一种预防钢铝复合材料接头分层的方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及船舶制造，特别是一种预防钢铝复合材料接头分层的方法。
技术背景:
[0002]钢铝复合接头是由钢质(低碳钢)中间层(纯铝)及铝合金三层组成，通过加热爆炸合成，铝合金板与钢板通过复合接头连接。上层建筑分段的纵横舱壁板与主船体分段刚度用复合接头连接钢铝板，钢铝复合接头的焊接是主船体与上层建筑分段衔接质量的关键，在实际建造过程中出现了钢铝复合接头产生分层的质量隐患。所述的分层所指的是钢质板与铝质板用复合接头连接时复合接头钢铝界面出现开裂的现象，这与生产工艺及现场施工密切相关。其质量的优劣直接影响到分段装配及整船建造。
[0003]钢铝复合材料的连接在现场施工中出现分层的原因复杂，一些分段的复合接头已完成施焊和检验直至上船台、系泊、海试时才出现分层，而在这个阶段再对分层复合接头进行修复则需整体换板，非常困难。
【发明内容】
[0004]本次发明的目的在于克服现有工艺技术中铝合金板材与钢质板材采用复合接头连接中产生分层的不足，提供一种预防钢铝复合材料接头分层的方法，能确保铝合金分段与钢质分段装配、焊接特别是钢铝板连接不再产生分层，具有可操作性，能够确保分段的建造质量。
[0005]为解决上述工艺技术难题，本发明钢铝连接复合接头的连接方法包括步骤如下:
[0006]1.焊接点远离钢铝过渡界面方法:
[0007]所述的焊接点远离钢铝过渡界面是指原复合接头在施焊过程中的焊接点过于接近或已穿过复合材料的钢铝过渡界面，造成热量集中引起接头处产生分层，且分层具有一定的隐形与时间段沉淀，有些复合接头在通过焊接验收时没有产生分层，而在后阶段的吊装上船台与主船体总后或海试振动才产生分层。
[0008]通过取样研宄发现，引起分层的主要原因有多种，一是焊接时过于接近或已穿过复合接头材料的钢铝过渡界面。二是焊接时热量输入过多。三是受现场施工的作业条件的影响，包括场地温差、湿度。四是焊工的焊接水平参差，包括火候的控制，时间节点的控制。为此采取了焊点控制方法，按工艺要求在实施焊接时的焊点控制在离钢铝复合接头界面上下各3_左右，对T字接头的侧面减少过多焊接以避免焊接时过于接近或穿过钢铝过渡界面，同样焊点不能过厚，不利于应力均衡释放。
[0009]2.焊接时的温度控制方法
[0010]所述的温度温度控制是指在施焊时按工艺规范要求钢铝过渡界面的温度控制定位在285°左右.而温度控制包含了火候控制、施焊距离控制等多个方面，技术要求相当高。现场施工时也确实按照上述规范实施的，为什么焊后仍发生“分层”且分层的时间阶段各不相同，有分段总组后在上船台后产生分层、有海试、交船阶段产生分层的，经仔细分析后采取了温度控制方法，一是在规范温度285°状态下，并要求焊点不能过厚过密，焊点不能超过钢铝过渡界面，应考虑复合层的应力释放。
[0011]3.复合接头对接空距方法
[0012]复合接头对接空距方法是指在两个复合接头对接时留出一定的空距，按工艺规范要求规定钢销复合接头的对接、角接之间的连接空开6_间隙，通过填充结构胶来保证对接部位的密性。避免焊接时热量过多输入对接区域，引起复合接头分层，非水密复合接头对接其连接要求的强度没有水密的要求高，为此采取分开距离填充法，即复合接头直接填充结构胶进行连接。
[0013]4.复合接头面板加宽方法
[0014]所述的复合接头加宽方法是指复合接头面板宽度方向适当加宽，有利于热量的快速释放，由于复合接头分层的关键因素是纯铝材质与钢质过渡界面集中了较高的应力，成为热量中心，钢的焊接热量大，铝的焊接热量小，两者处理不当就容易引起分层，为此在新的工艺规范制定中提出并实施扩大复合接头面板的规格来分散热量的承载。
[0015]本发明实施了多项技术创新，使整个铝合金分段与钢质分段的连接顺利。其效果是:确保了复合接头的工艺，采取了焊接点远离钢铝过渡界面方法，在复合接头的焊接过程中实现了温度控制与复合接头对接空距填塑胶结构方法，加宽T型面板等措施，从而保证了钢质板与铝合金板采用复合接头连接，且有牢固性、密封性，提高了整个舰船的建造质量。
[0016]1.焊接点远离钢铝过渡界面方法
[0017]采取焊点远离钢铝过渡界面的方法，是消除复合接头分层隐患的关键技术突破口，针对复合材料分层主要的改进措施是焊点远离钢铝过渡界面，为此在焊接过程中注意焊点不能过多过厚，需均衡布点，特别是复合接头端头施焊时要空出一定的距离，既不能超过过渡界面，避免过渡焊接热量集中，应力无法释放引起分层。
[0018]2.复合接头焊接的温度控制方法
[0019]温度控制是复合接头焊接技术的又一重要环节，由于铝合金材质熔点低，钢质材质熔点高，故它们的温度控制是不同的，如温度控制不当，同样会复使合接头产生分层。复合接头的焊接是一项技术要求较高的工艺，在温度控制层面按工艺要求是控制在285°，但在现场施工中人员的变动、电焊龙头手工控制距离的速度、停留的时间的不等等问题的累积起来就可能导致复合接头分层，为此要注意温度的控制，使之端头区域热量均衡散发，避免热量输入不均引起复合接头的分层。
[0020]3.复合接头的对接空距方法
[0021]复合接头除了焊点过厚，焊接时超过钢铝过渡界面的状况及温度控制不当外存在T字型面板端头过近，使得热量输入钢铝端头膨胀热量集中或所受热量不够引起分层，由于端头过近，填充结构存在空隙，无法保证连接部位具有密封性，同样容易引起复合接头分层。为此工艺规定钢铝复合接头的对接、角接、T字接之间的链接都采取空开6_的间隙，通过填充结构胶保证连接部位的密封性，同时也有利于复合接头的应力释放，复合接头的连接既有水密要求与非水密要求，而非水密复合接头要求的连接强度没有水密要求的高，在实际施工时复合接头的端头可分开一定距离，适合采用分开距离填充结构胶方法。
[0022]4.复合接头的面板规格的适当加宽
[0023]由于复合接头的分层原因关键要素是纯铝在与钢质铝合金材质的焊接中过渡界面处集中了较高的应力与热量，钢的焊接热量大，铝合金的焊接热量小，实际施焊时两者若处理不当，复合接头就容易产生分层，为此考虑采用扩大复合接头面板的规格来释放热量与结构应力。
【附图说明】
[0024]图1:钢铝复合接头的链接形式
[0025]图2:填充结构胶区域示意图
[0026]图3:非水密接头的空距示意图
[0027]具体的实施方法
[0028]1.焊接点远离钢铝过渡界面方法
[0029]钢铝复合接头的原理是钢质(低碳钢)中间层(纯铝)及铝合金(5083-H116)三层组成，通过焊点的加热纯铝爆炸而成。针对复合接头分层的主要原因之一，焊点过多、过厚、过于接近钢铝过渡界面，造成热量集中于钢铝界面处从而引起分层。为解决这一难题，采取的主要方法如下:一是在上层建筑分段纵横壁板与主船体结构连接时焊点的控制，按工艺要求在实施焊接时要注意钢质与铝合金层面电焊的火候把握，特别是铝合金材质要快速施焊，施焊不能过多或过厚，并以避免焊接时过于接近或穿过钢铝过渡界面。
[0030]2.温度控制方法
[0031]由于铝合金材质的焊接热量小，钢质焊接热量大，两者处理不当就容易产生分层，温度控制的适当与否同样是按工艺规范要求控制在285°左右，二是对专业焊工进行铝合金板焊接前培训，掌握材质特性，要求复合接头焊接施行专人专焊，人员作业固定，不得随意借调。三是采取近距快速点焊方法，防止热量分布不均与热量集中。
[0032]3.复合接头端头的对接空距
[0033]原钢铝复合接头的对接、角接、T字接头连接只定出坡口，没有留出一定的空距，如焊接时焊点过厚或部分焊点到达钢铝界面造成热量集中从而引起复合接头分层，经审核钢铝复合接头的工艺规范，没做空距规定，通过将非水密舱壁区域复合接头填充结构胶连接，避免焊接热量输入因素引起复合接头分层，而在船舶当中除了主船体与上层建筑外围壁连接复合接头需水密外，还有许多包括轻围壁等非水密区域复合接头对接，现采取分开距离填充法，即复合接头直接填充结构胶进行连接。
[0034]4.复合接头面板加宽与分段搁置法
[0035]由于复合接头分层的关键因素是控制焊接温度，不使焊点过于接近或到达钢铝过渡界面，焊点过多接近钢铝过渡界面都会造成热量集中从而引起分层，为此采取扩大复合接头的宽度，即加宽面板来使热量散发，取得了较好的效果，同时考虑采取分段搁置法，即当铝合金分段在完成装焊后先不进行复合接头的对接、角接、T字接，而是搁置一段时间，让铝合金分段的结构应力释放后再实施复合接头对接。通过多个阶段的实施，铝合金分段与主船体钢质分段用复合接头连接的质量有了明显提高，密封性有了保证并且有可操作性，避免了分层质量隐患。
【主权项】
1.一种预防钢铝复合材料接头分层的方法，其特征在于，该方法包括如下特点: 1)焊接点远离钢铝过渡界面:在实施焊接时的焊点控制在离钢铝复合接头界面上下各 3mm ； 2)控制焊接温度:保证钢铝过渡界面的温度控制在280°?290°的同时焊点不能过厚过密； 3)复合接头的对接空距:钢销复合接头的对接、角接之间的连接需空开6mm间隙，通过填充结构胶来保证对接部位的密性； 4)复合接头T型面板加宽处理:在施焊时t型面板承载了大量热量，扩大面板规格，同时在铝合金分段装配完工后搁置一段时间，让铝合金分段的结构经过一阶段的沉淀，使应力得到释放后再实施复合接头的焊接。
【专利摘要】本发明公开了一种预防钢铝复合材料接头分层的方法：焊接点远离钢铝过渡界面：在实施焊接时的焊点控制在离钢铝复合接头界面上下各3mm；保证钢铝过渡界面的温度控制在280°～290°的同时焊点不能过厚过密；钢铝复合接头的对接、角接之间的连接需空开6mm间隙，通过填充结构胶来保证对接部位的密性；4)复合接头T型面板加宽处理。本发明能确保铝合金分段与钢质分段装配、焊接特别是钢铝板连接不再产生分层，具有可操作性，能够确保分段的质量。
【IPC分类】B23K37-00, B23K20-08, B23K33-00
【公开号】CN104708238
【申请号】CN201510072350
【发明人】黄健, 李湘, 张翠平, 邱文, 尚朝阳
【申请人】沪东中华造船(集团)有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月11日