LNG船被稱為“海上超級冷凍車”，要在零下163度的極低溫環(huán)境下，漂洋過海，運送液化天然氣。在世界民用造船領域，建造一艘LNG船的難度堪比建造一艘航母，目前只有美國等少數(shù)國家能建造LNG船。2005年，我國才有了第一批16個掌握這項焊接技術的工人。

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(shù)極低，能在很寬的溫度范圍內(nèi)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(nèi)熱彈性系數(shù)實際上是零(即楊氏模量不變)，熱膨脹系數(shù)也很低。

它是1896年法國物理學家C.E.Guialme發(fā)現(xiàn)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(shù)顯著減少，出現(xiàn)所謂反常熱膨脹現(xiàn)象，從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內(nèi)，或很小的甚至接近零的膨脹系數(shù)，呈面心立方結構，其牌號為4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫殷瓦合金( invar) ，意思是體積不變。

因瓦效應

因瓦合金自從19 世紀被發(fā)現(xiàn)以來，人們就被它的巨大的工業(yè)應用潛力和所蘊含的豐富的物理內(nèi)容所吸引，因瓦效應的研究不僅是闡明金屬及其合金、化合物磁性起源的重要途徑，而且在精密儀器儀表、微波通訊、石油運輸容器以及高科技產(chǎn)品等得到廣泛的應用，因瓦合金也是許多冶金材料學家政力于開拓的新材料領域，其機理也是凝聚態(tài)物理學家尚待解決的難題。

一般來說，絕大多數(shù)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(shù)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(nèi)，熱膨脹不符合正常的膨脹規(guī)律，具有因瓦效應的反常熱膨脹。例如, 4J36因瓦合金在居里點以上的熱膨脹與一般合金相似，但在居里點以下形成反常熱膨脹。試驗表明，它的機理與化學成分及磁性有關。它在一定范圍的線膨脹系數(shù)是由低膨脹和高膨脹兩部分組成，含鎳量在一定范圍內(nèi)的增減會引起鐵、鎳合金線膨脹系數(shù)的急劇變化。當合金中鎳的含量趨近于36%時，合金熱膨脹系數(shù)最低，從而可獲得低到接近零值甚至負值的熱膨脹系數(shù)。合金在居里溫度以上（230℃）失去了磁性，膨脹系數(shù)變大，而在居里點附近熱脹系數(shù)比正常的系數(shù)小，出現(xiàn)所謂的“負反?！爆F(xiàn)象。

殷瓦鋼特性

殷瓦合金的主要特性為:膨脹系數(shù)小，強度、硬度不高，導熱系數(shù)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(wěn)定性等等。

殷瓦鋼的特殊性質(zhì)決定了它是船舶工業(yè)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(huán)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，需要焊工中最高級別，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(huán)境下進行。

視頻：GTT培訓介紹

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(fā)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(nèi)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。

因瓦合金的發(fā)展及應用前景

自從因瓦合金的發(fā)現(xiàn)，引起了世界各國科學家的重視和研究，使得因瓦合金無論是從種類還是從性能和應用上都得到了極大的提高。如1927年日本增本量首先研制出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦合金，1937年德國A.Kussmann研制出Fe—Pt和Fe—Pd因瓦合金等；我國在五、六十年代也研制出4J32和4J36因瓦合金；經(jīng)過將70年的發(fā)展，直到20世紀70年代，美國Inco公司研制出Incoloy903合金，才使低膨脹合金進入了高溫用途領域，到80年代末期，才形成了現(xiàn)代低膨脹超合金系列。

作為低膨脹合金都要求組織穩(wěn)定性，一般要求在－60℃～－70℃下不發(fā)生馬氏體相變。因為一發(fā)生這種相變，合金的膨脹系數(shù)會發(fā)生突變，導致應用出現(xiàn)故障，這是不允許的?？少F的是，F(xiàn)eNi36因瓦合金和FeNi32Co4超因瓦合金，在-273℃下也能保持組織穩(wěn)定性，因而至今廣泛應用的只有因瓦合金和超因瓦合金，近幾年來在改進它們的質(zhì)量，擴大使用范圍，科學家們做了大量的研究工作，經(jīng)過100多年的發(fā)展，因瓦合金仍然是被廣泛應用的經(jīng)久不衰的優(yōu)質(zhì)材料。

在因瓦合金問世的一百多年以來，取其低膨脹系數(shù)低這一特征的應用領域迅速擴大，用因瓦合金制造的精密儀器儀表、標準鐘的擺桿、擺輪及鐘表的游絲成為早期最重要的產(chǎn)品，在上世紀20年代用因瓦合金代替鉑用作于玻璃封接的引絲，大大的降低了成本；到了五、六十年代，因瓦合金的用途繼續(xù)擴大，主要用于無線電電子管、恒溫器中作控溫用的熱雙金屬片、長度標尺、大地測量基線尺等；到了八九十年代，廣泛用于微波技術、液態(tài)氣體儲容器、彩電的陰罩鋼帶、架空輸電線芯材、湝振腔、激光準直儀腔體、三步重復光刻相機基板等。進入21世紀之后，隨著航天技術的飛速發(fā)展，新的應用還包括用在航天遙感器、精密激光、光學測量系統(tǒng)和波導管中作結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨大透鏡的支撐系統(tǒng)和需要安裝透鏡的各種各樣科學儀器中。

總之，隨著因瓦合金不斷應用于人造衛(wèi)星、激光、環(huán)形激光陀螺儀和其他先進的高科技產(chǎn)品，有力地表明這些古老的材料正在幫助現(xiàn)代科學向更高水平邁進。

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(xiàn)焊接質(zhì)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。

視頻：央視大國工匠--張冬偉：LNG船上“縫”鋼板

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(nèi)首次使用的殷瓦鋼，涉及到的焊接材料為國內(nèi)首次使用的專用焊材M93，涉及的自動焊焊機同樣為國內(nèi)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(chǎn)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(nèi)。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(chǎn)線才能保證其質(zhì)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(chǎn)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(zhì)量、焊接精度控制等是需要重點攻克的技術難關。

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