韧性相对较差。



常温下钛材是很稳定的,但随着温度升高,钛焊缝吸收氢、氧、氮的能力随之也明显上升。试验研究表明, 钛材一般从250℃开始就吸收氢、氧、氮,在焊接时,温度越高,保温时间越长,焊缝塑性则越差,所以在焊接钛材时,如采用氩弧焊接,普通的焊枪是不能满足要求的,因为它不能使焊缝得到有效的保护,普通焊枪形成的保护气只能保护焊接熔池,对于处于已凝固的高温区的焊缝及热影响区, 不能提供保护,就会造成高温焊缝及热影响区吸收氢、氧、氮等气体。氮、氧和氢的侵入均能在焊缝形成间隙固溶体,使焊缝的强度提高,降低焊缝的塑性及韧性,而氢还会显著降低焊缝的冲击韧性进而使焊接接头脆化。因此,焊接时要对于400℃以上的高温区给予充分的保护,包括焊缝背面。



关于钛合金的激光焊接目前的应用趋势是越来越广泛,激光焊接的变形小,生产效率高,而且实现自动化的程度比电子束和TIG 要高。同电子束焊接相比,激光焊不需要真空室等复杂的设备,所以激光焊接实用性更强,而且激光焊可以以不同焊接状态直接焊接。CO2 激光由于功率大,使用25kW/h 可以一次性焊透20mm厚的钛板。Nd : YAG 激光由于可以使用光纤进行能量传输而使得YAG 的焊接更具灵活性,但由于功率低而使得穿透深度受到限制。激光焊接时轻易产生飞溅,这样就使得表面不清洁,在不能进行焊后处理时一定要特别小心。



当焊缝氢、氧、氮、碳的含量较高时,焊缝及热影响区会变脆,在较大焊接应力作用下会出现裂纹,这些裂纹一般是在较低温度下形成的,产生原因主要与焊接区气体的保护及待焊工件表面的清理有关。对于钨极氩弧焊而言,良好的气体保护,彻底地清理干净待焊区域,即可避免裂纹的产生。钛材焊接时的气孔形成原因主要是在保护气及母材焊丝中含有的氢、氧、氮、水等杂质,工件表面或钛焊丝上的油脂、氧化物等污染未能清理干净。所以消除气孔形成的方法就是要使用较高纯度的氩气进行保护,一般纯度要达到99.99%,并对焊接时400℃ 以上的区域进行充分的保护,同时焊接前仔细清理钛丝、坡口、工件上的油脂等氧化物。



钛及钛合金焊接对焊接时保护要求非常严格,当焊缝含碳量为0.55%时,焊缝塑性几乎全部消失而变成非常脆的材料,焊后热处置也无法消除此种脆性。国技术条件规定,钛合金母材的含碳量不大于0.1%焊缝含碳量不逾越母材含碳量。 钛合金中有很多元素,它们对钛的物理性能都有影响,其中碳是钛及钛合金中常见的杂质,当碳含量为0.13%以下时,碳因深在α钛中,焊缝强度极限有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用强烈。但是当进一步提高焊缝含碳量时,焊缝却出现网状TiC其数量随碳含量增高而增多,使焊缝塑性急剧下降,焊接应力作用下易出现裂纹。



大多数钛合金可以使用氧乙炔焊的方法进行焊接,并且所有的钛合金均可以使用固态焊接方法进行焊接( 如TIG、MIG 、等离子弧焊、激光和电子束焊接) 。事实上,钛合金焊接接头发生裂纹的倾向性要比玄色金属( 如铁合金、镍合金) 小得多。尽管钛合金具有如此良好的性质和其他一些优异的焊接特性,一些工程师们仍然以为钛合金的焊接是相当困难的,主要在于钛合金焊接对于气体保护的要求特别高,一般只有非常专业的职员才能保证气体保护符合要求。实际上,很多焊接手段均可以用来焊接钛合金。由于在焊接过程中引进的空气的N2 、O2 和含碳物质使得钛合金的熔化焊接头变脆,因此待焊区一定要清理干净并使用惰性气体保护。焊接材料基本上也是根据被焊材料的特性进行选取的。钛合金的焊接性一般根据焊接接头的延展性和强度来评价。对钛合金焊接部位进行目视检查,主要是为了评估气体保护的好坏。当表面呈银白色时,表示气体保护非常好;而当表面为浅黄色或深黄色,表示钛合金受到稍微污染,但仍然还是可以接受的;表面为深蓝色,表示污染比较严重,但由于使用工况的不同,有的可以使用;表面为浅蓝色,污染严重,几乎不可能使用;表面为灰蓝色或灰色时,污染非常严重,不可使用;同样表面为白色时,污染非常严重,不可用。
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 楼主| 发表于 2016-5-17 16:42 | 显示全部楼层
上次看到某报道,说中国人动手能为差,其实中国人是被政策所限,不然不要动手能口太好

点评

独+++裁+++体+++制会扼杀民众的进取心。  详情 回复 发表于 2016-10-9 18:57
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发表于 2016-9-9 16:37 | 显示全部楼层
其实就个人来讲,先试试水密铆接也可以,估计用在双体浮筒船上是不错的。
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发表于 2016-10-4 01:49 | 显示全部楼层
鈦太脆,要一定合金成份才能面對撞擊,這條路也不是沒有人研究過,合金後輕量化的優勢不明顯,而且要4mm以下的厚度焊接而且要那麼嚴密不透水不太現實,鋁合金還可以可現實中只有幾家世界級的船廠做的好。
比較現實是應用在桿和鋼索上,可是近十年碳纖和graphene的發展就更有用。搞這個不如搞碳纖船殼,而且什麼流線型的形狀用模子都沒有限制,更輕,更強,更韌,也不擔心什麼電解的問題,maxi yacht搞這個,連飛機也要放棄合金搞這個了。
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发表于 2016-12-1 13:29 | 显示全部楼层
通篇都是经不起推敲的过时的鼓吹,并没什么实质内容。只能糊弄缺乏专业知识的一般看客。

钛合金比较显著的优点是极度耐海水腐蚀,除此之外并没其他非常显著的优势。
这个优点让它对比铝合金之类的占到一些便宜。

因为高强度的铝合金都是很容易腐蚀的,航海中很少使用。换句话说,造船用的铝合金是所有铝合金中强度很低的那种。
至于比强度什么的。。。这些材料和碳纤维比较,拍马都追不上的。不要想了。

另外就是结构刚度问题。因为钛合金密度比较大,导致断面厚度比轻质材料要小,这是个缺点。当然钢材密度更大问题更多,但钢材很容易通过焊接出足够大的空间相对厚度来获得更大的相对断面厚度而获得刚性。

楼主资料里面列了几个深潜艇的耐压壳的例子。这是因为在这个水压下,钛合金壳子的厚度不需要额外的增稳措施就可以满足压力稳定性设计。更深的水压下,钢制壳子因为壁厚更小从而可以获得更大内部容积,逐渐不采用钛合金。至于更浅的水中,因为钛合金的壁厚会显得太薄,无法保持稳定,必须使用额外的增稳措施,显不出优势来。
也就是说材料都有一定适用范围。你不能因为它在深潜艇中有成功应用,就可以推理到小船上也会很适用。
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