铝合金船舶建造中的工艺特点初探

陈 和

（江龙船艇科技股份有限公司，广东 中山 528462）

0 引言

铝合金具备可塑性强、强度大、质量轻等应用优势，目前已经在船舶建造中得到了很好的应用。与此同时，随着焊接工艺体系的不断成熟，如何选择恰当的焊接工艺应用到铝合金船舶建造当中，也成为施工企业重点考量的问题，做好工艺特点筛选分析工作，对提高工艺应用水平，提高铝合金船舶建造水平有着积极地作用。

1 铝合金船舶建造中的工艺特点

1.1 焊接过程复杂

相比于其他金属材料，铝合金材料中的铝元素和外界环境的氧元素有着非常高的亲和力。在常温状态下，铝元素会迅速被氧化生成Al2O3，附着在结构表层。铝单质的熔点为660℃，而覆盖在薄膜上的Al2O3薄膜，其熔点为2050℃，这也导致焊接过程中薄膜很难顺利熔化，产生较多的氧化物焊渣。另外，已经形成的氧化膜还会在高温状态下对外溢出电子，从而导致电焊过程稳定性降低，影响到最终的焊接质量，对此在焊接前需要提前清理掉氧化薄膜，从而提高最终的焊接质量。

1.2 容易产生气孔

在上文中已经提到，铝元素的化学性质比较活泼，除了和氧元素容易结合在一起形成氧化物以外，铝元素还会和氢元素发生熔解反应，熔解时温度越高，铝合金中的氢元素含量也越高。在铝合金焊接过程中，因为温度的上升，很容易造成氢元素大量融入到铝合金液体当中。在温度不断降低的情况下，氢元素的熔解度也会下降，这也导致氢元素快速溢出，使未凝固铝合金焊缝出现较多数量的气孔，影响到结构的焊接质量。

1.3 接头处理难度大

目前在船舶建造中所使用的铝合金材料，主要包含Al、Zn、Mg 等元素，此类元素相似点在于其熔点较低，在高温作用下很容易蒸发，这也会降低铝合金接头位置的综合强度，缩减结构本身的使用寿命。因此，在对其进行焊接时，不能遵循钢板焊接规范，需要结合材料特性做出适当调整，使整个焊接过程可以更加有序地进行，进而提高最终的焊接质量。

1.4 材料热塑性强

在铝合金焊接过程中，因为材料的熔点较低，只有660℃，因此在焊接过程中，应选择集中焊接的方式，避免非焊接部位在高温作用下，出现了熔化的情况，影响到最终的焊接质量。而且铝合金材料的膨胀系数相对较大，是钢材料的2 倍，这也意味着焊接完成后，铝合金的体积会减少。结合以往的焊接经验可以得知，其体积减少量大于5%左右，而且在面对焊缝较大的铝合金构件时，很容易在膨胀系数的作用下，出现结构裂纹，影响到结构的成型质量。

1.5 容易出现焊瘤

铝合金在高温作用下，会完成形态的转变，即由固态结构转变为液态结构。在此过程中，铝合金的形态并不会出现明显的颜色变化，如果没有对其进行仔细检查，很容易导致焊塌情况的出现，最后也会形成焊瘤结构，影响到整个结构的焊接质量。对此，焊工在工作的过程中，需要留意熔池的变化情况，结合具体的变化及时调整熔池温度，从而确保整个焊接过程的顺利推进，提高铝合金结构的焊接质量[1]。

2 铝合金船舶建造中的常用工艺

2.1 焊条电弧焊接技术

在所有焊接技术中，焊条电弧焊接技术的出现时间最长，具备操作流程简单、施工成本低等应用优势。该技术在实际应用中，其作用原理在于将待焊接的铝合金材料进行固定，完成固定操作之后，对铝合金表面进行清理，同时接通焊接装置，将焊条固定在既定位置上，按照既定顺序完成焊接操作。因为该方法比较传统，因此很容易出现焊缝内夹渣或焊接气孔情况的出现，目前已经很少在铝合金船舶建设中应用[2]。

2.2 钨极氩弧焊接技术

TIG 焊（钨极氩弧焊接技术）是指以钨或钨合金作为电极，用氩气作为保护气体的能满足高质量要求的电弧焊方法。在具体应用中，需要注意以下几部分内容：①引弧与熄弧，TIG焊一般采取非接触引弧。熄弧时，如焊机设有电流衰减，则按下停止按钮后，要维持焊枪在原位，待电流衰减至电弧熄灭，然后慢慢将焊枪抬起。特别要指出的是不推荐拉大弧长的熄弧操作方式，因为这种熄弧操作对填满弧坑及弧坑处保护不利，甚至产生弧坑裂纹[3]。②填丝，焊枪与填充焊丝的操作必须配合得当，一定要等待母材熔融充分后才填丝，以免造成金属的不融合。填充焊丝宜以15°夹角，沿着焊件在焊缝前方加入。填丝的操作应采取从熔池前沿“点进”焊丝的方式，靠熔池中熔融金属的热量将焊丝熔化，动作要敏捷。填丝时要禁止把焊丝直接伸到电弧柱中，以免焊丝端部过早熔化，产生熔滴后进入熔池中，这样会造成污染钨极，电弧不稳，焊缝成形不良；也禁止把焊丝点进熔池后就把焊丝拉离保护气氛，否则，仍高温的焊丝端部立即被氧化，下次送进时带入熔池中，从而影响焊缝质量[4]。

2.3 激光焊接技术

在目前出现的焊接新技术当中，激光焊接技术是利用激光作为加热源的焊接技术。该技术在实际应用过程中，其作用原理在于按照既定要求将待焊接的铝合金结构进行预拼接，确定没有问题之后，利用激光焊接设备对准焊缝。启动设备后，装置会对外释放出激光辐射，激光所产生的热辐射非常大，这股热辐射可以达到融化铝合金构件的条件，钢结构在融化的过程中会重新熔合在一起，形成一个整体，从而达到熔合的目的。该方法操作简单，并且焊接质量较高，目前在铝合金船舶中得到了很好的应用。

2.4 等离子弧焊接技术

相比于其他焊接技术，等离子弧焊接技术是为了焊接铝制材料，开发出来的新型焊接技术。该技术的作用原理在于借助等离子释放出的热量，将其高度集中在待焊接位置，在形成熔池之后，结构也会熔合在一起，形成一个整体结构。目前所使用的等离子弧焊接技术主要以锁孔型等离子弧焊为主，此技术单次焊接厚度可达12 mm，目前已经在船舶建设中得到应用，其应用效果也非常明显，属于发展前景非常好的焊接技术。

2.5 高速双丝焊接技术

所谓高速双丝焊接技术是指借助双焊丝来完成铝合金焊接操作的工艺。在具体应用中，其作用原理是将铝合金材料提前固定好，选择双丝MIG 焊设备作为主操作设备，该设备可以同时放入2 根焊丝，而焊丝都会有独立电源进行供电。2 根焊丝在焊嘴中的相位差为180°，在焊接操作过程中，可以借助交替接通脉冲电流来实现焊接工作的顺利进行。因为该焊接方方法的工作效率和操作结果质量较高，所以目前已经在铝合金船舶建造中得到了很好的推广。

2.6 电子束焊接技术

电子束焊接技术是将电子束集中在一起，使其可以作为发热源进行结构焊接的新技术。该技术的作用原理在于将电子束焊接设备对准焊缝，启动设备后，装置会对外释放出高速电子，高速电子会轰击钢结构表面，释放出巨大的热量，这股热量可以达到融化铝合金材料表面的条件，钢结构在融化的过程中会重新熔合在一起，在结构冷却之后会形成一个整体，从而达到了焊接的目的。

2.7 熔化极氩弧焊接技术

除了上述应用技术外，熔化极氩弧焊接技术也属于常用的焊接技术。在实际应用中，该技术的工作原理为，启动焊接装置释放焊接电弧，焊丝受热开始熔化后，会逐渐填充焊缝内容。在熔池当中，电弧会结合实际情况进行变长变短的调节，从而确保最终的焊接质量，提高铝合金材料的焊接效果。

3 结语

铝合金材料具备较多的应用优势，目前在很多领域中都得到了很好的应用。在铝合金船舶建造过程中，如何选择恰当的焊接工艺进行操作，也是操作人员需要重点关注的重点，通过梳理铝合金船舶建造工艺特点，明确工艺应用过程中应重点关注的问题，对于提高铝合金船舶建造质量，延长船舶使用寿命有着积极地作用。