鋁合金船舶建造中的工藝特點初探

陳 和

（江龍船艇科技股份有限公司，廣東 中山 528462）

0 引言

鋁合金具備可塑性強、強度大、質量輕等應用優勢，目前已經在船舶建造中得到了很好的應用。與此同時，隨著焊接工藝體系的不斷成熟，如何選擇恰當的焊接工藝應用到鋁合金船舶建造當中，也成為施工企業重點考量的問題，做好工藝特點篩選分析工作，對提高工藝應用水平，提高鋁合金船舶建造水平有著積極地作用。

1 鋁合金船舶建造中的工藝特點

1.1 焊接過程復雜

相比于其他金屬材料，鋁合金材料中的鋁元素和外界環境的氧元素有著非常高的親和力。在常溫狀態下，鋁元素會迅速被氧化生成Al2O3，附著在結構表層。鋁單質的熔點為660℃，而覆蓋在薄膜上的Al2O3薄膜，其熔點為2050℃，這也導致焊接過程中薄膜很難順利熔化，產生較多的氧化物焊渣。另外，已經形成的氧化膜還會在高溫狀態下對外溢出電子，從而導致電焊過程穩定性降低，影響到最終的焊接質量，對此在焊接前需要提前清理掉氧化薄膜，從而提高最終的焊接質量。

1.2 容易產生氣孔

在上文中已經提到，鋁元素的化學性質比較活潑，除了和氧元素容易結合在一起形成氧化物以外，鋁元素還會和氫元素發生熔解反應，熔解時溫度越高，鋁合金中的氫元素含量也越高。在鋁合金焊接過程中，因為溫度的上升，很容易造成氫元素大量融入到鋁合金液體當中。在溫度不斷降低的情況下，氫元素的熔解度也會下降，這也導致氫元素快速溢出，使未凝固鋁合金焊縫出現較多數量的氣孔，影響到結構的焊接質量。

1.3 接頭處理難度大

目前在船舶建造中所使用的鋁合金材料，主要包含Al、Zn、Mg 等元素，此類元素相似點在于其熔點較低，在高溫作用下很容易蒸發，這也會降低鋁合金接頭位置的綜合強度，縮減結構本身的使用壽命。因此，在對其進行焊接時，不能遵循鋼板焊接規范，需要結合材料特性做出適當調整，使整個焊接過程可以更加有序地進行，進而提高最終的焊接質量。

1.4 材料熱塑性強

在鋁合金焊接過程中，因為材料的熔點較低，只有660℃，因此在焊接過程中，應選擇集中焊接的方式，避免非焊接部位在高溫作用下，出現了熔化的情況，影響到最終的焊接質量。而且鋁合金材料的膨脹系數相對較大，是鋼材料的2 倍，這也意味著焊接完成后，鋁合金的體積會減少。結合以往的焊接經驗可以得知，其體積減少量大于5%左右，而且在面對焊縫較大的鋁合金構件時，很容易在膨脹系數的作用下，出現結構裂紋，影響到結構的成型質量。

1.5 容易出現焊瘤

鋁合金在高溫作用下，會完成形態的轉變，即由固態結構轉變為液態結構。在此過程中，鋁合金的形態并不會出現明顯的顏色變化，如果沒有對其進行仔細檢查，很容易導致焊塌情況的出現，最后也會形成焊瘤結構，影響到整個結構的焊接質量。對此，焊工在工作的過程中，需要留意熔池的變化情況，結合具體的變化及時調整熔池溫度，從而確保整個焊接過程的順利推進，提高鋁合金結構的焊接質量[1]。

2 鋁合金船舶建造中的常用工藝

2.1 焊條電弧焊接技術

在所有焊接技術中，焊條電弧焊接技術的出現時間最長，具備操作流程簡單、施工成本低等應用優勢。該技術在實際應用中，其作用原理在于將待焊接的鋁合金材料進行固定，完成固定操作之后，對鋁合金表面進行清理，同時接通焊接裝置，將焊條固定在既定位置上，按照既定順序完成焊接操作。因為該方法比較傳統，因此很容易出現焊縫內夾渣或焊接氣孔情況的出現，目前已經很少在鋁合金船舶建設中應用[2]。

2.2 鎢極氬弧焊接技術

TIG 焊（鎢極氬弧焊接技術）是指以鎢或鎢合金作為電極，用氬氣作為保護氣體的能滿足高質量要求的電弧焊方法。在具體應用中，需要注意以下幾部分內容：①引弧與熄弧，TIG焊一般采取非接觸引弧。熄弧時，如焊機設有電流衰減，則按下停止按鈕后，要維持焊槍在原位，待電流衰減至電弧熄滅，然后慢慢將焊槍抬起。特別要指出的是不推薦拉大弧長的熄弧操作方式，因為這種熄弧操作對填滿弧坑及弧坑處保護不利，甚至產生弧坑裂紋[3]。②填絲，焊槍與填充焊絲的操作必須配合得當，一定要等待母材熔融充分后才填絲，以免造成金屬的不融合。填充焊絲宜以15°夾角，沿著焊件在焊縫前方加入。填絲的操作應采取從熔池前沿“點進”焊絲的方式，靠熔池中熔融金屬的熱量將焊絲熔化，動作要敏捷。填絲時要禁止把焊絲直接伸到電弧柱中，以免焊絲端部過早熔化，產生熔滴后進入熔池中，這樣會造成污染鎢極，電弧不穩，焊縫成形不良；也禁止把焊絲點進熔池后就把焊絲拉離保護氣氛，否則，仍高溫的焊絲端部立即被氧化，下次送進時帶入熔池中，從而影響焊縫質量[4]。

2.3 激光焊接技術

在目前出現的焊接新技術當中，激光焊接技術是利用激光作為加熱源的焊接技術。該技術在實際應用過程中，其作用原理在于按照既定要求將待焊接的鋁合金結構進行預拼接，確定沒有問題之后，利用激光焊接設備對準焊縫。啟動設備后，裝置會對外釋放出激光輻射，激光所產生的熱輻射非常大，這股熱輻射可以達到融化鋁合金構件的條件，鋼結構在融化的過程中會重新熔合在一起，形成一個整體，從而達到熔合的目的。該方法操作簡單，并且焊接質量較高，目前在鋁合金船舶中得到了很好的應用。

2.4 等離子弧焊接技術

相比于其他焊接技術，等離子弧焊接技術是為了焊接鋁制材料，開發出來的新型焊接技術。該技術的作用原理在于借助等離子釋放出的熱量，將其高度集中在待焊接位置，在形成熔池之后，結構也會熔合在一起，形成一個整體結構。目前所使用的等離子弧焊接技術主要以鎖孔型等離子弧焊為主，此技術單次焊接厚度可達12 mm，目前已經在船舶建設中得到應用，其應用效果也非常明顯，屬于發展前景非常好的焊接技術。

2.5 高速雙絲焊接技術

所謂高速雙絲焊接技術是指借助雙焊絲來完成鋁合金焊接操作的工藝。在具體應用中，其作用原理是將鋁合金材料提前固定好，選擇雙絲MIG 焊設備作為主操作設備，該設備可以同時放入2 根焊絲，而焊絲都會有獨立電源進行供電。2 根焊絲在焊嘴中的相位差為180°，在焊接操作過程中，可以借助交替接通脈沖電流來實現焊接工作的順利進行。因為該焊接方方法的工作效率和操作結果質量較高，所以目前已經在鋁合金船舶建造中得到了很好的推廣。

2.6 電子束焊接技術

電子束焊接技術是將電子束集中在一起，使其可以作為發熱源進行結構焊接的新技術。該技術的作用原理在于將電子束焊接設備對準焊縫，啟動設備后，裝置會對外釋放出高速電子，高速電子會轟擊鋼結構表面，釋放出巨大的熱量，這股熱量可以達到融化鋁合金材料表面的條件，鋼結構在融化的過程中會重新熔合在一起，在結構冷卻之后會形成一個整體，從而達到了焊接的目的。

2.7 熔化極氬弧焊接技術

除了上述應用技術外，熔化極氬弧焊接技術也屬于常用的焊接技術。在實際應用中，該技術的工作原理為，啟動焊接裝置釋放焊接電弧，焊絲受熱開始熔化后，會逐漸填充焊縫內容。在熔池當中，電弧會結合實際情況進行變長變短的調節，從而確保最終的焊接質量，提高鋁合金材料的焊接效果。

3 結語

鋁合金材料具備較多的應用優勢，目前在很多領域中都得到了很好的應用。在鋁合金船舶建造過程中，如何選擇恰當的焊接工藝進行操作，也是操作人員需要重點關注的重點，通過梳理鋁合金船舶建造工藝特點，明確工藝應用過程中應重點關注的問題，對于提高鋁合金船舶建造質量，延長船舶使用壽命有著積極地作用。