殷瓦合金(invar,也稱為殷鋼),是一種鎳鐵合金,其成分為鎳36%,鐵63.8%,碳0.2%,它的熱膨脹系數極低,能在很寬的溫度范圍內保持固定長度。艾林瓦合金(elinvar),是一種鎳鐵鉻合金,成分為鎳33%~35%,鐵53%~61%,鉻4%~5%,鎢1%~3%,錳0.5%~2%,硅0.5%~2%,碳0.5%~2%,它在相當寬的溫度范圍內熱彈性系數實際上是零(即楊氏模量不變),熱膨脹系數也很低。它是1896年法國物理學家C.E.Guialme發現的一種奇妙的合金,這種合金在磁性溫度即居里點附近熱膨脹系數顯著減少,出現所謂反常熱膨脹現象,從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內,或很小的甚至接近零的膨脹系數,呈面心立方結構,其牌號為4J36,它的中文名字叫殷鋼,英文名字叫因瓦合金( invar) ,意思是體積不變。
一般來說,絕大多數金屬和合金都是在受熱時體積膨脹,冷卻時體積收縮,它們的熱膨脹系數呈線性增大,但是元素周期表中的鐵、鎳、鈷等過渡族元素組成的某些合金,由于它們的鐵磁性,在一定的溫度范圍內,熱膨脹不符合正常的膨脹規律,具有殷瓦效應的反常熱膨脹,也就是說它的機理與化學成分及磁性有關。
殷瓦鋼特性
殷瓦合金的主要特性為:膨脹系數小,強度、硬度不高,導熱系數低,塑性、韌性高等;主要應用于顯示器用蔭罩,熱雙金屬低膨脹層,電子元器件封接材料,精密儀器、儀表零部件,LNG運輸船,特殊傳輸電纜,提高離子激光器穩定性等等。
殷瓦鋼的特殊性質決定了它是船舶工業中制造大型LNG船舶必不可少的材料,用于防止船體結構在超低溫環境下冷裂。而且殷瓦鋼極為嬌貴,0.7mm厚的殷瓦鋼,空手摸一下,24小時就會銹穿,所以在焊接過程中必須極為小心!所以在殷瓦鋼的焊接過程中,需要焊工中較高級別,即G級的高級焊工在佩戴專用羊皮吸汗手套在極其艱苦的環境下進行。
在LNG船上,焊接異常困難的殷瓦鋼,不僅必不可少,而且用量不小。普通金屬材料在-163℃低溫下會發脆,失去原有的韌性。因此,船體與船艙之間還有一層絕緣箱內膽,全部由不膨脹、耐低溫材料組成。用在LNG船液化艙的殷瓦鋼,厚度僅0.7毫米,整個液化艙體由很多小塊的殷瓦鋼板拼接而成。一艘LNG船有4個裝載天然氣的液化艙,一個液化艙有五六個籃球場這么大,全船的殷瓦鋼焊縫長度近130公里。
目前關于LNG船關鍵技術的研究
攻克特殊焊接技術
液貨艙是LNG船的核心。147210立方米的LNG船全船的殷瓦鋼(Invar鋼,不膨脹鋼,不銹鋼材料)焊縫長度達到130公里,大部分殷瓦鋼的厚度只有0.7mm,所有焊縫不能有絲毫的泄漏,一旦有一個點出現焊接質量問題,將導致相鄰的一大片殷瓦板的更換和重新焊接,一個泄漏點返修工時至少要1000小時。
焊接工藝包括手工焊和自動焊兩大部分,它所涉及到的板材為國內首次使用的殷瓦鋼,涉及到的焊接材料為國內首次使用的專用焊材M93,涉及的自動焊焊機同樣為國內首次使用。殷瓦鋼的焊接技術成為LNG船建造必須攻克的技術關鍵。
建立第一條絕緣箱生產線
LNG船裝載的貨物是溫度為-163℃的液化天然氣,通過全船安裝的二層絕緣箱使液化天然氣和船體保持絕緣。在147210立方米的LNG船上,需要1100多種不同類型的絕緣箱55000只,箱子的精度必須控制在0.5mm公差范圍內。絕緣箱是LNG船上的關鍵部件,只能通過建立一條可靠的高精度的生產線才能保證其質量。
突破殷瓦預制件加工難關
殷瓦預制件是LNG船的重要部件,是薄膜和船體相連接的連接件,它包括殷瓦管、殷瓦三面體和其他殷瓦小零件,以往建造散貨船、油船、集裝箱船時都沒有這種部件。而在LNG船上,殷瓦管和殷瓦三面體約有400只,殷瓦小零件60000只,所有這些殷瓦預制件的生產不僅有量的要求,還有嚴格的精度控制要求,建造LNG船必須攻關解決這些關鍵零件的加工技術。
自制LNG船液貨進出泵塔
泵塔LNG船上液貨進出的重要通道,也是人員進入液貨艙的通道,15萬立方米級LNG船的泵塔高度達27米,三角桅形式。由于泵塔部件直接接觸液化天然氣,工作溫度都將達到零下163℃,整個泵塔幾乎都由不銹鋼管子制作而成,它的制造工藝、焊接質量、焊接精度控制等是需要重點攻克的技術難關。
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