Conocimiento

El aluminio se usa en cascos, casetas y cubiertas de escotillas de barcos comerciales, así como en artículos de equipo, como escaleras, barandas, rejas, ventanas y puertas. El principal incentivo para emplear aluminio es su ahorro de peso en comparación con el acero. Debido a que es una práctica común el uso de aleaciones de aluminio soldables con resistencias cercanas o comparables a las del acero dulce, las estructuras de igual resistencia pueden diseñarse con un ahorro de peso de 55 a 67%. Sin embargo, para compensar el módulo de elasticidad más bajo del aluminio y para ajustarse a las limitaciones normales de deflexión, generalmente se obtiene una reducción de peso algo menor pero sustancial.

Las principales ventajas del ahorro de peso en muchos tipos de embarcaciones marinas son aumentar la carga útil, ampliar la capacidad de los equipos y disminuir la potencia requerida. Con otros tipos de embarcaciones, el principal beneficio es permitir una mejor distribución del peso, mejorar la estabilidad y facilitar un diseño eficiente del casco. El uso de aluminio normalmente da como resultado primas de costo inicial que se justifican durante la vida útil de la aplicación por los beneficios de un bajo costo de mantenimiento y bajo peso.

El ahorro de peso logrado depende del enfoque del diseño, que varía con las diferentes aplicaciones. Cuando existen cargas conocidas o regla para estructuras específicas, se aplican principios de diseño normales junto con la consideración de las propiedades mecánicas de aleaciones específicas.

Aleaciones.Las aleaciones de la serie 5 xxx utilizadas para la mayoría de las aplicaciones marinas comerciales tienen un límite elástico de soldadura de 100 a 200 MPa. Estas aleaciones de aluminio y magnesio retienen una buena ductilidad de soldadura sin tratamiento térmico posterior a la soldadura, y pueden fabricarse con técnicas y equipos normales de astilleros. Las aleaciones soldables de aluminio, magnesio y zinc también están recibiendo atención en este campo. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de la serie 5 xxx es otro factor importante en la selección de aluminio para aplicaciones marinas. Reducciones de la resistencia a la tracción en 1 pruebas de corrosión de agua de mar de 0 años de 1. 62 mm (0.064 pulg.) - las muestras de lámina desnuda gruesa son solo 2 a { {0}}%. Las aleaciones de la serie 6 xxx, ampliamente utilizadas para embarcaciones de recreo, muestran una disminución de 5 a 7% en pruebas similares.

Las aleaciones de aluminio Alclad rara vez se requieren en la construcción de embarcaciones marinas. Sin embargo, se utilizan en algunas aplicaciones, como las tuberías, para garantizar la máxima seguridad contra la profundidad excesiva de las picaduras. Además, alclad 2 xxx y 7 aleaciones de la serie xxxse seleccionan donde se requieren resistencias a la tracción de 70, 000 a 80, 000 psi (482. 6-551. 2 MPa), considerablemente más altas que ahora disponibles en el 5 aleaciones de la serie xxx.

Las aleaciones de alta resistencia se emplean donde no se requiere soldadura, y donde se pueden utilizar sus mayores resistencias para obtener ventajas. Debido a su menor resistencia a la corrosión por el agua de mar, se deben utilizar medidas de protección como revestimiento, pintura o protección catódica para una vida satisfactoria en el servicio marino.

Embarcaciones de recreo

El uso de pequeñas embarcaciones se ha expandido rápidamente desde 1945. Las primeras aplicaciones del aluminio fueron principalmente en canoas y pequeños barcos de pesca, en los que el aluminio es ahora el material dominante.

Pequeña artesanía. Los runabouts y los pequeños cruceros fueraborda de hasta 20 pies (6 m) de largo generalmente están construidos de aluminio o plástico. El diseño a menudo es más importante que la superioridad de ingeniería en estos productos de consumo. Sin embargo, solo recientemente los constructores han enfatizado el estilo en las embarcaciones de aluminio.

El peso liviano es ventajoso, ya que reduce los costos de construcción, permite conducir un bote con menos potencia y proporciona portabilidad. Además, muchos accidentes que habrían causado fracturas y daños extensos en botes de madera o plástico solo resultan en abolladuras reparables con aluminio. Además, los botes de aluminio están dañados menos que los botes de acero en la experiencia de servicio hasta la fecha (a pesar de que el revestimiento de aluminio y el revestimiento de acero son generalmente del mismo grosor), porque el módulo de elasticidad más bajo del aluminio da como resultado una mayor capacidad para absorber energía. Tanto para la chapa de aluminio como para la chapa de acero, el grosor se selecciona principalmente en función de la soldabilidad, para lo cual los requisitos son los mismos para los dos metales.

El grosor mínimo práctico de las piezas de aluminio para la soldadura de reparación se considera de 0. 090 in. Aunque los calibradores más livianos (comunes en la construcción de botes pequeños) pueden soldarse, generalmente se reparan en ubicaciones perforadas mediante remaches de láminas en su lugar. Las abolladuras son lisas, como en la reparación de carrocerías de automóviles.

El bajo mantenimiento reduce el costo de operar un servicio de alquiler de embarcaciones, y también es una ventaja con las embarcaciones de recreo privadas, que se mantienen cuidadosamente para su apariencia. La mayoría de las embarcaciones de aluminio se venden pintadas para servicio de agua dulce o salada. Para operar en agua dulce, los botes de aluminio generalmente se dejan sin pintar durante 10 años o más, mientras que los botes de madera requieren calafateo y pintura anuales. Para el servicio de agua salada, la práctica típica con aluminio es un retoque anual más repintado cada tres o cuatro años.

El aluminio se utiliza para adornos y accesorios de embarcaciones, independientemente del material del casco. Las molduras brillantes anodizadas, ya sea como extrusiones o productos laminados en rollo, se usan ampliamente en embarcaciones de todo tipo para rieles, paneles de tablero y otras partes.

Las embarcaciones pequeñas se fabrican con una amplia gama de aleaciones de chapa de aluminio, principalmente en las series 5 xxx y 6 xxx. Estos tienen una combinación óptima de resistencia, costo, facilidad de fabricación y resistencia a la corrosión. Generalmente, 5 052-H 32, 5 052-H 34, o 6 061-T 6 se usa para cascos pequeños que No necesita estiramiento. Cuando se emplea la conformación por estiramiento, se utiliza la lámina 6 061-T 4 , que posteriormente puede envejecerse artificialmente hasta el temple T 6 . Las extrusiones de 6 061 o 6 063 se utilizan para secciones estructurales y decorativas, como quillas, lomos, gunwales y rieles de pulverización.

Se recomiendan remaches de 2117, 6053 o 6061 . En general, un remache no debe ser mucho más duro ni apreciablemente más blando que la lámina a unir, y debe tener propiedades mecánicas similares.

Las embarcaciones interiores más grandes, de 20 a 125 pies (6 a 38 m) de largo, están fabricadas con aleaciones de aluminio por razones similares a las de las embarcaciones pequeñas. Normalmente, estos barcos emplean construcción soldada para casco, estructura interior y cabinas. La aleación más popular para cascos es 5086-H32, en espesores de 0. 45 a 12. 7 mm. Los mamparos, los tanques de combustible y las cabinas suelen ser de la misma aleación que el casco, aunque se pueden utilizar 5052 o 6061 . Los miembros estructurales, ya sea en extrusiones especiales o formas estructurales estándar, pueden ser de6061-T6o 5086-H 112 en construcción totalmente soldada.

Las embarcaciones de vela siguen un patrón similar al de las embarcaciones de motor; los botes más pequeños que usan construcción remachada de aleación 5052 o 6061 , y yates personalizados más grandes que usan construcción totalmente soldada en 5086. El peso liviano de los cascos de aluminio en las embarcaciones de vela permite al diseñador una amplia latitud al proporcionar un equilibrio entre el área de la vela y la relación de desplazamiento del lastre. Un estudio de los pesos del casco para madera, plástico reforzado con vidrio y aluminio en un bostezo de la Academia Naval de 30 pies mostró que el plástico era 10% y la madera 37% más pesado que el aluminio. Los bostezos de plástico actualmente estándar tienen una relación de desplazamiento de lastre de 0. 433, en comparación con 0. 390 para el diseño de madera más antiguo. La construcción de aluminio permitiría una relación de aproximadamente 0. 47.

Pequeñas embarcaciones comerciales

La construcción de personal y embarcaciones de trabajo se ha acelerado con la expansión de la industria petrolera en alta mar desde la Segunda Guerra Mundial. Inicialmente, el acero se estableció como el material de construcción estándar para estas embarcaciones, y no fue hasta el medio 1950 ' s que el primer bote de aluminio para el personal entró en servicio. Esta embarcación 6061-T 6 totalmente soldada demostró rápidamente las ventajas de un peso de casco más ligero, lo que resultó en una mayor velocidad para la misma potencia. Como el tiempo ahorrado en el transporte de personal a las plataformas ofrece importantes ahorros salariales, la industria adoptó rápidamente estas embarcaciones.

Los botes de tripulación son normalmente de tipo de casco duro y de lomo duro, utilizando superficies que se pueden desarrollar en forma de casco. Esto da como resultado un casco eficiente que es económico de fabricar. El constructor también se beneficia del peso más ligero del material que se levanta en su lugar, ya que se requieren menos trabajadores y piezas de equipos de elevación. Un constructor de botes de personal ha demostrado que un casco de aluminio de 50 pies requiere un tiempo de fabricación 33% menos que para el acero.

La mayoría de las embarcaciones de personal de aluminio están fabricadas con 5456-H 321 hoja y placa de 0. 188 a 0. 375 in. de espesor y 5456-Hlll o 6061-T 6 formas extruidas. La aleación 508 6 también se usa ampliamente para el revestimiento del casco. Las cabañas son normalmente de5052 hoja0. 125 a 0. 25 pulg. gruesas y 6061 extrusiones.

Buques pesqueros. En estas embarcaciones, las economías de aluminio que ahorran peso y son resistentes a la corrosión han demostrado superar la prima de inversión inicial. Luego de una breve prueba de servicio en 1957 de dos barcos cerqueros de 36 pies soldados con cerco de aluminio construidos con una placa 5052-H 32 de 0.25 pulgadas de espesor y formas 6061-T 6 , un toda la flota fue cambiada a aluminio. La ventaja original atribuida al aluminio fue el ahorro de peso, que se utilizó para compensar el equipo adicional de manejo de la red y al mismo tiempo mantener la estabilidad adecuada. Después de cuatro años de abuso de las embarcaciones en este servicio resistente, los propietarios estaban convencidos de que las embarcaciones de aluminio también tenían menores costos de mantenimiento.

Un barco pesquero de Alaska de 57 pies construido con una placa 5086-H 32 de 0.25 pulgadas de espesor alcanzó una velocidad cargada de 18 nudos, más del doble que la de los barcos convencionales. Esto resultó en ganancias adicionales de $ 5000 a $ 10, 000 por año, ya que se podía pasar más tiempo en los caladeros. La nave no está pintada; los ahorros de mantenimiento se estiman en $ 2000 por año. El aumento de las ganancias y los ahorros de mantenimiento justificaron rápidamente la prima de 15% del costo inicial.

Se informaron ahorros similares para 70 redes de enmalle con 5086-H32 soldados de 0.25 pulgadas. chapado del casco, que opera en el noroeste del Pacífico. Estas naves de 36 pies ganan 30% más en una temporada normal que las redes de enmalle de casco de madera estándar que reemplazaron.

El equipo a bordo de los buques pesqueros suele ser de aluminio. La sala de peces de aluminio, común en Europa, se usa en algunos buques en los Estados Unidos. Secciones de retención de aluminio extruido o laminado en 6061-T 6 o 6063-T6dan como resultado sistemas de cuarto de peces que no son absorbentes, sanitarios y fácilmente reorganizados por la tripulación. El deterioro del pescado se reduce y se puede transportar más pescado, ya que las secciones de aluminio pesan menos de un tercio del peso de los peces de madera húmeda o de los tableros de plumas (tableros portátiles para dividir la bodega en pequeños compartimentos).

Los tanques de pescado refrigerados de 5052 o {{1}} chapa y placa 5. 0 a 1. 5 mm de espesor sin protección han demostrado ser más sanitarios y menos costoso de mantener que los tanques de acero recubiertos o tratados. Con la salmuera como refrigerante normal, los tanques de acero requieren la protección de recubrimientos orgánicos o metálicos para lograr una vida útil de servicio; Además, el mantenimiento del recubrimiento es un problema continuo.

Las embarcaciones de inspección del gobierno con cascos de aluminio normalmente llevan más equipo de inspección que las embarcaciones de acero convencionales, aunque algunas utilizan el ahorro de peso para expandir las operaciones de tiro bajo. Ambas agencias gubernamentales estatales y federales operan estos botes de aluminio. Los barcos de inspección son fabricados por los constructores de botes de personal, y están hechos con aleaciones y prácticas de construcción similares.

Naves comerciales

Los buques de pasaje utilizan grandes cantidades de aluminio en superestructuras y equipos. Los 4. 5 millones de libras (2000 toneladas métricas) en el&"; SS Estados Unidos GG", construido en 1952, resultaron en una disminución de 8000 toneladas en desplazamiento El peso superior más liviano permitió una reducción de la viga, ahorrando el peso del casco y permitiendo una capacidad de potencia reducida, al tiempo que proporciona las altas velocidades de servicio necesarias en los transatlánticos modernos. La placa remachada 6061-T 6 se empleó para la estructura de la caseta, las cubiertas de superestructura y los mamparos. El resto del aluminio se utilizó en muebles, equipos, conductos de ventilación, escaleras, peldaños y barandas.

Los principales revestimientos construidos en Europa han utilizado el aluminio ampliamente en superestructuras y equipos, que van desde 1000 a 2000 toneladas por barco. El&"; Oriana GG";&"; Canberra GG"; y&"; Francia GG"; empleó construcción soldada, utilizando láminas, placas y extrusiones de aleaciones de aluminio-magnesio y aluminio-magnesio-manganeso. Como la apariencia es importante en esta clase de barco, las estructuras están pintadas; el aluminio permite al menos 50% más de tiempo hasta que se requiera volver a pintar.

Los buques de carga seca se han visto afectados por las nuevas tendencias de diseño que enfatizan la necesidad de un peso superior más bajo. Los equipos de manipulación de carga más pesados ​​y la maquinaria relacionada, y los cascos de alta velocidad más estrechos, con contorno hidrodinámico, han aumentado los problemas de estabilidad. Por lo tanto, se requiere un ahorro de peso para permitir diseños de casco más eficientes. Aproximadamente 100 toneladas de placa 5086 soldada y formas de 0. 25 a 0. 75 in. espesor se utilizó en las estructuras del barco en cada una de las diez naves construidas recientemente. Las estructuras de aluminio normalmente pesan solo un 40% tanto como las estructuras de acero, utilizando detalles de construcción similares a la práctica del acero (placa soldada y refuerzos entre corchetes en las cubiertas). En algunos casos, se ahorra peso adicional mediante la aplicación de extrusiones especiales.

Los graneleros normalmente pueden aprovechar directamente cualquier ahorro de peso al transportar carga adicional. Seis transportistas de mineral canadienses utilizaron 150 a 250 toneladas de aluminio en estructuras de casetas de cubierta, cubiertas de escotillas y equipos como barandas y botes salvavidas. Plumas de aluminio de remachado 2014-T6, 6 0 6 1-T 6, o 6 070-T 6 formas extruidas o laminadas en transportadores de mineral de autodescarga permiten a los operadores lograr economías en la conversión de barcos más antiguos para actualizar su utilidad. En una instalación típica, una pluma de acero de 190 pies en el&"; JR Sensibar GG"; fue reemplazado por una pluma de aluminio de 25 6 pies, aumentando el área de descarga disponible en el muelle sin tener que alterar la estructura de soporte de la pluma existente.

Los transbordadores de pasajeros utilizan superestructuras de aluminio para mantener una estabilidad segura mientras transportan más pasajeros. En 1939, los transbordadores Staten Island de la ciudad de Nueva York iniciaron esta aplicación de aluminio con tres superestructuras remachadas, que involucraron un total de 100 toneladas de placas y formas 6061-T 6 . Esto dio como resultado una reducción en el consumo de combustible de 220 galones por viaje redondo para cada ferry y un costo operativo anual de $ 107, 000 menos que para un ferry similar con una superestructura completamente de acero. El último grupo de tres naves, construido en 1964, utilizó 100 toneladas de placas soldadas 508 6 soldadas y extrusiones para la estructura superior. Los transbordadores más pequeños que operan frente a la costa del Pacífico y en el río San Lorenzo tienen cascos de placa soldada 5086-H 32 , 3 / 1 6 o 1 / {{ 16}} en. grueso.

Barcazas Las barcazas de aluminio, que transportan diversos productos químicos, se han operado en el sistema de vías navegables interiores de Estados Unidos desde 1960. Una barcaza de 5200 bbl tiene 97 pies de largo, 35 pies de ancho y opera en un 8. Calado de 5 pies. Una barcaza de 9000 bbl tiene 100 pies de largo, 50 pies de ancho y transporta 1200 toneladas cortas en un 8. Calado de 5 pies. Las barcazas de aluminio tienen 7 / 16 adentro. -grueso soldado 5086-H34 chapado del casco; los tanques de carga son 5 / 16 pulg. 5 052-H 34 placa. Se utilizaron aproximadamente 120 toneladas cortas de aluminio en la construcción de la barcaza de 100 pies, lo que resultó en un ahorro de peso de 150 toneladas en comparación con una barcaza de acero similar. Esto permitió transportar 15% más carga, pero la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio empleadas en tanques, tuberías y casco fue el factor principal en la selección de aluminio para estas barcazas químicas.

Estas barcazas también se han utilizado para mover productos como aceites lubricantes, combustibles, fertilizantes nitrogenados, solventes de petróleo y glicoles. Las inspecciones realizadas por la Guardia Costera de los Estados Unidos, la Oficina Estadounidense de Transporte Marítimo y los propietarios no han demostrado prácticamente corrosión de la estructura de aluminio ni daños estructurales por el manejo en los remolques fluviales.

Se construyó una barcaza de aluminio más grande, 195 por 50 pies, en 1963. Placa 5083 totalmente soldada 5 / 16 a 9 / 16 pulg. Se utilizaron formas gruesas y estructurales para fabricar esta barcaza. Lleva anhídrido acético, aunque clasificado para una gama de otros productos químicos también. La capacidad nominal es 2264 toneladas cortas en un 8. Calado de 5 pies. Esta capacidad es aproximadamente 14% más que una barcaza de tanque revestida de acero inoxidable del mismo tamaño; El peso del casco de la barcaza de aluminio es de solo 200 toneladas cortas, en comparación con 486 toneladas para la construcción de acero.

Hidroalas. Estas embarcaciones de alta velocidad se utilizan para el servicio de cercanías y excursiones. Aunque su uso en Europa ha sido una realidad económica durante décadas, la disponibilidad de formas de transporte competitivas ha restringido su aplicación en los Estados Unidos. Las primeras aplicaciones europeas dictaron el peso mínimo del casco para utilizar fuentes de energía prácticas. Esto condujo al uso exclusivo de una aleación de tipo 6061 y una construcción remachada para el casco, la cabina y los mamparos. Las embarcaciones construidas recientemente en los Estados Unidos han empleado la construcción soldada con las aleaciones de la serie 5 xxx.

El hidroala de 90 toneladas y 105 pies de largo&"; HS Denison GG"; fue construido en 1961 para la Administración Marítima. Se usó una combinación de remachado y soldadura para fabricar el casco, la cabina y los mamparos de 5456 láminas, placas y extrusiones. Las piezas forjadas de aleación 7079-T 6 formaban parte de la estructura de lámina de acero. Los sistemas de tuberías eran de aluminio o plástico, siguiendo la práctica de la aeronave.

Las embarcaciones de hidroala más pequeñas también se han construido de aluminio. Se construyeron dos naves de 45 pies de largo de 5456 soldadas, con 10 más planificadas para una construcción similar. Se utilizaron 5086 láminas, placas y extrusiones soldadas para construir el&"de 34 pies";&Albatross ", que puede transportar 24 pasajeros a velocidades de hasta 40 mph.

El aluminio no solo es el material aceptado para la estructura del casco del hidroala, sino que también se usa en pequeños sistemas de láminas en forma de fundición de aleación 356-T 6 y extrusiones 6061-T 6 . Sin embargo, en embarcaciones grandes, como el&"; Denison GG"; y el PCB y AGEH de la Marina (discutido en la siguiente sección), se emplean aceros de alta resistencia para las estructuras de aluminio. Aunque quedan muchas preguntas sobre la importancia relativa de los diversos factores en la selección del material, se ha establecido que la resistencia y la rigidez proporcionadas por los aceros de alto límite elástico (150, 000 a 200, 000 psi) son necesarios en la gran embarcación.

Buques Navales

Destructores Se usan alrededor de 6000 toneladas de aluminio por año, más que cualquier otro tipo de aplicación marina, en los destructores. Durante los 1930 's, se desarrolló una amplia aplicación de aluminio en destructores y se perfeccionaron las prácticas de diseño. Durante la Segunda Guerra Mundial, la construcción volvió al acero debido a la escasez de aluminio. Después de la guerra, con un creciente énfasis en los equipos electrónicos, el peso de la estructura de la caseta se convirtió en un factor crítico, y el aluminio se restableció para combatir este problema.

El desarrollo de la aleación en la última década ha resultado en una aplicación casi estándar de 5456 platoy extrusiones en las estructuras soldadas de los destructores. Las cantidades ahora utilizadas varían de 100 a 350 toneladas por barco, dependiendo del tipo de destructor. Los ahorros de peso en la estructura de aluminio de la caseta de cubierta, normalmente de aproximadamente 40 a 45%, se utilizan para mantener suficiente estabilidad del barco mientras se emplea el casco estrecho necesario para altas velocidades de servicio. También se permiten instalaciones de equipos adicionales en la parte superior.

Más de la mitad del aluminio utilizado se encuentra en la estructura de la caseta de cubierta, el resto se emplea en una variedad de aplicaciones de equipos. Estos incluyen armarios, escritorios, sillas, literas, puertas, ventanas, escaleras, rejillas y equipos de galera: en estos artículos se encuentra una amplia gama de las aleaciones de forja y fundición más resistentes a la corrosión, incluidos 5052, { {2}}, 6061 y 356.

Portaaviones. Las aplicaciones de aluminio totalizaron más de 1750 toneladas en el portador&"; Enterprise GG"; (CVA-65) completado en 1961. El elemento individual más grande (8) fueron los cuatro elevadores de borde de cubierta. La primera de estas plataformas de elevadores, que empleaba miembros soldados 6061-T 6 en una estructura de celosía tubular, se había instalado en el portador&"; Shangri-La GG"; (CVA-3 8). Más tarde, aleación5154-H36se utilizó para los ascensores soldados en CVA-61. Los desarrollos de aleación y soldadura llevaron a la aplicación de placas de aleación 5456 y extrusiones en los ascensores en el&"; Enterprise GG"; Estos fueron diseñados con una estructura de parrilla abierta; las vigas profundas se fabricaron de 3 / 4 a 2 en. grueso. Las estructuras 52 por 85 pies pesaron 105 toneladas cada una, 3 5 toneladas menos que unidades de acero similares. La inercia reducida, durante la operación entre las cubiertas de vuelo y hangar, permitió reducciones en la operación de maquinaria.

El&"; América GG"; (CVA-66), completado en 1965, emplea elevadores de configuración de placa rígida, utilizando aceros de alta resistencia; pesaron 115 toneladas cada uno. Un diseño similar pero que empleaba la aleación 5456 dio como resultado que se especificara aluminio para los ascensores en el transportador CVA-67, ahora en construcción, con una reducción de peso de 15 toneladas cada uno.

Otros usos incluyeron los elementos de equipo mencionados para destructores, junto con mástiles de radar, superestructura, paneles de enfriamiento en la cubierta de vuelo y estructuras comparables.