【正文】 企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。 船舶結(jié)構(gòu)船舶結(jié)構(gòu)隨著船舶類型的不同而不同，對于鋼結(jié)構(gòu)船舶來說，全船結(jié)構(gòu)分為主船體和上層建筑兩部分。主船體部分有船首部、中部、尾部組成?！　≡谥鞔w空心結(jié)構(gòu)內(nèi)部又用水平的與垂直的隔壁分隔成許多艙室。安裝在船寬方向的艙壁稱為橫艙壁，安裝在船長方向的艙壁稱為縱艙壁。　　上層建筑是指上甲板以上的各種圍壁建筑物，上層建筑部分有首樓、橋樓、尾樓、甲板室及各種圍壁建筑。對鋁進(jìn)行合金化，鋁合金保持了純鋁的基本物化性能。 純鋁的密度?。é?），大約是鐵的 1/3，熔點(diǎn)低（660℃），鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各種型材、板材。通過長期的生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗，人們常加入的主要合金元素有銅、鎂、硅、鋅、錳、鋰，輔加的微量元素有鈦、釩、硼、鎳、鉻、稀土金屬等，雜質(zhì)元素有鐵等合金元素及運(yùn)用熱處理等方法來強(qiáng)化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。這樣使得其勝過很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于機(jī)械制造、運(yùn)輸機(jī)械、動力機(jī)械及航空工業(yè)等方面，飛機(jī)的機(jī)身、蒙皮、壓氣機(jī)等常以鋁合金制造，以減輕自重。主要合金元素在鋁中的極限溶解度見表1：表1 主要合金元素在鋁中的極限溶解度w元素ZMgCuLiMnSiCrVClTiZrCaω鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，鋁合金冷變形和熱處理后，抗拉強(qiáng)度可達(dá)500600Mpa，相當(dāng)于低合金鋼，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料，使用量僅次于鋼。隨著近年來科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多。變形鋁合金的分類通常采用三種分法。綜合考慮鋁合金強(qiáng)度、擠出性能、焊接性能等各種因素，渡河裝備中應(yīng)用的鋁合金將主要是6000系列和7000系列。本系中的最主要合金是6061，它是最常用的熱處理強(qiáng)化鋁合金之一。7000系列合金中鋅是主要合金元素，加入少量鎂時，就形成了強(qiáng)度最高的熱處理強(qiáng)化鋁合金。但是，鎂和鋅的含量如在6％以上，自淬火效應(yīng)即消失，對應(yīng)力腐蝕的敏感性大。7000系列合金因其較高的擠壓比而不能擠出封閉截面，這樣勢必增加焊接量，對承載甲板的受力和加工都不利。這就涉及到6000系列合金、7000系列合金以及兩個系列合金之間的焊接問題，焊接質(zhì)量的高低將直接影響重型渡河裝備的承載能力，所以有必要對鋁合金的焊接特性進(jìn)行深入研究。與鋼鐵材料相比，由于鋁合金具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，因此在焊接過程中存在以下特點(diǎn)：強(qiáng)的氧化能力 鋁和氧的親和力很大，在空氣中鋁容易與氧結(jié)合生成緊密結(jié)實的Al2O3薄膜（）。而且氧化膜還會吸附水分，焊接時會促使焊縫形成氣孔等缺陷，從而降低了焊接接頭的力學(xué)性能。這是鋁及鋁合金焊接的一個重要特點(diǎn)。在焊接過程中，大量的熱能被迅速傳到基體金屬內(nèi)部，因此焊接鋁及鋁合金時比鋼要消耗更多的熱量。熱裂紋傾向性大 108/℃，約為鋼的兩倍，％～％，因此焊接某些鋁合金時，往往由于過大的收縮內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生熱裂紋。生產(chǎn)中常采用調(diào)整焊絲成分的方法防止裂紋的產(chǎn)生，采用合理的焊接工藝對于防止熱裂紋的產(chǎn)生也是有利的和必須的。氫是熔焊時產(chǎn)生氣孔的主要原因?；≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水份都是焊縫中氫的主要來源。高溫下的強(qiáng)度和塑性低 在高溫下鋁的強(qiáng)度和塑性很低，以致不能支承住液體金屬而使焊縫成形不良，甚至形成塌陷（或燒穿）缺陷。合金元素的蒸發(fā)和燒損 某些鋁合金中含有低沸點(diǎn)的合金元素如鎂、鋅等，這些元素在高溫火焰或電弧的作用下極易蒸發(fā)、燒損，從而改變了焊縫金屬的化學(xué)成分，同時也降低了焊接接頭的性能。對于冷作硬化的合金也是如此，使接頭性能弱化，并且焊接線能量越大，性能降低的程度也愈嚴(yán)重?？傊?，傳統(tǒng)的熔焊方法（如火焰、電弧、等離子體弧等）熱源發(fā)散，功率密度較低，焊接速度低，熱輸入量大，導(dǎo)致熱影響區(qū)寬、焊縫晶粒粗、接頭性能差、焊接變形量大。第二章 鋁合金5083性能及焊接特點(diǎn) 鋁合金5083的性能、物理性能5083物理性能，主要特點(diǎn)為密度低，抗拉強(qiáng)度高，延伸率高。由于Mn元素的含量較多，可以提高鋁合金的力學(xué)性能，又不使合金抗腐蝕下降，同時提高了5083鋁合金的焊接性。由于鋁合金的化學(xué)活潑性很強(qiáng)，表面易形成氧化膜，且多屬于難熔物質(zhì)。鋁合金熱導(dǎo)率大（約為鋼的4倍），加之其熱導(dǎo)率較大，焊接時容易造成未熔合現(xiàn)象。氣孔是焊接5083鋁合金過程中常見的缺陷。焊接時，氫的來源有兩個方面：一是弧柱氣氛中的水分；二是焊絲及母材表面氧化膜吸附的水分。 鋁合金焊接的主要特點(diǎn)鋁合金有強(qiáng)的氧化能力。而且Ａｌ２O３還會吸附水分，焊接時會促使焊縫生成氣孔；熱導(dǎo)率大（約為鋼的４倍），導(dǎo)電性好，焊接時若要達(dá)到與鋼相同的焊速，則焊接線能量要比焊鋼時大２—４倍；熱裂紋傾向性大，焊接變形大，鋁合金的熱膨脹系數(shù)約為鋼的２倍，相反其彈性模量卻只有鋼的１／３，焊件有產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致變形及裂紋的傾向；鋁為面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)體，加熱與冷卻過程中沒有相變，晶粒易粗大，導(dǎo)致鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度降低。陽極化處理后表面美觀。5083鋁材中的主要合金元素為鎂，具有良好的抗蝕性與可焊接性能，以及中等強(qiáng)度?！　?083鋁材屬于AlMgSi系合金,使用范圍廣泛,特別是建筑業(yè)離不開此合金，是最有前途的合金。5083鋁材的主要合金元素為鎂，具有良好的成形加工性能、抗蝕性、焊接性，中等強(qiáng)度。用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性，在液體或氣體介質(zhì)中工作的低載荷零件，如郵箱，汽油或潤滑油導(dǎo)管，各種液體容器和其他用深拉制作的小負(fù)荷零件：線材用來做鉚釘。鋁鎂合金鋁板合金元素主要是鎂，含鎂量在35%之間。在相同面積下鋁鎂合金的重量低于其他系列.。在常規(guī)工業(yè)中應(yīng)用也較為廣泛。在我國5000系列鋁板屬于較為成熟的鋁板系列之一。其中工業(yè)中廣泛應(yīng)用的是MIG焊，攪拌摩擦焊主要用于船舶中型材和平板對接件的焊接，激光電弧復(fù)合焊和激光焊在實驗室中研究較多，未來將會在工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。TIG焊的電極是難熔金屬鎢或鎢的合金棒，電弧燃燒過程中電極是不熔化的，故易維持恒定的電弧長度，焊接過程穩(wěn)定。最常用的是鎢極氬弧焊，即以氬氣作保護(hù)氣體。日本在1953年就采用TIG焊焊接5083鋁合金，~。由于用焊絲作電極，可采用高密度焊接電流，因而母材熔深大，填充金屬熔敷速度快，焊件變形壁TIG焊小，鋁合金熔化極氬弧焊采用直流反接，有良好的陰極霧化作用，可有效確保焊縫的質(zhì)量要求。傳統(tǒng)的鋁合金鎢極氬弧焊（TIG）焊接熱輸入大、焊接速度慢，在焊縫呼氣附近產(chǎn)生較高的峰值溫度和較寬的熱影響區(qū)，使焊縫金屬盒附近母材產(chǎn)生實效，從而造成焊接接頭強(qiáng)度和硬度的大幅降低。國外研究表明，鋁合金MIG焊焊接接頭比TIG焊焊接接頭還具有更高的疲勞性能。經(jīng)過幾年的法杖，MIG焊從焊接設(shè)備、焊接材料到焊接工藝，都日益走向成熟，獲得高質(zhì)量的MIG焊縫已經(jīng)成為可能。而船用鋁合金MIG焊主要缺點(diǎn)有：由于熱輸入量仍然偏大而引起較大的焊接變形，影響船舶制造質(zhì)量；由于焊后板材變形大，往往需要較長的矯正時間，大大影響了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量；，生產(chǎn)效率低。攪拌摩擦焊已經(jīng)被證明在諸多方面優(yōu)于熔焊方法，尤其在輕合金方面，攪拌摩擦焊具有明顯的優(yōu)越性：固相焊接方法，不存在凝固裂紋和氣孔等缺陷；無變形焊接技術(shù)；不需要焊絲和保護(hù)氣體；焊接過程沒有煙塵、飛濺和UV輻射；容易實現(xiàn)自動化的一種機(jī)床焊接技術(shù)；全位置焊接技術(shù)；優(yōu)異的接頭力學(xué)性能；綠色焊接技術(shù)節(jié)省能源。攪拌摩擦焊也有局限性：焊接末尾通常有匙孔存在；焊接力較大，需要焊接設(shè)備具有很好的剛性；與弧焊相比缺少焊接柔性；不能實現(xiàn)搷絲焊接。光焊接是一種高效、快速、先進(jìn)的焊接方法，其功率密度可達(dá)10^5~10^7W/cm^2,其優(yōu)點(diǎn)在于：熱輸入集中、焊接速度快、熱影響區(qū)小、工件變形小、低噪聲、低煙塵、焊接質(zhì)量好，故激光焊接鋁合金有極大的優(yōu)越性。（2）激光器及其加工配套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，一次性設(shè)備投入較大。 焊接方法的確定目前用于鋁合金焊接的常用焊接方法有：交流鎢極氬弧焊(TIG)和直流反極性熔化極氣體保護(hù)焊(MIG)。MIG焊包括連續(xù)電流焊接和脈沖電流焊接。實驗研究發(fā)現(xiàn)，在鋁合金MIG焊時，脈沖電流焊接優(yōu)于連續(xù)電流焊接，采用脈沖電流可以提高熱輸入的利用率，降低焊接電流，減少焊接變形。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。、MIG焊的焊接方法與TIG焊相比，MIG焊可焊的鋁合金厚度明顯增大，而且焊接效率高，適合于自動化生產(chǎn)。焊前一般不預(yù)熱，板厚較大時，也只需預(yù)熱起弧部位。脈沖MIG焊電源是直流脈沖，脈沖TIG焊的電源是交流脈沖。焊接過程中，保護(hù)氣體氬氣通過焊槍噴嘴連續(xù)輸送到焊接區(qū)，使電弧、熔池及其附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。原理示意圖見圖1；原理示意圖1MIG焊特點(diǎn) ⑴和TIG焊一樣，它幾乎可以焊接所有的金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金以及不銹鋼等材料。 ⑵勞動生產(chǎn)率高 ⑶MIG焊可直流反接，焊接鋁、鎂等金屬是有良好的陰極霧化作用，可有效的去除氧化膜，提高了接頭的焊接質(zhì)量。 ⑸MIG焊焊接鋁及鋁合金時，可以采用亞射流熔滴過渡方式提高焊接接頭的質(zhì)量。 MIG焊的應(yīng)用MIG焊適合于焊接低碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、非鐵金屬其合金。目前在中等厚度、大厚度鋁及鋁合金板材的焊接中，已廣泛地應(yīng)用了MIG焊。自動MIG焊適用于較規(guī)則的縱縫、環(huán)縫及水平位置的焊接；半自動MIG焊大多用于定位焊、短焊縫、斷續(xù)焊縫以及鋁容器中封頭、管接頭、加強(qiáng)圈等工件的焊接。自動熔化極氬弧焊設(shè)備則由焊接電源、送絲系統(tǒng)、焊接機(jī)頭、行走小車或操作機(jī)（立柱、橫臂）和變位機(jī)及滾輪架、供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成?，F(xiàn)在，國內(nèi)外MIG焊設(shè)備已相當(dāng)成熟，有的相當(dāng)完善和先進(jìn)，可考查選購，無需自制。老式電源有電動機(jī)發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)只用于缺電的野外現(xiàn)場。焊接電源的額定電流通常要求50～500A，特種應(yīng)用要求1500A。電源的負(fù)載持續(xù)率在60%～100%范圍內(nèi)。焊接電源的外特性MIG焊有三種外特性的焊接電源，即平特性（恒壓）、陡降特性（恒流）和緩降特性。平特性電源有較強(qiáng)的自調(diào)節(jié)作用，弧長的變化可引起電流的較大變化，同時短路電流較大，引弧比較容易。此時，由于焊絲較粗，電弧的自調(diào)作用較弱，弧長變化后恢復(fù)速度慢，單靠電弧的自調(diào)作用難以保證焊接過程穩(wěn)定，需外加弧壓反饋電路，將電弧電壓（弧長）的變化及時反饋到送絲控制電路，調(diào)節(jié)送絲速度，使弧長能及時恢復(fù)。由于恒流，焊縫熔深可基本保持穩(wěn)定不變。電源動特性是指當(dāng)負(fù)載狀態(tài)發(fā)生瞬時變化時焊接電流和輸出電壓與時間的關(guān)系，用以表征電源對負(fù)載瞬變的反應(yīng)能力。⑵短路峰值電流Imax(A)。為保證電弧過程的穩(wěn)定性不被破壞，無強(qiáng)烈飛濺，無不良焊縫成形，在粗焊絲和大電流情況下，要求短路電流上升速度dis/dt稍小，反之，在細(xì)焊絲和小電流值情況下，要求dis/dt稍大；在其他條件不變時，要求短路峰值電流較小，以免飛濺過大，然后迅速提升短路電流，當(dāng)達(dá)到某一設(shè)定值后，立刻改變電流上升率，以很小的dis/dt增大電流，以便降低Imax和減小飛濺。該電源具有幾個有代表性的特點(diǎn)，如熱起弧功能，熱啟動時能發(fā)生700A的脈沖電流，有利于解決起弧處易發(fā)生未熔合、未焊透及氣孔問題；如內(nèi)設(shè)16位微處理器閉環(huán)數(shù)字化控制系統(tǒng)，有利于解決脈沖MIG焊參數(shù)多，操作按鈕多，操作很不方便的問題；又如內(nèi)設(shè)的專家系統(tǒng)，內(nèi)存的100組焊接程序和參數(shù)的專家經(jīng)驗可供工藝技術(shù)人員和焊接操作人員直接選用或參考選用。圖3 SAF MIG480TRI