應用于船舶領域的5083鋁板界面波的形成機理

應用于船舶領域的5083鋁板-鋼過渡連接接頭的焊接性能,考察了焊接前后爆炸復合界面區域的組織形貌和特征,及耐腐蝕性能等,針對目前船舶結構建造采用的鋁-鋼過渡接頭存在的問題,對高性能新型復合過渡接頭的材料組合及性能進行了探索。 5083鋁板、鋼之間采用鋁-鋼復合過渡接頭通過焊接方法實現連接,可以顯著提高連接部位的結合性能、耐腐蝕性,改善勞動條件等。然而,焊接熱循環對復合界面的顯微組織特征及結合性能會產生明顯的影響。本研究分別采用5083鋁板TIG焊、5083鋁板MIG焊和鋼MAG焊進行鋁-鋼復合過渡接頭與5083鋁板板材、鋼板之間的焊接,通過正交設計法,以三種焊接方法所采用的焊接電流為主要影響因素,研究了焊接工藝對過渡接頭復合界面顯微組織和結合性能的影響。實驗結果表明,隨著5083鋁板TIG焊、鋼的MAG焊的焊接電流的增大,復合板復合界面剪切強度和厚度方向的拉脫強度均逐漸降低,而5083鋁板 爆炸焊接方法能夠將大面積的同種或異種金屬板材在瞬間內實現牢固的結合,為節約寶貴的稀有金屬材料并充分利用各種金屬材料的物理、化學和力學性能提供了獨特的連接方法,因而得到了工業界的青睞。

MIG焊焊接電流的變化對復合板性能的影響不明顯。三種工藝方法對復合板性能由主到次的影響順序為:5083鋁板TIG焊鋼MAG焊5083鋁板MIG焊。 焊接過程中復合界面溫度場,尤其是峰值溫度的測定,及焊后過渡接頭界面結合性能的測試結果表明,欲滿足相關標準對鋁-鋼過渡接頭性能的要求,焊接熱循環在復合界面產生的溫度應不超過300℃。此時,復合界面兩側金相組織未觀察到明顯的變化。導致焊后復合板性能下降的主要原因是:焊接熱循環使復合界面兩側在中間層形成的多種熔合體和變形組織發生了改變,界面區域存在的微小裂紋在焊接熱及其產生的應力作用下得到擴展和增殖,應力狀態也發生了變化。 腐蝕電位測定結果顯示,過渡接頭復層5083鋁板的腐蝕電位1060鋁板過渡接頭CCSB鋼板,因此,在形成腐蝕電池的條件下,5083作為陽極易于被腐蝕,而CCSB鋼板則受到保護。海洋大氣中,過渡接頭鋼基層腐蝕嚴重,而鋁復層腐蝕則不明顯,這是因為海洋大氣條件下,

沒有穩定的電解質導體,材料自身耐腐蝕性占主導地位。而潮差條件下,試樣有一段時間浸沒于海水中,海水充當了穩定的導體,腐蝕電池的作用得到充分發揮,因此,鋼板腐蝕較輕,而鋁復層和中間層則被嚴重腐蝕。涂層保護的過渡接頭均沒有發現腐蝕現象,說明涂層保護是過渡接頭在艦船上應用不可缺少的防腐蝕手段。 針對純鋁和純鈦與鋼爆炸復合界面上均易形成脆性的金屬間化合物,此類化合物對過渡接頭復合界面的結合性能,包括焊接性能均具有不良的影響,本研究對鋁-鋼過渡接頭5083鋁板復層與鋼基層之間過渡層的選材從金屬學角度進行了分析,并對鋁-鈦-鎳-鋼復合板的力學性能進行了考核。結果顯示,新型爆炸復合過渡接頭厚度方向的拉伸強度和復合界面的剪切強度遠高于目前國內外船舶結構建造應用的鋁-鋁-鋼和鋁-鈦-鋼過渡接頭。此種新型的高性能鋁-鋼復合過渡接頭為大中型船舶5083鋁板、鋼結構的焊接連接提供了新的發展思路。