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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 船厂应采用各类变形小 效率高的先进铝合金焊接设备 如
2、 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 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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、 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
8、用国外广泛应用的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
9、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 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
10、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 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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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 3 5 主船体采用胎架上建造的方案来保证艇体形态 为保证线型和减少变形所带来的不良影响 主船体应在胎架上建造 胎架为钢质结构 模板 齿板及与船体铝板接触部分采用厚同质铝合金 以便与船体铝板定位 焊 艇体装焊胎架具有足够的强度和刚度 并达到规定的精度 1 4 6
