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1、铝合金船舶建造中的工艺特点探讨 王 小平 ( 芜湖造船厂， 芜湖2 4 1 0 0 0 ) 摘要通过对铝合金产品的制造总结， 本文介绍了船厂在铝合金艇建造中 要处理好的几 个关键工艺问题， 着重阐述了铝合金船焊接质t和变形的控制。 关健词铝合金船铂建造工艺 1 建造铝合金艇的技术和工艺要求 1 . 1 建造铝合金船舶船厂的专业技术人员和职工， 应熟悉国内、 外铝合金船的人级与建造规 范， 掌握较先进的铝合金下料开坡口、 余量修正、 加工成形、 装配、 焊接及控制变形的方法。 1 . 2 铝合金的焊接工作是铝合金船舶建造的难点， 应具备必要的设备设施、 人员及工艺方法 试验条件。 1 . 3 船
2、厂应采用各类变形小、 效率高的先进铝合金焊接设备， 如: 熔化极半自动氨弧焊 ( M I G ) ; 熔化极脉冲半自 动氢弧焊; 熔化极自 动缸弧焊( M I G ) ; 钨极自 动氢弧焊( T I G ) ; 钨极氢弧焊 ( T I G ) 。 1 . 4 铝合金的焊接工艺方法试验 通常完成5 0 8 3 , 5 3 5 6 两种铝板的不同焊接方法和不同焊接位置的焊接工艺评定认可试验。 1 . 5 铝合金焊工培训及考证 在铝合金船舶建造前， 按船级社的规范进行各种焊接方法不同位置的焊工培训和考证工作， 考 试合格后方可从事焊接作业。 1 . 6 船厂应有室内专用的铝合金下料、 加工、 组装、
3、 焊接及总装场地， 起重运输设施配置齐全， 船厂室内总装车间， 并满足明亮、 无风、 低尘、 整洁的要求， 而且起吊和下水能力配套。 1 . 7 铝板去油污、 焊前去氧化膜的设施、 工具齐全。铝板清洁去污是铝合金产品建造的关键 工序， 应有酸洗槽、 电动不锈钢丝刷、 电动抛光机、 丙酮清洁等工艺手段。 1 . 8 铝板切割、 下料及余量修正方面， 船厂通常采用的方法及特点: ( 1 ) 数控等离子切割一精度高、 速度快、 质量好、 变形小。 ( 2 ) 半自 动等离子切割机一切割质量好， 用于短直线切割。 ( 3 )手工等离子切割机机动性强， 如船上开孔等。 ( 4 ) 手提式电动工具切割直线
4、部分， 速度快， 无变形， 切割修正余量， 开孔， 切削余量和开 焊接坡口。 1 . 9 加工成形方面 应有油压机、 冲床、 多功能折边机、 剪板机等设备。以上工具设备配合各类模具、 样板、 样箱及 胎架， 能实现各类复杂线型的加工。曲率大的各类线型， 亦可辅助水火成形。 2 建造铝合金艇中要解决好的几个关键问题 2 . 1 铝合金建造工作场地 1 4 3 船厂对下料、 加工、 结构组合及船体建造场的门窗、 地面、 墙壁按较高标准要求， 施工场地应做 到干燥、 无风、 低尘、 清洁、 整齐， 船下水便利。 2 . 2 铝板在施工前和施工过程中要严格去除油污、 水、 氧化膜及粉尘， 这是铝船与钢
5、船在制造 过程中的差别之一， 否则质量难以保证。 2 . 3 铝合金建造过程管理 铝船建造要求精工细做、 整洁有序、 文明施工， 各种施工工艺要周到、 细致、 合理科学， 工艺纪律 严格执行。 2 , 4 下料、 加工、 开坡口 及余量修正要方法先进、 工艺合理， 做到精度高、 质量好、 效率高。 船体应进行全船外板和结构数学放样， 板材切割采用变形小、 切割快、 光洁度高的数控等离子 切割， 辅助电动工具; 坡口、 余量修正将采用电动工具和手工等离子切割等方法; 各类模具、 样板、 样 箱配合油压机、 冲床、 折边机加工成形， 亦可适当采用水火成形工艺。 2 . 5 胎架精确合理 铝质船体建
6、造中 变形大， 加上船艇线型复杂， 胎架是保证铝船建造的关键工装， 各类胎架都将 以钢质为基础， 模板、 齿板采用厚铝合金板制作。艇体装焊胎架应具有足够的强度和刚度， 并达到 规定的精度。建造时， 工装在第一艘使用后应按要求进行检查和修正合格后方可使用。 3 铝合金船的焊接质量和变形控制 3 . 1 主要焊接特点 3 . 1 . 1 铝合金在任何温度下都会氧化， 在铝合金表面生成难熔致密的氧化膜， 焊接过程中氧 化膜将妨碍焊缝的熔合及形成， 并容易在焊缝中造成夹渣等缺陷， 从而降低了焊接接头的力学性 能。 3 . 1 . 2 铝的导热系数为钢的4 倍， 为获得高质量的焊接接头， 必须采用能量集
7、中、 功率大的热 源， 否则易产生未熔合等缺陷。 3 . 1 . 3 铝合金的线膨胀系数约为钢的两倍， 焊缝凝固时体积收缩率达6 . 6 %， 这样易造成变 形大、 内应力大。 3 . 2 保证铝合金焊接及建造质量的措施 3 . 2 . 1 加强培训教育， 提高焊工的技术水平和敬 业精神 3 . 2 . 1 , 1 对铝合金焊工加强培训， 让其扎实掌握M I G焊和T I G焊的技能， 通过考试、 考评择 优佩带资格证上岗， 其施焊类型和位置应与其资格证相一致。 3 . 2 . 1 . 2 船厂应有精通铝焊接的焊接技术人员， 这是搞好铝合金焊接， 保证质量的重要措施。 3 . 2 . 2 瞄准
8、国内外先进水平， 添置先进的焊接设备及焊接工装 3 . 2 . 2 . 1 从国内外铝焊接来看， 已广泛采用 M I G焊代替 T I G焊, M I G比T I G焊后变形小、 速 度快、 质量更可靠。 3 . 2 . 2 . 2 应具有目 前国际上焊接铝合金的先进设备， 如: 米勒、 林肯、 肯比等品牌的M I G焊设 备。 3 . 2 . 2 . 3 应有拼板自 动焊压力架装置。 3 . 2 . 2 . 4 焊接设备加强维护和保养， 焊机有效可靠， 设备的附件及表盘完好。 3 . 2 . 3 严格把好各类材料的质量关， 为焊接质量 打好基础 3 , 2 , 3 , 1 主船体尽可能采用国
9、外广泛应用的5 0 8 3 铝板， 代替国产同类型的L F 5 铝板， 进口 铝 板机械性能和焊接性能更可靠和优越。 3 . 2 . 3 . 2 焊丝选用 H a r r i : 等国际名牌5 1 8 3 铝焊丝， 其焊接工艺性能优， 抗气孔、 夹渣、 热裂纹 1 4 4 性能优。氢气选用英资B O C 、 日 资岩谷产9 9 . 9 9 %氢气， 高于国标9 9 . 8 %的标准。 3 . 2 . 3 . 3 焊丝的选用应严格按焊接规程执行 3 . 2 . 3 . 4 惰性气体的质量应满足有关规范和标准的要求 3 . 2 . 4 精心制定装配、 焊接工艺， 严格执行工艺 ( 1 ) 在试验基
10、础上制定细致的焊接工艺， 并以此作为施工的唯一依据。 ( 2 ) 铝合金结构建造的工具通常为专用工具， 应保持清洁， 不应用于其他金属结构建造。 ( 3 ) 铝合金焊接前， 应采用化学方法或机械方法对工件进行处理， 彻底清除油污、 尘埃、 氧化膜 等所有影响焊接质量的物质， 并及时施焊， 否则应在施焊前重新进行清洗。工件焊接坡口加工后不 能立刻施焊时， 应对坡口进行必要的保护。 ( 4 ) 应避免对工件设置过多和过强的约束， 焊接工件的间隙超差时， 严禁通过施加外力强行焊 接， 造成结构过大的预应力。 ( 5 ) 应尽可能减少对铝合金结构进行火工矫正， 采用火工时， 严格控制温度、 时间和次数
11、。 ( 6 ) 焊接接头的基本形式和坡口尺寸参照 G B 9 8 5 , G B 9 8 6的规定选用， 并按铝船的施工图纸及 铝船施工设计的“ 船体结构焊接规格表” 规定进行施工。 ( 7结构的船体制造、 装配、 焊接、 船体完工精度要求， 按各船施工设计文件进行及相应船级社 规范验收。 ( 8 ) 船体建造完工后， 必须对船体主尺度， 船体的重要部位的变形量， 位置及尺寸偏差进行测 量记录。 ( 9 ) 工厂编制详尽的铝合金焊接工艺文件 ( 1 0 ) 焊接作业时环境温度低于5 或湿度大时应进行焊前预热， 焊前预热一般控制在4 0 C以 下。 ( 1 1 ) 船体结构上的各种板材的对接缝，
12、 一般不允许采用无封底的单面焊， 对无法采用双面焊 的对接焊缝应采用衬垫焊. 永久衬垫的材料应于船体材料相同， 临时衬垫的材料一般为不锈钢。双 面焊的焊缝在第一面焊完后应及时清根， 才能再进行封底焊或第二面的焊接， 多重焊应对前一道焊 缝进行清理和降温后方能施焊。 ( 1 2 ) 所有各总段、 分段端部焊缝均需留出不小于1 5 0 m m的距离不焊， 待合拢后再施焊。 ( 1 3 ) 船体结构主要焊缝采用X光射线照相方法检查焊缝内 部质量， 检查方法及焊缝质量分级 方法一般可按美国船级社“ 船体焊缝无损检验规范” 执行， 焊缝X射线拍片部位及拍片率按设计和 规范执行。 3 . 2 . 5 施工
13、环境满足铝船建造要求 铝材下料、 加工、 成型、 装配的环境干燥、 清洁有序。 焊接场所在封闭的专用车间内进行， 无风、 透气、 明亮、 干净。 焊前铝板严格用酸洗、 不锈钢刷、 丙酮、 吸尘器等去除氧化膜和油、 水等污物。 3 . 3 焊接变形的控制 铝合金材料焊接时线胀系数大、 收缩率大的特性导致铝船在建造过程中更容易变形， 这将影响 到船体外观甚至使用性能。要控制好焊接变形， 应从以下几个方面综合采取措施: 3 . 3 . 1 提高下料精度， 尽量做到无变形、 少 量变形并及时校正， 为后续装焊创造良 好条件 要提高下料精度和减少变形， 就要采取合理的工艺方法。直线部分采取剪切、 园盘电
14、锯， 线型 部分采用变形极小的数控等离子切割， 开孔等处使用电动往复式直条锯和手工等离子切割。焊接 坡口采用刨边机和手提式电刨。 3 . 3 . 2 减少装配间隙 焊接变形与装配间隙有直接关系， 装配间隙过大， 焊缝收缩将加剧， 变形加大; 装配间隙大， 焊 1 4 5 缝填充金属成倍增加， 焊接加热时间加长， 变形加剧。 3 . 3 . 3 合理采用加热面积小， 能量集中， 焊接速度快的方法施工 船厂在铝船建造中应广泛采用目 前焊铝最先进的变形小、 焊速快、 内在质量好的M I G焊 系列 工艺方法。 3 . 3 . 4 编制合理的船体装配、 焊接工艺程序 铝制焊接船体结构的变形大小主要取决
15、于材料的热物理特性、 结构刚性、 选用的焊接方法、 焊 接规范以及装配、 焊接工艺程序的合理程度。 为了减少焊接变形， 首先应从设计人手。在设计铝制船体结构时， 必须图示最大程度地减少焊 缝的数量; 合理设计焊接接头， 减少熔敷金属量; 在设计阶段就要考虑合理地布置焊缝， 慎重地选择 船体建造工艺， 以便于最大限度地减少焊接变形， 减少变形矫正工作量。 在产品施工中则着重采取减少焊接变形及补偿焊接变形的工艺措施， 才能使矫正焊接变形工 作量减至最少。以上两条工艺措施应在施工中贯彻始终， 也就是必须编制正确的船体装配焊接工 艺程序， 一般这一工艺程序遵循的总原则是: ( 1 ) 船体必须在刚性固
16、定状态下进行焊接。 ( 2 ) 构架焊接时应采取反变形措施， 以减少变形校正量。 ( 3 ) 船壳板与构架全部定位焊后， 方可施焊。 ( 4 ) 装配总程序是: 先装船壳板， 外侧板定位焊后及“ 拉马” 固定后， 再装全部构架及横隔壁( 从 中间向两端装) ， 然后进行施焊。 ( 5 ) 装构架时必须用加压装置将构架边同壳板紧压在胎架的支撑上， 必须严格控制装配间隙， 以防止局部变形。 ( 6 ) 焊接总顺序应是从中间向两端、 向 左、 右进行。每条长焊缝应采用分段退焊法。两位焊工 应在中和轴两侧对称施焊。 ( 7 ) 考虑到船体易产生中垂变形的特点， 应先安排焊接中和轴以 下的焊缝。 ( 8为便于施工， 可先盖一部分甲 板( 定位焊) ， 因为定位焊甲板不参加中的轴计算。在焊接甲 板与旁板的连续缝隙时， 必须两侧对称施焊， 以防止船体扭曲。 ( 9构架本身拼焊时， 要充分利用反变形， 以减少焊后校正变形的工作量。 ( 1 0 ) 油箱内 侧水密焊缝必须在盖甲板前全部焊完。 ( 1 1 ) 局部变形可采用火工校正， 但工件温度不能超过3 0 0 9C ， 最好用水激冷。 3
