Chapa de aluminio para la construcción de barcos

La chapa de aluminio para la construcción de barcos es más que un sustituto ligero del acero. Es un material estructural funcional que debe absorber vibraciones, resistir la niebla salina, aceptar uniones soldadas y conservar una resistencia confiable durante años de impacto de olas. La mejor lámina marina no sobrevive simplemente al agua de mar; apoya la forma en que se construye, opera, repara y mantiene un barco.

Para los constructores de barcos pesqueros, patrulleras, barcos de trabajo, transbordadores, embarcaciones de desembarco, yates y pequeñas embarcaciones de recreo, el aluminio suele seleccionarse por su alta relación resistencia-peso. Un casco más liviano puede requerir menos energía, transportar una carga útil más útil y responder de manera más eficiente a las condiciones cambiantes del agua. Al mismo tiempo, el aluminio desarrolla naturalmente una película protectora de óxido que ayuda a resistir la corrosión cuando se utilizan la aleación marina y las prácticas de fabricación correctas.

El aluminio marino como componente funcional de una embarcación

La función de la chapa de aluminio cambia según su ubicación en el recipiente. El revestimiento del casco soporta presión hidrostática, cargas de golpe, abrasión e impactos localizados. La lámina de cubierta proporciona superficies para caminar y soporta accesorios como listones, rieles, escotillas y soportes para equipos. Los paneles de cabina necesitan buena conformabilidad y una superficie limpia para pintar o terminar. Los tanques de combustible, las cajas de almacenamiento, las bodegas de pescado y las particiones interiores se benefician de la resistencia a la corrosión, el bajo peso y la práctica soldabilidad del aluminio.

Por este motivo, una única aleación no siempre es ideal para todas las partes de un barco. Las aleaciones de la serie 5xxx con alto contenido de magnesio son la opción común para estructuras marinas soldadas porque ofrecen una excelente resistencia a la corrosión del agua de mar sin depender de un tratamiento térmico para su resistencia. La aleación 5083 se usa ampliamente donde la resistencia del casco es crítica, mientras que la 5086 proporciona resistencia a la corrosión y rendimiento de soldadura confiables para cascos, superestructuras y tanques. La aleación 5052 se elige a menudo para paneles, gabinetes, molduras y piezas formadas de uso más liviano.

Para revestimientos de conchas exigentes, Hoja de aluminio marino 5083 Ofrece un sólido equilibrio entre soldabilidad, rendimiento ante la fatiga y resistencia a la exposición al agua salada. Para plataformas, consolas, particiones y recintos de equipos fabricados, Hoja de aluminio marino 5052 es una opción práctica con buen comportamiento a la flexión.

Selección de aleaciones a través de la lente de las cargas de embarcaciones

En lugar de seleccionar el metal sólo por su espesor, los constructores de embarcaciones deberían considerar cómo funciona cada panel bajo carga. El fondo de un casco experimenta repetidas flexiones e impactos de las olas. Normalmente requiere una placa 5083 o 5086 más gruesa en temple H116 o H321. Estos templados se procesan para mejorar la resistencia a la corrosión por exfoliación y al agrietamiento por corrosión bajo tensión en el servicio marítimo.

Los lados del casco pueden usar láminas ligeramente más delgadas porque el impacto de las olas es menor que en el fondo. Los paneles de la plataforma deben resistir el tránsito peatonal y las cargas puntuales locales, manteniendo al mismo tiempo la rigidez entre los marcos de soporte. Los costados de la cabina y los paneles del techo a menudo pueden usar 5052-H32 o 5052-H34, especialmente cuando el conformado, el doblado o el acabado cosmético es importante.

Las gamas de materiales típicas incluyen:

• Revestimiento del fondo del casco: de 4 mm a 12 mm, según el tamaño de la embarcación, la velocidad de operación, el espacio entre cuadernas y los requisitos de clasificación.
• Chapado lateral del casco: 3 mm a 8 mm
• Cubiertas y mamparos: 2 mm a 6 mm
• Paneles de cabina y estructuras interiores: 1,5 mm a 4 mm
• Depósitos de combustible y cajas fabricadas: 2 mm a 5 mm

Los buques grandes y los barcos de trabajo de alto impacto pueden requerir placas sustancialmente más gruesas después de los cálculos estructurales. El espesor nunca debe elegirse únicamente a partir de una tabla general; debe corresponder a las cargas de diseño del buque, la disposición de la estructura, la disposición de las soldaduras y las normas marítimas aplicables.

Condiciones de temperamento que afectan la fabricación

El temperamento describe la condición del aluminio después de laminarlo, recocerlo o endurecerlo por deformación. Cambia la respuesta a la flexión, la resistencia y la idoneidad para la fabricación soldada.

El temple O está totalmente recocido y blando. Es adecuado para piezas que requieren conformado profundo, doblado apretado o conformado complejo. Dado que tiene menor resistencia, se usa más a menudo para componentes formados que para revestimientos de casco altamente cargados.

H32 indica endurecimiento por deformación y estabilización parcial. Proporciona resistencia moderada con buena trabajabilidad, lo que la hace común para la lámina 5052 utilizada en aplicaciones marinas interiores, equipos de cubierta y paneles formados.

H34 tiene un mayor endurecimiento por deformación que H32. Ofrece mayor resistencia pero menos conformabilidad, lo que lo hace adecuado para componentes planos o de forma suave donde la rigidez es beneficiosa.

H116 y H321 son especialmente importantes para las placas marinas 5083 y 5086. Estos templados están destinados a entornos exigentes de agua salada y se especifican ampliamente para estructuras de casco soldadas. Durante la soldadura, la resistencia en la zona afectada por el calor disminuye, por lo que los diseñadores deben tener en cuenta las propiedades mecánicas soldadas en lugar de confiar únicamente en los valores del metal base.

Parámetros mecánicos comunes

Los valores reales dependen del espesor, el temperamento, la forma del producto y el estándar vigente. Aquí se muestran los rangos típicos de temperatura ambiente para láminas y placas marinas.

La densidad del aluminio es aproximadamente de 2,66 a 2,68 g/cm3, aproximadamente un tercio de la del acero al carbono. Su módulo elástico es de aproximadamente 69 GPa, más bajo que el del acero, lo que significa que las estructuras de aluminio a menudo requieren un espaciamiento cuidadoso de los refuerzos y un diseño de paneles para controlar la deflexión.

Composición química y su papel marino.

El magnesio es el principal elemento de refuerzo en las aleaciones marinas 5xxx. Mejora la resistencia al tiempo que conserva una excelente resistencia a la corrosión. El manganeso favorece la estructura y la dureza del grano, mientras que el cromo ayuda a controlar el crecimiento del grano y mejora la resistencia a ciertos mecanismos de corrosión. El cobre está estrictamente restringido porque un exceso de cobre puede reducir la resistencia a la corrosión del agua de mar.

Estándares y condiciones de entrega

Las láminas de aluminio marino se producen e inspeccionan comúnmente según ASTM B928/B928M para placas de aleación con alto contenido de magnesio utilizadas en servicios marítimos. ASTM B209/B209M puede aplicarse a láminas y placas de aluminio para aplicaciones generales. Los proyectos europeos pueden especificar EN 485 para tolerancias y propiedades mecánicas, EN 573 para composición química y EN 10204 3.1 certificados de inspección. Los proyectos de clasificación también pueden requerir aprobación o documentación material alineada con DNV, ABS, Lloyd's Register, Bureau Veritas u otras sociedades de clasificación de embarcaciones.

Las formas de suministro estándar incluyen láminas con acabado laminado, placas, espacios en blanco cortados a medida y superficies de películas protectoras para paneles sensibles a la apariencia. Los anchos típicos varían de 1000 mm a 2500 mm, con placas más anchas disponibles para construcciones de cascos grandes. Las láminas más largas reducen las costuras de soldadura transversales, lo que puede mejorar la eficiencia de la fabricación y reducir la posible distorsión.

Prácticas de fabricación que protegen el rendimiento marino

El aluminio marino funciona mejor cuando la fabricación respeta su entorno electroquímico. Utilice alambre de relleno compatible 5xxx, como 5183 o 5356 cuando corresponda, y mantenga las superficies limpias antes de soldar MIG o TIG. Evite la contaminación por acero al carbono proveniente de cepillos, discos abrasivos o herramientas de manipulación compartidos. Los sujetadores de acero inoxidable requieren aislamiento eléctrico donde podría ocurrir corrosión galvánica, especialmente en grietas húmedas o áreas continuamente mojadas.

El drenaje, el sellado, la selección del recubrimiento y la ventilación son tan importantes como el grado de la aleación. El agua de mar atrapada puede crear corrosión en grietas incluso en aluminio altamente resistente a la corrosión. Un buen diseño de embarcación permite que el agua escape, evita juntas superpuestas no selladas y separa metales diferentes con barreras no conductoras o selladores adecuados.

La chapa de aluminio para la construcción de embarcaciones se vuelve más efectiva cuando la aleación, el temple, el espesor, el método de soldadura y el diseño estructural se tratan como un solo sistema. La lámina marina 5052, 5083 o 5086 correctamente especificada crea un casco y una superestructura que son más livianos, duraderos, reparables y listos para trabajos a largo plazo en el agua.