【正文】 船舶焊接工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)系 別 機(jī)械工程系 專 業(yè) 焊接技術(shù)及自動(dòng)化 班 級(jí) 焊接3112班 姓 名 學(xué) 號(hào) 1203113083 2013～2014學(xué)年 第一學(xué)期1目錄摘要 3引言 3第一章 船舶結(jié)構(gòu)及鋁合金的特性 3 我國(guó)造船焊接技術(shù)的發(fā)展概況 3 船舶結(jié)構(gòu) 3 鋁合金簡(jiǎn)介 3 鋁及鋁合金的分類 3 鋁合金焊接特性 3第二章 鋁合金5083性能及焊接特點(diǎn) 3 鋁合金5083的性能 3 鋁合金5083的焊接性 3 鋁合金焊接的主要特點(diǎn) 3 合金5083特性及適用范圍 3第三章 鋁合金焊接方法的選擇 3 鋁合金焊接方法 3 焊接方法的確定 3第四章 焊接設(shè)備及工藝 3 焊接設(shè)備 3 焊接工藝 3第五章 鋁及鋁合金MIG焊焊接接頭缺陷及防止措施分析 3 焊縫成形差 3 裂紋 3 氣孔 3 燒穿 3 未焊透 3 未熔合 3 夾渣 3第六章 合金船舶建造裝焊工藝 3 分段裝焊工藝 3 總段裝焊工藝 3結(jié)論 3致謝 3參 考 文 獻(xiàn) 3摘要本文主要介紹了5083鋁一鎂合金船舶的焊接的方法與工藝，并采用MIG焊進(jìn)行5083鋁一鎂合金焊接船舶及工藝試驗(yàn)研究的情況。關(guān)鍵詞：5083鋁合金 船舶 MIG焊 引言隨著我廠經(jīng)營(yíng)開(kāi)發(fā)范圍的拓展，在某游艇及微型中輕型船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中，其船體部分都采用了合金鋁材料，則鋁合金焊接技術(shù)有著越來(lái)越重要的地位。MIG焊包括連續(xù)電流焊接和脈沖電流焊接。我廠承接的鋁合金船使用的材料主要是5083鋁一鎂合金，根據(jù)MIG焊的優(yōu)點(diǎn)，施工基本t采用脈沖MIG焊。10年間，中國(guó)造船業(yè)占世界造船市場(chǎng)的份額從不到6%擴(kuò)大到了11%以上，‘十五’期間中國(guó)造船產(chǎn)量年均增長(zhǎng)30%以上，大大高于世界造船總量的增長(zhǎng)速度，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于日、韓等主要造船國(guó)的增長(zhǎng)速度。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我國(guó)造船業(yè)不僅僅要擴(kuò)大規(guī)模，更要依靠先進(jìn)的造船技術(shù)，促進(jìn)自主創(chuàng)新，堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展，重點(diǎn)引進(jìn)消化吸收模塊化船裝、采用新材料、高效焊接、切割等船舶建造關(guān)鍵技術(shù)和現(xiàn)代化造船生產(chǎn)管理技術(shù)，轉(zhuǎn)化生產(chǎn)方式，提高建造技術(shù)水平和生產(chǎn)效率，拓展船舶工業(yè)發(fā)展空間。出現(xiàn)了大量的分段裝配后焊接跟不上，形成卡脖子的局面，為了盡快改變這一被動(dòng)局面，當(dāng)時(shí)剛成立不久的中國(guó)船工業(yè)總公司作出了重要決定，成立了船舶工業(yè)總公司高效焊接技術(shù)指導(dǎo)組，制定了大力發(fā)展高效焊接技術(shù)、更新焊接設(shè)備的方針?！　≈鞔w是由船舶外板和連續(xù)的上甲板包圍起來(lái)的水密空心結(jié)構(gòu)。其中，首尾貫通的水平隔壁稱下甲板，垂直的隔壁稱為艙壁。 鋁合金簡(jiǎn)介以鋁為基的合金總稱?？垢g性能好；但是純鋁的強(qiáng)度很低，不宜作結(jié)構(gòu)材料。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%，起著不同的作用。 鋁及鋁合金的分類鋁合金按加工方式分為兩大類，即變形鋁合金和鑄造鋁合金。6000系列合金含有與形成Mg2Si的比例近似的鎂與硅，從而使本系合金成為熱處理強(qiáng)化鋁合金。不含銅的AlZnMg系合金的主要特點(diǎn)是焊接性能優(yōu)良，具有良好的自淬火效應(yīng)，適于制造焊接后不需要熱處理的大型零部件。所以，承載甲板適合采用具有良好擠出性能的6000系列合金，而7000系列合金可用于其他部位。這層薄膜的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋁合金的熔點(diǎn)，～，在焊接過(guò)程中，氧化鋁薄膜會(huì)阻礙基體金屬的熔化及彼此之間的良好結(jié)合，并易造成夾渣。高的熱導(dǎo)率和導(dǎo)電性 鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率、比熱容、熔化潛熱等都很大，【W(wǎng)/（m﹒K）】，約比鋼大1倍多。這是鋁合金，尤其是高強(qiáng)鋁合金焊接時(shí)最常見(jiàn)的嚴(yán)重缺陷之一。鋁及鋁合金的液體熔池很容易吸收氣體，高溫下溶入的大量氫氣，在焊后冷卻凝固過(guò)程中來(lái)不及析出，而聚集在焊縫中形成氣孔。因此，一般情況下需要用夾具和墊板。無(wú)色澤變化 鋁及鋁合金從固態(tài)變成液態(tài)時(shí)，無(wú)明顯的顏色變化，因此在焊接過(guò)程中給操作者帶來(lái)不少困難。在我國(guó)5000系列鋁板屬于較為成熟的鋁板系列之一，見(jiàn)表2；表2 5083鋁合金物理性能熔點(diǎn)t/℃電阻率ρ/nΩ?m線膨脹系數(shù)a/μm/ (m ?k)導(dǎo)熱系數(shù)λ/W/﹙m ?k﹚密度ρ/g/m5741力學(xué)性能5083鋁合金力學(xué)性能見(jiàn)表3；表3 5083鋁合金力學(xué)性能性能指標(biāo)抗拉強(qiáng)度σb (MPa)條件屈服強(qiáng)度 (MPa)伸長(zhǎng)率δ10 (%)伸長(zhǎng)率δ5 (%)試樣尺寸性能指數(shù)≥270≥110≥20≥12所有壁厚、化學(xué)成分5083鋁合金化學(xué)成分見(jiàn)表4；表4 5083鋁合金化學(xué)成分化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)％）AlSiCuMgZnMnTiCrFe余量≤≤～≤～≤～～ 鋁合金5083的焊接性5083鋁合金屬于ALMg系列合金，根據(jù)5083鋁合金的化學(xué)成分分析可知：5083鋁合金含Mg和Mn元素較高，其抗脆性、抗蝕性、可焊性較好。焊接時(shí)易產(chǎn)生夾渣等缺陷。而氫是鋁合金焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因。鋁與氧的親和力很強(qiáng)，在空氣中極易與氧結(jié)合生成致密牢固的Ａ１２０３薄膜，Ａｌ2Ｏ３熔點(diǎn)高達(dá)２０５０℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋁合金的熔點(diǎn)（約６６０℃），且密度大，在焊接過(guò)程中，Ａ１２０３薄膜會(huì)阻礙金屬之間的良好結(jié)合并易造成夾雜。電弧焊性能良好。耐蝕性好，焊接性優(yōu)良，冷加工性較好，并具有中等強(qiáng)度。用于制造飛機(jī)油箱、油管、以及交通車輛、船舶的鈑金件，儀表、街燈支架與鉚釘、五金制品、電器外殼等。鋁鎂合金種類鋁鎂合金鋁板又可稱為5000系列合金鋁板，其代表有5052鋁板、5005鋁板、5086鋁板材、5083鋁材料、5754鋁板，5A02鋁板，5A05鋁板等。故常用在航空方面，比如飛機(jī)油箱。第三章 鋁合金焊接方法的選擇 鋁合金焊接方法目前，鋁合金的焊接主要有以下幾種方法：氬弧焊、攪拌摩擦焊、激光焊和激光電弧復(fù)合焊等。焊接時(shí)，電極、電弧區(qū)以及熔化金屬都處在惰性氣體保護(hù)之中，使之與空氣隔離。MIG焊采用焊絲作電極及填充金屬，并在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行焊接。鋁合金熔化極氣體保護(hù)焊（MIG）焊接線能量小，焊接速度快，焊接鋁合金，特別是熱處理強(qiáng)化鋁合金（6000系列、7000系列）時(shí)，有利于改善焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)的組織，有效的減小焊接接頭的強(qiáng)度損失。目前，國(guó)外鋁合金焊接90%以上采用MIG焊，國(guó)內(nèi)的鋁合金MIG焊技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。它能焊接所有的鋁合金。另外，激光焊接還有一些局限：（1）由于激光焦點(diǎn)直徑相對(duì)較小，要求焊接裝卡對(duì)位精度高，焦點(diǎn)位置和激光束相對(duì)加工對(duì)象的偏移量要求限制在很小的范圍內(nèi)。TIG焊由于采用交流電，鎢極燒損嚴(yán)重，焊接效率低，因此適用于薄件鋁合金的焊接。同時(shí)能夠提高電弧的穩(wěn)定性、改善焊接成形和增加熔深。 MIG焊用于焊接鋁及鋁合金時(shí)通常采用直流反極性，焊接薄、中等厚度板材時(shí)，可用純Ar作保護(hù)氣體；焊接厚大件時(shí)，采用（Ar+He）混合氣體，也可采用純He保護(hù)。MIG焊原理和TIG焊不同，MI G（MAG）焊采用可熔化的焊絲作為電極，以連續(xù)送進(jìn)的焊絲與被焊工件之間燃燒的電弧作為熱源來(lái)熔化焊絲與母材金屬。焊接過(guò)程中幾乎沒(méi)有氧化燒損，只有少量的蒸發(fā)損失，冶金過(guò)程比較簡(jiǎn)單。 ⑹由于氬氣為惰性氣體，不與任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以對(duì)焊絲及母材表面的油污、鐵銹等較為敏感，容易產(chǎn)生氣孔，焊前必須仔細(xì)清理焊絲和工件。MIG焊可分為半自動(dòng)焊和自動(dòng)焊兩種。熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)氬弧焊設(shè)備系統(tǒng)如圖2所示。常用電源有變壓器一整流器，新式電源為逆變電源。MIG焊電源的外特性和動(dòng)特性都很重要。 當(dāng)焊絲直徑較大(大于2mm)時(shí)，一般采用下降特性電源并配用變速送絲系統(tǒng)。焊接電源的動(dòng)特性MIG焊電弧過(guò)程瞬變頻繁，電源必須及時(shí)作出反應(yīng)，以便動(dòng)態(tài)穩(wěn)弧。⑶從短路到引弧的電源電壓恢復(fù)速度dUa/dt (V/s)。此外，該電源允許實(shí)施的超射流模式，有利于增強(qiáng)鋁及鋁合金焊接熔池的攪動(dòng)從而可明顯減少焊縫氣孔。拉絲式 拉絲式可分為三種形式。還有一種是焊絲盤(pán)與送絲電動(dòng)機(jī)都與焊槍分開(kāi)。四輪驅(qū)動(dòng)裝置如圖5所示。焊槍上裝有小型送絲機(jī)構(gòu)和小型焊絲盤(pán)的拉絲式焊槍，主要用于采用鋁及鋁合金細(xì)焊絲或軟焊絲，裝滿焊絲的小型焊絲盤(pán)重5kg，槍體較重，不便操作使用，但送絲可靠。導(dǎo)電嘴與噴嘴之間的相斑位置取決于熔滴過(guò)渡形式。氬或氦雖同為保護(hù)氣體，但其物理特性有差異，因而其工藝性能也有差異。氦氣的導(dǎo)熱性比氨氣高，能產(chǎn)生能量分布更均勻的電弧等離子體。因此，純氦保護(hù)MIG焊時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)軸向射流過(guò)渡，常發(fā)生較多的飛濺和較粗糙的焊縫表面。由于氬和氦各有優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)有必要采用氦時(shí)，最好采用氬與氦的混合氣體保護(hù)，例如，氬75%～25%，氦25%～75%（體積分?jǐn)?shù)）。當(dāng)需焊接空間位置或焊接較薄的焊件時(shí)，應(yīng)選用脈沖或短路過(guò)渡焊接電源，此時(shí)應(yīng)特別注意電源的動(dòng)特性或動(dòng)特性可調(diào)的電源，例如適應(yīng)性較大的逆變式焊接電源。單面焊時(shí)，如零件厚度小于6mm，一般采用無(wú)坡口對(duì)接；如零件厚度大于6mm，可采用V形坡口對(duì)接。與其他金屬相比較，鋁及鋁合金結(jié)構(gòu)上常采用搭接接頭。、零件及焊絲的制備雖然直流反接MIG焊的電弧過(guò)程中始終能保持對(duì)鋁材表面氧化膜的陰極清理作用，但與TIG焊相比較，MIG焊時(shí)生成焊縫氣孔的敏感性仍較TIG大。因此MIG焊前零件及焊絲表面清理的質(zhì)量對(duì)焊接過(guò)程及焊接質(zhì)量（主要是焊縫氣孔）影響很大。MIG焊時(shí)功率較大，熔透能力較強(qiáng)，反面襯墊有利于縮小接頭的有關(guān)尺寸，操作條件較為寬松，對(duì)操作技能的要求可適當(dāng)降低。墊板條鑲嵌在碳鋼的墊板內(nèi)，墊板條材料為不銹鋼、銅或鋁。因此矩形凹槽可用于強(qiáng)度不高，塑性良好，能適應(yīng)應(yīng)力集中的鋁及鋁合金。此時(shí)，接頭根部對(duì)接間隙可稍大，焊接時(shí)可手工、機(jī)械或利用電磁力實(shí)施橫向擺動(dòng)。由于細(xì)絲較軟，對(duì)送絲系統(tǒng)要求較高。焊接電流MIG焊時(shí)，焊接電流主要取決于零件厚度。焊接電流，A (DCEP)圖11鋁焊絲直徑、焊接電流、送絲速度之間的關(guān)系MIG焊時(shí)，應(yīng)盡量選取較大的焊接電流，但以不致燒穿焊件為度，這樣既能提高生產(chǎn)效率，也有助于抑制焊縫氣孔?；￠L(zhǎng)是一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)。此時(shí)，由于電弧氣氛發(fā)生變化，電弧靜特性曲線下移，引起電流突然升高，焊絲熔化速度增大，電弧拉長(zhǎng)，電弧過(guò)程發(fā)生動(dòng)蕩。焊接鋁及鋁合金時(shí)，在射流過(guò)渡范圍內(nèi)的給定焊接電流下，宜配合電流來(lái)調(diào)節(jié)電弧電壓，將弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)并控制在無(wú)短路或間有短路（人稱“半短路”）的射流狀態(tài)或亞射流狀態(tài)。隨著電流的增大，焊接速度也應(yīng)提高。焊接接頭的位置 焊接接頭的不同位置（或稱全位置）有平焊、橫焊、立焊、仰焊，焊接技術(shù)難度按此順序依次加大。如果此時(shí)電流較大，熔池較大，熔池內(nèi)的液態(tài)金屬即可能向下流失。零件厚度較大時(shí)，自然需要多道焊。因此，多道焊較有利于保證氣密性，防止?jié)B漏。此外，氣體流量過(guò)大過(guò)小均易造成紊流。選擇最佳的相互適配的成套參數(shù)需要參考資料、專家經(jīng)驗(yàn)（如先進(jìn)焊接設(shè)備內(nèi)所設(shè)的專家系統(tǒng)），但仍需用戶自行試驗(yàn)和驗(yàn)證。、產(chǎn)生原因焊接規(guī)范選擇不當(dāng)； 焊槍角度不正確； 焊工操作不熟練； 導(dǎo)電嘴孔徑太大； 焊接電弧沒(méi)有嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)坡