船用鋁鋼復合材制備工藝研究

宋　軍，張文平，華先鋒

(西安天力金屬復合材料有限公司, 西安　710201)

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船用鋁鋼復合材制備工藝研究

宋軍，張文平，華先鋒

(西安天力金屬復合材料有限公司, 西安710201)

摘要：鋁鋼復合材可用于連接船舶主體和上層建筑，受到廣泛青睞。主要使用爆炸焊接的方法制備鋁鋼復合材，采用金相檢驗、拉伸試驗和剪切試驗方法對板材進行檢驗。檢驗結果表明，復合材的界面均勻，呈現爆炸焊接所特有的波狀界面，界面處無分層、熔化等缺陷。拉伸試驗結果和剪切試驗結果表明，復合材性能達到相關標準要求，滿足船用需求。

關鍵詞：船用材料；鋁鋼復合材；爆炸焊接

Citation format:SONG Jun, ZHANG Wen-ping, HUA Xian-feng.Manufacturing Process of Aluminium Steel Clad Plate for Warship[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(3):129-131.

高速船及公務用船舶的主船體屬鋼質結構，上層建筑屬鋁合金結構，而連接兩者的方法最早采用搭接螺釘或鉚接，但這種連接保證不了密封性，造成縫隙加速了海水介質腐蝕，在海上經常不到一年時間就要進行大修補，維修困難且費用昂貴，鋁鋼復合材料在此時應運而生[1-3]。這種復合材將兩部分連接起來，不僅美化了結構，還使建造工藝大為簡化。鋁與鋼為異種不相溶材料，制備該種材料，一般采用爆炸焊接法。國外此項目發展比較早，目前我國國內市場中，船用鋁鋼過渡接頭，基本是國外壟斷的復合板產品。試驗主要研究內容是采用爆炸焊接法開發符合船用要求的鋁鋼復合材，以求打破國外該類產品壟斷。

1試驗材料與方法

1.1試驗材料

試驗所用復層為鋁合金5A06，基層為CCS-B船用鋼板，尺寸分別為5 mm×500 mm×1 000 mm和5 mm×500 mm×1 000 mm，過渡層為純鋁1060，尺寸為1 mm×500 mm×1 000 mm。3種材料的化學成分分別如表1～表3所示，5083的化學成分符合GB/T3190—1996相關指標要求，CCS-B的化學成分完全符合CCS《材料與焊接規范》2009相關指標要求。

表1　鋁合金板(5A06)的化學成分

表2　船用鋼板(CCS-B)的化學成分　%

表3　純鋁板(1060)的化學成分　%

1.2試驗方法

對基層和復層實施爆炸復合，復合前的組配草圖如圖1。

圖1　爆炸復合組配草圖

爆炸復合后利用UT法檢驗復合板結合率，驗收標準執行ASME SA578 C級。利用OLYMPUS GX51型金相顯微鏡和SS550掃描電鏡及EDX能譜儀觀察界面微觀組織。TY8000型實驗機被用來檢測復合板的拉剪強度和分離強度試驗。

2結果與分析

2.1無損檢驗

圖2為鋁鋼復合材，從其中可以看出，復合板邊部完整，表面無肉眼可見壓痕、沖孔等缺陷。復合后，板材采用英國聲納公司MASTERSCAN 380超聲波探傷儀，并選用5PФ20單晶直探頭，主要檢驗界面結合狀態，其檢測波形如圖3所示。從其中可以看出，一次底波波峰較高，高于門檻值，而界面波的波峰遠遠低于門檻值，這說明復合材界面結合良好，無分層、夾雜等缺陷。

2.2微觀組織檢驗

圖4為金相顯微鏡下復合材剖面處微觀組織，從其中可以看出，1060與5A06之間呈現爆炸焊接制備法的特征波形界面，且界面處均勻，無分層、熔化塊、孔洞等焊接缺陷，這是因為1060與5A06是同基材料，相容性好，因此界面無異常相生成。而1060與CCS-B界面處的波紋比較平緩，在100倍放大倍數下，未見分層等缺陷。圖5為掃描電鏡下復合材的剖面微觀組織形貌。從圖5中可以看出，在高襯度條件下，兩個界面處均無分層等影響結合力的缺陷，這說明采用爆炸焊接法可制備鋁鋼復合材料。

圖2　爆炸復合后板材

圖3　超聲波檢驗波形(結合良好)

圖4　金相顯微鏡下復合材的微觀組織

圖5　SEM顯微鏡下復合材的微觀組織

2.3力學性能檢驗

對試樣進行拉剪試驗和分離試驗，試驗結果如表4所示。從表4可以看出，拉剪試驗的隨機3組試樣結果均高于驗收值90 MPa，平均值為96 MPa，而分離強度試驗結果顯示，3組試樣的結果均高于驗收值75 MPa，且平均值為85.3 MPa。上述檢驗結果表明，材料的性能滿足船用鋁鋼復合板的要求。

表4　力學性能檢驗結果

2.4應用實例

將產品供給用戶，使用情況見圖6與圖7。圖6為鋁鋼的鋼層與船體甲板焊接后圖片，從圖6可以看出，連接后復合板與甲板結合良好，無分層等影響結合的缺陷。圖7為艙體與鋁鋼復合板的鋁層焊接后的外觀圖，從圖7可以看出，經過兩次焊接后，鋁鋼無分層等缺陷，連接良好。

圖6　鋁鋼復合材與鋼材連接

圖7　鋁鋼復合材與鋁設備連接

3結論

1) 采用爆炸焊接法可以制備鋁鋼復合材；復合后界面均勻，無分層、夾雜等缺陷；

2) 對復合材進行拉剪和分離試驗，結果表明鋁鋼復合材滿足使用要求。

3) 將鋁鋼復合材供給用戶使用，使用情況良好，完全滿足需求。

參考文獻：

[1]鄭遠某.爆炸焊接和爆炸復合材料的原理及應用[M].長沙:中南大學出版社出版，2012.

[2]C.萊茵斯，M.皮特爾斯.鈦與鈦合金[M].北京:化學工業出版社，2005.

[3]王緒明.鋼鋁過渡接頭的性能特點及焊接工藝[M].北京:機械工業出版社，2001.

[4]劉海昌,汪建春，劉抗強.鋁鋼復合材料冷軋變形規律的研究[J].中國機械工程,2015(5):464-465.

[5]古朋贊,盛水平，林文賢.鋁鋼復合板與鋁合金管的管板焊接工藝[J].焊接技術,2013(8)：35-37.

[6]王謙，冷雪松，楊天豪.Al-Fe金屬間化合物對復合板界面結合的影響[J].中國有色金屬學報,2014(1)：279-284.

[7]吳振強，夏原，李光.鋁鋼等離子體電解氧化陶瓷層的微觀力學特性[J].金屬學報,2010(1)：119-124.

[8]黃亞玲，秦大同，羅同云.基于ANSYS的斜齒輪接觸非線性有限元分析[J].四川兵工學報,2011(4)：31-33.

[9]周朝輝,曹海橋,吉衛.應用有限元分析軟件進行金屬塑性成形研究[J].四川兵工學報,2010(5):34-35.

[10]張洪濤,何鵬,孔慶偉.鋁鋼異種材料焊接研究現狀與發展[J].焊接,2013(12):7-12.

(責任編輯楊繼森)

Manufacturing Process of Aluminium Steel Clad Plate for Warship

SONG Jun, ZHANG Wen-ping, HUA Xian-feng

(Xi’an Tianli Clad Materials Co., Ltd., Xi’an 710201, China)

Abstract:Aluminum clad plate is usually used in the subject construction and superstructure of the warship. Test preparation mainly used aluminum and steel compound material to make the method of explosive welding and verify the plate with the methods of metallographic test, tensile test and shear test. The test results show that the interface of the clad plate is wavy and no defects of delaminating, melting and so on. The results of tensile strength and shearing strength also meet the requirement of the relative specification. Namely, it meet the requirement of the warship field.

Key words:warship material; aluminum clad plate; explosion weld

文章編號：1006-0707(2016)03-0129-03

中圖分類號：TG456

文獻標識碼：A

doi:10.11809/scbgxb2016.03.031

作者簡介：宋軍(1977—)，男，助理工程師，主要從事爆炸焊接工藝研究。

基金項目：國家高技術研究發展計劃(2015AA03A501)

收稿日期：2015-09-08；修回日期：2015-09-22

本文引用格式：宋軍，張文平，華先鋒.船用鋁鋼復合材制備工藝研究[J].兵器裝備工程學報，2016(3):129-131.

【化學工程與材料科學】