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全球仅中法2国能造殷瓦钢,是最难焊接的材料,法国垄断了40年

 安麓散人 2021-12-29

1张A4纸厚度为0.088毫米,殷瓦钢的厚度仅为0.7毫米,这种钢板相当于8张A4纸的厚度,全球仅有中法两国能制造。殷瓦钢是制造LNG船最关键的材料,LNG运输船就是液化天然气运输船,这种船的建造难度非常大,很多人将它和航空母舰对比,目前只有中美日韩等13个船厂可以建造,被称为称为造船业“皇冠上的明珠”。

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与殷瓦钢接触的所有人都必须戴上吸汗手套

殷瓦钢主要的核心制造技术都在法国GTT公司手中,目前也只有我国能独立研发出殷瓦钢。GTT公司掌握的殷瓦钢专利技术达到了垄断级别,美中韩日等世界大国都离不开GTT公司提供的技术授权,就算GTT公司不生产殷瓦钢,只提供授权技术服务,每年也有巨大的利润。

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法国GTT公司

LNG船用来运输液化天然气,为了方便运输,需要将天然气液化,天然气主要成分是甲烷,要采用在常压下低温冷冻的方法使其液化,甲烷的沸点为-161.5℃,LNG船用-162℃的低温来液化甲烷。问题来了,如此低的温度,一般的金属会发生冷裂的现象,也就是在低温环境下,金属的内应力超过合金强度极限时形成的裂纹。

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LNG船

低温下金属的强度会大打折扣,1米长的铝板,温度降低50度,就会变短2.5毫米,这对于LNG船来说就是毁灭性的灾难。建造LNG船最好的材料就是殷瓦钢了,这种钢早在1896年就被一名法国物理学家发现了,主要成分是铁63.8%,镍36%,碳0.2%,热膨胀系数非常低,说白了就是它没有热胀冷缩的现象。

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金属在低温下会发生冷裂现象

殷瓦合金膨胀系数小,强度和硬度不高,导热系数低,塑性和韧性高,主要应用于航天遥感器、热双金属低膨胀层、电子元器件封接材料、显微镜和天文望远镜中大透镜的支撑系统、精密仪器、波导管中作结构件、特殊传输电缆,提高离子激光器稳定性等等。LNG船体与船舱之间还有一层绝缘箱内胆,全部由不膨胀、耐低温的殷瓦钢组成。

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薄膜型LNG运输船货仓内壁

虽然殷瓦钢可以用来“冰镇”天然气,但是它非常的娇贵,最薄的钢板仅有0.7毫米,如果手上有汗液,徒手摸一下,不到一天的时间就会生锈,这样整块钢板就废了,并且会影响到临近的钢板。所以在焊接过程时,工人要佩戴专用的羊皮吸汗手套,不能有一点汗液。

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LNG船的液货舱内部

殷瓦钢材料厚度分为三个规格,分别是0.7毫米、1.0毫米、1.5毫米,把这种特种钢造得跟纸一样薄,不是一件容易的事,在生产过程中更是繁缛复杂,要经过电弧炉冶炼、真空感应熔炼,Lf精炼、真空氧气脱碳、真空电弧重熔、电渣重熔、连铸、热轧、冷轧等众多工序,缺一不可,就连美国和德国也无法造出殷瓦钢。目前仅有中法两国有这样的技术。

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殷瓦钢拼接而成

韩国是全球生产LNG船最多的国家,去年韩国现代重工业、三星重工业、大宇造船3家船厂,为卡塔尔生产100艘LNG船,项目规模为1374亿元。但是韩国要从法国GTT公司进口殷瓦钢,并且用的No.96型液货围护系统,也是GTT研发的,所以韩国每生产一艘LNG,就要给法国缴纳1000万美元左右的专利费。

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LNG船内部

殷瓦钢的成本很高,是普通钢材价格的20倍,不是按吨卖的要按公斤卖,1公斤最少100多元,一艘标准的14.7 万立方米LNG 船,需要殷瓦钢450吨左右,光殷瓦钢的成本就需要4800万元左右。

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昂贵的殷瓦钢

一艘普通的LNG船的内胆最少由3600片规则的大殷瓦钢板,和数万片不规则的小殷瓦钢板焊接而成的,这些焊缝总长度可达140公里,规则的焊缝可用焊接机器人完成,但是很多狭小的不规则角落必须要人工才能完成,有10%的焊缝需要人工。一个米粒大小的漏洞,就有可能带来致命后果,导致天然气挥发造成爆炸。

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正在焊接殷瓦钢

一直到2005年,我国才有了16名能焊接殷瓦钢的顶级焊工。殷瓦钢因为特殊的物理性质,硬度很低很薄,合金含量比普通钢要高很多,焊接性能差,所以是最难焊接的材料之一。想要学会焊接殷瓦钢的技术,光培训费最少需要20万元,还要经受专业机构严格考核,才能获得GTT公的最高等级焊工证,只有G证才有资格焊接殷瓦钢,并且每月还得复审。

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殷瓦钢焊工的等级证书是最高级的

这就是LNG船内部的液货舱,它的内壁看着亮晶晶的,由一片片殷瓦钢片焊接组合起来的,最薄处仅有0.7毫米,光焊缝长度就有百公里左右。为了能在零下163℃的低温下正常工作,LNG船的货舱维护系统由2层绝缘箱和2层薄膜组成,这也是整个船体技术含量最高,也最困难的部分。

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LNG船内部

LNG船外部绝缘箱的材质为充填珍珠岩的层压板,内部的主、次屏壁采用的殷瓦钢,一般船体有4个巨型装载天然气的液化舱,几百公里的焊缝不能有一丁点泄漏。如果手印或者汗水不小心落在殷瓦钢上,锈蚀的殷瓦钢也会把周围的殷瓦钢腐蚀,就需要全部换掉,花费大量的时间,造船厂会延误工期无法承受。

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焊接过程十分复杂漫长

工作车间的空气干燥度要大于60%,除湿空调是必备的,保证焊接车间的密封性。首先用浓度高于99.7%的无水酒精擦拭,去除水分、灰尘、油污等杂物,用锉刀打磨掉毛刺,不能快速来回打磨,要自上而下轻轻打磨,打磨后立即清洗。在焊接的过程中,高级焊工要做好防护,戴好羊皮手套,在焊件上不能有一滴汗珠或手印,要求焊工不仅手上要准,更要心里稳,焊工的情绪波动,会直接影响焊接质量。

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机器焊接只能完成90%

普通的电焊机是行不通的,用的是钨极氩弧焊机,要用纯度99.999%的氩气保护,定位时起弧收弧要尽快完成,只要点一下起弧后就可以立马熄弧,焊接时钨极要靠近2块殷瓦钢搭接板上边缘角,但是不能碰到,要从右向左的Z型往返焊接,焊枪摆动频次为2秒摆动3次,中间不停顿。钢板间的焊缝烧得要恰到好处,不能焊穿,背面的绝缘箱也不能因为高温着火。

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很多地方只能手工焊接

上面的要求感觉不是很难是吧,但是一条不到4米的焊缝,高级焊工需要5个小时才能焊接完成,并且中间不能停顿,需要一次成型,像鱼鳞一样均匀,往往一干就要3个小时才能停下来休息。其实更像像绣花,一针针均匀地绣上去,最后像像做衣服一样,把一块块的殷瓦钢连接起来。目前国内,拥有GTT所颁发的焊工资格证书的工人不到200人。

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巨大的液货舱

殷瓦钢的板厚度符合激光焊接的应用范畴,但是激光焊接能量集中,边缘部分有着很大的温差,这样就加大了焊接应力,影响强度。所以激光焊接也有很大的弊端,解决方法就是用分光法获得双光束,1束预热、1束焊接,同步进行,可以有效降低焊接时的温度梯度,减小应力,在这薄如纸的殷瓦钢上焊接如绣花一般。

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正在焊接殷瓦钢的高级焊工

因为这种钢材焊接难度太大,这也是为何此前全球只有韩国大宇造船厂能够造LNG船的原因,但是目前的形式变了,我国不但能生产殷瓦钢,还非常重视高级焊工的培养,基本上都要去欧洲学习焊接技术,这也让中国成为世界上少数既掌握殷瓦钢生产,同时也掌握焊接工艺,又能制造LNG船的国家。

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