船用铝钢复合材制备工艺研究

宋　军，张文平，华先锋

(西安天力金属复合材料有限公司, 西安　710201)



船用铝钢复合材制备工艺研究

宋军，张文平，华先锋

(西安天力金属复合材料有限公司, 西安710201)

摘要：铝钢复合材可用于连接船舶主体和上层建筑，受到广泛青睐。主要使用爆炸焊接的方法制备铝钢复合材，采用金相检验、拉伸试验和剪切试验方法对板材进行检验。检验结果表明，复合材的界面均匀，呈现爆炸焊接所特有的波状界面，界面处无分层、熔化等缺陷。拉伸试验结果和剪切试验结果表明，复合材性能达到相关标准要求，满足船用需求。

关键词：船用材料；铝钢复合材；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.

高速船及公务用船舶的主船体属钢质结构，上层建筑属铝合金结构，而连接两者的方法最早采用搭接螺钉或铆接，但这种连接保证不了密封性，造成缝隙加速了海水介质腐蚀，在海上经常不到一年时间就要进行大修补，维修困难且费用昂贵，铝钢复合材料在此时应运而生[1-3]。这种复合材将两部分连接起来，不仅美化了结构，还使建造工艺大为简化。铝与钢为异种不相溶材料，制备该种材料，一般采用爆炸焊接法。国外此项目发展比较早，目前我国国内市场中，船用铝钢过渡接头，基本是国外垄断的复合板产品。试验主要研究内容是采用爆炸焊接法开发符合船用要求的铝钢复合材，以求打破国外该类产品垄断。

1试验材料与方法

1.1试验材料

试验所用复层为铝合金5A06，基层为CCS-B船用钢板，尺寸分别为5 mm×500 mm×1 000 mm和5 mm×500 mm×1 000 mm，过渡层为纯铝1060，尺寸为1 mm×500 mm×1 000 mm。3种材料的化学成分分别如表1～表3所示，5083的化学成分符合GB/T3190—1996相关指标要求，CCS-B的化学成分完全符合CCS《材料与焊接规范》2009相关指标要求。

表1　铝合金板(5A06)的化学成分

表2　船用钢板(CCS-B)的化学成分　%

表3　纯铝板(1060)的化学成分　%

1.2试验方法

对基层和复层实施爆炸复合，复合前的组配草图如图1。

图1　爆炸复合组配草图

爆炸复合后利用UT法检验复合板结合率，验收标准执行ASME SA578 C级。利用OLYMPUS GX51型金相显微镜和SS550扫描电镜及EDX能谱仪观察界面微观组织。TY8000型实验机被用来检测复合板的拉剪强度和分离强度试验。

2结果与分析

2.1无损检验

图2为铝钢复合材，从其中可以看出，复合板边部完整，表面无肉眼可见压痕、冲孔等缺陷。复合后，板材采用英国声纳公司MASTERSCAN 380超声波探伤仪，并选用5PФ20单晶直探头，主要检验界面结合状态，其检测波形如图3所示。从其中可以看出，一次底波波峰较高，高于门槛值，而界面波的波峰远远低于门槛值，这说明复合材界面结合良好，无分层、夹杂等缺陷。

2.2微观组织检验

图4为金相显微镜下复合材剖面处微观组织，从其中可以看出，1060与5A06之间呈现爆炸焊接制备法的特征波形界面，且界面处均匀，无分层、熔化块、孔洞等焊接缺陷，这是因为1060与5A06是同基材料，相容性好，因此界面无异常相生成。而1060与CCS-B界面处的波纹比较平缓，在100倍放大倍数下，未见分层等缺陷。图5为扫描电镜下复合材的剖面微观组织形貌。从图5中可以看出，在高衬度条件下，两个界面处均无分层等影响结合力的缺陷，这说明采用爆炸焊接法可制备铝钢复合材料。

图2　爆炸复合后板材

图3　超声波检验波形(结合良好)

图4　金相显微镜下复合材的微观组织

图5　SEM显微镜下复合材的微观组织

2.3力学性能检验

对试样进行拉剪试验和分离试验，试验结果如表4所示。从表4可以看出，拉剪试验的随机3组试样结果均高于验收值90 MPa，平均值为96 MPa，而分离强度试验结果显示，3组试样的结果均高于验收值75 MPa，且平均值为85.3 MPa。上述检验结果表明，材料的性能满足船用铝钢复合板的要求。

表4　力学性能检验结果

2.4应用实例

将产品供给用户，使用情况见图6与图7。图6为铝钢的钢层与船体甲板焊接后图片，从图6可以看出，连接后复合板与甲板结合良好，无分层等影响结合的缺陷。图7为舱体与铝钢复合板的铝层焊接后的外观图，从图7可以看出，经过两次焊接后，铝钢无分层等缺陷，连接良好。

图6　铝钢复合材与钢材连接

图7　铝钢复合材与铝设备连接

3结论

1) 采用爆炸焊接法可以制备铝钢复合材；复合后界面均匀，无分层、夹杂等缺陷；

2) 对复合材进行拉剪和分离试验，结果表明铝钢复合材满足使用要求。

3) 将铝钢复合材供给用户使用，使用情况良好，完全满足需求。

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(责任编辑杨继森)

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

文章编号：1006-0707(2016)03-0129-03

中图分类号：TG456

文献标识码：A

doi:10.11809/scbgxb2016.03.031

作者简介：宋军(1977—)，男，助理工程师，主要从事爆炸焊接工艺研究。

基金项目：国家高技术研究发展计划(2015AA03A501)

收稿日期：2015-09-08；修回日期：2015-09-22

本文引用格式：宋军，张文平，华先锋.船用铝钢复合材制备工艺研究[J].兵器装备工程学报，2016(3):129-131.

【化学工程与材料科学】