1、1安 徽 机 电 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计5083 铝合金船舶焊接工艺毕业设计系 别 机械工程系 专 业 焊接技术及自动化 班 级 焊接 3112班 姓 名 学 号 1203113083 20132014 学年 第一学期2目录摘要 3引言 3第一章 船舶结构及铝合金的特性 31.1 我国造船焊接技术的发展概况 31.2 船舶结构 31.3 铝合金简介 31.4 铝及铝合金的分类 31.5 铝合金焊接特性 3第二章 铝合金 5083性能及焊接特点 32.1 铝合金 5083的性能 32.2 铝合金 5083的焊接性 32.3 铝合金焊接的主要特点 32.4 合金 5083特性及适用范
2、围 3第三章 铝合金焊接方法的选择 33.1 铝合金焊接方法 33.2 焊接方法的确定 3第四章 焊接设备及工艺 34.1 焊接设备 34.2 焊接工艺 3第五章 铝及铝合金 MIG焊焊接接头缺陷及防止措施分析 35.1 焊缝成形差 35.2 裂纹 35.3 气孔 35.4 烧穿 35.5 未焊透 35.6 未熔合 35.7 夹渣 3第六章 合金船舶建造装焊工艺 36.1 分段装焊工艺 36.2 总段装焊工艺 3结论 3致谢 3参 考 文 献 33摘要本文主要介绍了5083铝一镁合金船舶的焊接的方法与工艺，并采用MIG焊进行5083铝一镁合金焊接船舶及工艺试验研究的情况。介绍了焊接铝合金的主要
3、规范参数和工艺控制要点和MIG焊的设备选择并对焊接过程中易出现的焊接缺陷进行了分析，提出了消除焊接缺陷的方法和措施。并针对船舶装焊工艺进行了深入的了解和详细的阐述。使我们充分的认识到在建造中铝合金所占得重要性。关键词：5083铝合金 船舶 MIG焊 4引言随着我厂经营开发范围的拓展，在某游艇及微型中轻型船舶产品设计制造中，其船体部分都采用了合金铝材料，则铝合金焊接技术有着越来越重要的地位。众所周知，铝合金具有重量轻，比强度高及抗腐蚀性能好等特点，运用于军事，造船，航空，航天，然而，铝合金在焊接过程中容易产生气孔，裂纹，夹渣等缺陷，阻碍了铝合金的焊接制造进程，其发展速度与制造水平很不平衡，如何能
4、更好解决铝合金的焊接缺陷这个难题，是推动我厂铝合金技术发展的个关键的环节，通过对5083铝镁合金焊接研究，对铝合金的焊接有个基本的认识，也通过本文，对在今后的技能培训指导中如何使焊工更快更牢固的掌握铝合金焊接的基本知识、操作技能，更好的应用于生产中。目前用于铝合金焊接的常用焊接方法有：交流钨极氩弧焊(提高)和直流反极性熔化极气体保护焊(MIG)。提高焊由于采用交流电，钨极烧损严重，焊接效率低，因此适用于薄件铝合金的焊接。MIG焊包括连续电流焊接和脉冲电流焊接。MIG焊时，焊丝作为阳极，可采用比TIG焊更大的焊接电流，电弧功率大，焊接效率高，故特别适合于中厚板铝合金的焊接。实验研究发现，在铝合金
5、MIG焊时，脉冲电流焊接优于连续电流焊接，采用脉冲电流可以提高热输入的利用率，降低焊接电流，减少焊接变形。同时能够提高电弧的稳定性、改善焊接成形和增加熔深。我厂承接的铝合金船使用的材料主要是5083铝一镁合金，根据MIG焊的优点，施工基本t采用脉冲MIG焊。为提高5083铝镁合金的MIG焊的焊接质量，对脉冲MIG焊的特点、操作方法和焊接过程中易出现的焊接缺陷进行分析的研究，就显得很有必要。近年来，国际船舶市场呈现出空前兴旺的态势，我国船舶工业也持续呈现出强劲势头，2004年造船完工达850多万吨，约占世界份额的14%，2005年的造船产量超过1000万载重吨，约占世界份额的18%，2006年第
6、一季度，全国船舶工业造船完工289万载重吨，同比增长90%。中国已连续10年为世界第三大造船国。10年间，中国造船业占世界造船市场的份额从不到6%扩大到了11%以上，十五期间中国造船产量年均增长30%以上，大大高于世界造船总量的增长速度，也远远高于日、韩等主要造船国的增长速度。同时，国内船舶业在技术上也已经有很大进步；自主设计的30万吨超大型油轮（VLCC）已累计承接订单25艘，自主开发的17.5万吨绿色环保型散货船已成为国际品牌，成功开发并建造了万箱级超大型集装箱船，为进入万箱级船市场打下基础；攻克大型液化天然气（LNG）船关键建造技术，进入了这一尖端高5技术船舶市场；成功开发和建造了30万
7、吨级以上浮式生产储油轮（PPSO）和大型自升式钻井平台等多型海洋工程装备；国内首台VLCC主机实现了国产化，大型船用低速柴油机曲轴实现了自主制造，并获得了65根的订单；自主设计制造的超大型锚绞机达到了世界先进水平，并批量承接VLCC和8530TEU集装箱船的大型锚绞机共17台.然而，与先进的发达国家相比，我国造船业规模虽大，利润却很低，与国外造船业先进水平还相差较大。中国船舶工业中长期发展规划中明确提出2010年我国造船总量达到世界总量的25%，2015达到30%；2010年船舶配套率达到60%,2015年达到80%。2010年船用柴油机产量达到600万马力，2015年达到800万马力。为实现
8、这一目标，我国造船业不仅仅要扩大规模，更要依靠先进的造船技术，促进自主创新，坚持科学发展，重点引进消化吸收模块化船装、采用新材料、高效焊接、切割等船舶建造关键技术和现代化造船生产管理技术，转化生产方式，提高建造技术水平和生产效率，拓展船舶工业发展空间。6第一章 船舶结构及铝合金的特性1.1 我国造船焊接技术的发展概况我国造船焊接技术从50年代初开始引入手工电弧焊条起步，50年代中期又从前苏联引进先进高效埋弧自动焊、半自动焊接技术；50年代末期70年代又陆续试验成功并应用了半自动CO2气体保护焊、重力焊、下行焊、垂直和横向气体保护自动焊，各种衬垫单面焊双面成形等高效焊接工艺。但是由于当时的焊接设
9、备、材料的配套问题以及企业管理制度不适应等因素，这些高效率焊接工艺方法在70年代未能在生产中推广应用，常规手工电弧焊的应用比例平均达到85%，埋弧焊的应用比例仅为13%，其它高效焊接应用比例之和约为2%。80年代初期，我国的船舶工业遇上了建造出口船的机遇，所建造的船舶产品进入了国际船舶市场，建造出口船舶必须按照国际规范要求建造，一些传统的工艺技术不能满足国际船舶的要求，其中主要矛盾是焊接工艺和焊接生产效率明显落后于生产发展。出现了大量的分段装配后焊接跟不上，形成卡脖子的局面，为了尽快改变这一被动局面，当时刚成立不久的中国船工业总公司作出了重要决定，成立了船舶工业总公司高效焊接技术指导组，制定了
10、大力发展高效焊接技术、更新焊接设备的方针。在全国的船舶系统内向船厂全面推广应用高效铁粉焊条、下行焊条、重力焊条、半自动CO2气体保护，气保护垂直自动焊，各种衬垫单面焊等高效焊接工艺，淘汰旋转式直流焊机，推广应用节能型焊接设备，提高造船焊接技术的水平和生产效率，降低焊接电能消耗，缩短造船周期，增加了企业经济效益。十多年来，在上级领导和各船厂企业人员的共同努力下，船舶焊接技术获得了飞跃发展，在缩短造船周期、降低生产成本、提高产品质量、扩大造船总量等方面做出了突出的贡献，出现了一批具有代表性的江南型、沪东型、大连型产品，船舶出口获得各国船东的好评，取得了较好的经济效益，同时也逐步形成了船舶工业的一个
11、新的经济增长点。1.2 船舶结构船舶结构随着船舶类型的不同而不同，对于钢结构船舶来说，全船结构分为主船体和上层建筑两部分。主船体是由船舶外板和连续的上甲板包围起来的水密空心结构。主船体部分有船首部、中部、尾部组成。每一部分都是由船底、舷侧、上甲板形成水密的空心结构。7在主船体空心结构内部又用水平的与垂直的隔壁分隔成许多舱室。其中，首尾贯通的水平隔壁称下甲板，垂直的隔壁称为舱壁。安装在船宽方向的舱壁称为横舱壁，安装在船长方向的舱壁称为纵舱壁。为了加强船体首尾端结构，在首尾端设置有首尾柱。上层建筑是指上甲板以上的各种围壁建筑物，上层建筑部分有首楼、桥楼、尾楼、甲板室及各种围壁建筑。1.3 铝合金简
12、介以铝为基的合金总称。对铝进行合金化，铝合金保持了纯铝的基本物化性能。如相对密度小、导电、导热、耐蚀性好等，且强度有了大幅度上升。 纯铝的密度小（=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们常加入的主要合金元素有铜、镁、硅、锌、锰、锂，辅加的微量元素有钛、钒、硼、镍、铬、稀土金属等，杂质元素有铁等合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度。这
13、样使得其胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上.不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同的作用。主要合金元素在铝中的极限溶解度见表1：表 1 主要合金元素在铝中的极限溶解度 w元素 Z Mg Cu Li Mn Si Cr V Cl Ti Zr Ca 82.2 17.4 5.6 4.2 1.82 1.65 0.72 0.6 0.47 1.15 0.28 0.1铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材
14、，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，铝合金冷变形和热处理后，抗拉强度可达500-600Mpa，相当于低合金钢，广泛应用于结构材料，使用量仅次于钢。在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多。 1.4 铝及铝合金的分类8铝合金按加工方式分为两大类，即变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金的分类通常采用三种分法。一是按合金的性能和用途分为：抗腐蚀铝合金、可焊铝合金、高强铝合金（硬铝）、超高强铝合金（超硬铝）、锻造铝合金及特殊铝合金；二是按热处理特点分为：热处理不强化铝合金（1000、3000、5000系列以及40
15、00系列的大部分）和热处理强化铝合金（2000、6000和7000系列）；三是按合金主要成分分为：工业纯铝（1000系列）、Al-Cu系（2000系列）、Al-Mn系（3000系列）、Al-Si系（4000系列）、Al-Mg系（5000系列）、Al-Mg-Si系（6000系列）、Al-Zn-Mg系（7000系列）及Al-其他元素（8000系列）。综合考虑铝合金强度、挤出性能、焊接性能等各种因素，渡河装备中应用的铝合金将主要是6000系列和7000系列。6000系列合金含有与形成Mg2Si的比例近似的镁与硅，从而使本系合金成为热处理强化铝合金。本系中的最主要合金是6061，它是最常用的热处理强化
16、铝合金之一。尽管该合金的强度比2000系列和7000系列中的大多数合金的低，但含Mg2Si合金具有良好的成形性，并且具有中等强度。7000系列合金中锌是主要合金元素，加入少量镁时，就形成了强度最高的热处理强化铝合金。不含铜的Al-Zn-Mg系合金的主要特点是焊接性能优良，具有良好的自淬火效应，适于制造焊接后不需要热处理的大型零部件。但是，镁和锌的含量如在6以上，自淬火效应即消失，对应力腐蚀的敏感性大。就目前我国的铝合金挤压生产能力，6000系列合金有较好的挤出性能，它能挤出复杂及封闭的截面形式，这在重型渡河装备承载甲板的应用上是很受欢迎的。7000系列合金因其较高的挤压比而不能挤出封闭截面，这
17、样势必增加焊接量，对承载甲板的受力和加工都不利。所以，承载甲板适合采用具有良好挤出性能的6000系列合金，而7000系列合金可用于其他部位。这就涉及到6000系列合金、7000系列合金以及两个系列合金之间的焊接问题，焊接质量的高低将直接影响重型渡河装备的承载能力，所以有必要对铝合金的焊接特性进行深入研究。1.5 铝合金焊接特性随着可焊系列铝合金材料的发展，国内外铝合金船体及上层建筑已广泛采用焊接结构，船用铝合金的焊接技术是我国现代造船业发展的关键技术之一。与钢铁材料相比，由于铝合金具有独特的物理化学性能，因此在焊接过程中存在以下特点：1、强的氧化能力 铝和氧的亲和力很大，在空气中铝容易与氧结合
18、生成紧密结实的Al2O3薄膜（厚度约0.1 m）。这层薄膜的熔点高达2050，远远超过铝合金的熔点，密度3.954.10kg/m3，约为铝的1.4倍，在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍基体金属的熔化及彼此之间的良好结合，并易造成夹渣。而且氧9化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝形成气孔等缺陷，从而降低了焊接接头的力学性能。因此，为保证焊接质量和良好的焊接接头性能，焊前必须严格清理焊件表面的Al2O3薄膜，并在焊接过程中防止熔池继续受到氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护。这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。2、高的热导率和导电性 铝及铝合金的热导率、比热容、熔化潜热等都很大，热导率为225
19、.3【W/（mK）】，约比钢大1倍多。在焊接过程中，大量的热能被迅速传到基体金属内部，因此焊接铝及铝合金时比钢要消耗更多的热量。为了达到高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源，有时需采取预热等工艺措施。3、热裂纹倾向性大 铝的线膨胀系数为23.510-8/，约为钢的两倍，凝固时的体积收缩率达6.56.6，因此焊接某些铝合金时，往往由于过大的收缩内应力而产生热裂纹。这是铝合金，尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。生产中常采用调整焊丝成分的方法防止裂纹的产生，采用合理的焊接工艺对于防止热裂纹的产生也是有利的和必须的。4、容易形成气孔 焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时易产生的另一
20、个常见的缺陷。氢是熔焊时产生气孔的主要原因。铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体，高温下溶入的大量氢气，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。弧柱气氛中的水份、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水份都是焊缝中氢的主要来源。因此，焊接前必须严格清理，并合理选择焊接工艺防止气孔的产生。5、高温下的强度和塑性低 在高温下铝的强度和塑性很低，以致不能支承住液体金属而使焊缝成形不良，甚至形成塌陷（或烧穿）缺陷。因此，一般情况下需要用夹具和垫板。6、合金元素的蒸发和烧损 某些铝合金中含有低沸点的合金元素如镁、锌等，这些元素在高温火焰或电弧的作用下极易蒸发、烧损，从而改变了焊缝金属的化学成分，同
21、时也降低了焊接接头的性能。7、焊接热对基体金属的影响 焊接可热处理强化的铝合金时，由于焊接热的影响，会使基体金属近缝区某些部位的力学性能下降。对于冷作硬化的合金也是如此，使接头性能弱化，并且焊接线能量越大，性能降低的程度也愈严重。8、无色泽变化 铝及铝合金从固态变成液态时，无明显的颜色变化，因此在焊接过程中给操作者带来不少困难。总之，传统的熔焊方法（如火焰、电弧、等离子体弧等）热源发散，功率密度较低，焊接速度低，热输入量大，导致热影响区宽、焊缝晶粒粗、接头性10能差、焊接变形量大。由于铝合金的这些特殊的焊接特性，需要与之适用的先进的焊接方法。第二章 铝合金 5083性能及焊接特点2.1 铝合金
22、5083的性能2.1.1、物理性能5083物理性能，主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.在常规工业中应用也较为广泛。在我国5000系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一，见表2；表 2 5083铝合金物理性能熔点t/电阻率/nm线膨胀系数a/m/ (m k)导热系数/W/m k密度/g/m574 59.5 26.0 120 2.662.1.2、力学性能5083铝合金力学性能见表3；表 3 5083铝合金力学性能性能指标 抗拉强度b (MPa)条件屈服强度0.2 (MPa)伸长率10 (%)伸长率5 (%) 试样尺寸性能指数 270 110 20 12 所有壁厚2.1.3、化学成分5083铝合金化学成分见表4；表 4 5083铝合金化学成分化学成分（质量分数）Al Si Cu Mg Zn Mn Ti Cr Fe余量 0.40 0.10 4.04.9 0.25 0.401.0 0.15 0.050.25 0.000 0.4002.2 铝合金5083的焊接性
