铝合金管在船舶中的应用与发展

陈琳

摘要：随着新型铝合金管材料的研发技术的不断发展，铝合金管材料开始在船舶中的应用逐步增多。铝合金管因为其密度小，力学性能较好以及加工工艺性能好，易于焊接、耐低温等许多优点，特别适用于制造船舶上的诸多零部件。本文从评估铝合金管的自身特性出发，研究其焊接工艺要求，分析船舶上使用是铝合金管材料的三类结构，为以后此类材料的焊接工艺提供高效的焊接方法，并拓展其应用空间。

关键词：铝合金管；船舶；铝合金管焊接技术；

中图分类号： TG146. 21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（c）-0000-00

前言：铝和铝合金具有良好的耐腐蚀性，导电性等，其理化特性决定可以广泛的应用于航天航空、石油化工和船舶制造等领域，对这些行业的发展进步作出了巨大贡献。但是铝自身由于密度小，强度高，在焊接工艺中存在氧化、气孔和烧穿等问题。本文从其焊接工艺出发，研究改进其焊接，以更好的运用于船舶制造，拓展其利用空间，加深其利用价值。

1、铝及铝合金管制品的理化性质及焊接注意的性能

铝这种材料具有密度小，矿产资源丰富，价格较为适中，易于加工，强度较高，没有磁性，可焊接特别是具有优良的摩擦搅拌焊接（ FSW） 的性能，同时铝制材料抗腐蚀性较强，无低温易脆性，在低温下铝合金管的强度与塑性（伸长率、压缩性、韧性）均有着随着温度的降低而均衡上升的现象，其可以在- 200℃以下或更低的温度下工作，并且不易出现变形，铝合金管的高温性能尚可，虽不能在180℃以上长期工作，但仍然可以满足船舶上的材料需求，可回收性较好等，因而铝合金管很适用于制造船舶的一些部件。为了减轻船舶的质量，增大船舶的载重量，铝合金管质材料是很好的制造船体、上层建筑及其他仪器设备的首选材料。铝合金管在船舶上的应用和发展在不断的加深，技术要求也不断提高，但是铝在焊接过程中出现的问题在一定程度上制约了其发展，导致其应用受限。本文分析其焊接工艺中也出现的一些问题，下文进行了研究和分析。

1.1 铝制材料氧化性能极强，易氧化：在常温条件下，铝的表面就覆盖着一层致密的保护膜，是被氧化的氧化铝薄膜，能防止铝制品的持续被氧化，还对内部的铝材料有很强的保护作用。从熔点上来看，铝的熔点为600℃，而氧化铝却达到了2050℃，因此在焊接铝合金管的过程中，这层氧化铝薄膜会阻碍金属之间的溶合，在有空气进入的时候，会出现气孔，是铝合金管的焊接出现焊接不稳、不牢固的情况。

1.2 铝合金管在焊接过程中易形成气孔：从化学原理来看，氢能大量的溶于液态铝，而几乎不溶于固态的铝合金管材料，因此在焊接结束时，液态铝中的氢会大量析出，在焊接表面形成气泡；并且铝合金管在焊接时，因铝的导热性强，冷凝速度快，会由于析出的气泡而造成焊接时易产生气孔，既造成了焊接表面不美观，也大大降低了焊接的成功率。

1.3 铝合金管等材料具有较大的导热系数和比热容：在导热系数上可以看出，铝制品的导热系数比铝稍微较低，但铝的导热系数是钢的4倍，因此在焊接过程中，铝合金管需要更高的温度和能量，有时也可采用预热等工艺措施。需要选择功率更大的热源和在焊接工具的选择上也要求更为严格。

1.4 铝合金管在焊接过程中易烧穿和塌陷：铝合金管在超高温焊接时，在其有液态变成固态时，没有明显的颜色和其他的指示性变化，因此，对溶化池的温度很难判断，也不易掌握熔化温度，因此现实中会经常出现焊接时，因对铝合金管温度的判断不准，过高导致铝合金管材料的烧穿或严重塌陷，对铝合金管也是一种浪费和消耗。

1.5 铝合金管在焊制过程中易形成热裂纹现象：铝的线性膨胀系数和结晶收缩率相对于钢大约是它的一倍，因此高温焊机过程中易产生较大的焊接变形和应力，导致裂纹产生。

1.6 铝合金管材料元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。铝合金管材料较多，每种材料的熔点等不相同，在焊接过程中，母材基体金属若变形强化或固化时效强化时，焊接时的热量会使热影响到的区域的强度下降，对焊接性能减低。

对以上铝合金管材质等特征，焊接时，从铝合金管坡口设计制备、焊接口的清理、焊制材料的选择上、焊接方法的使用等都需要綜合性的考虑。

2、铝合金管的焊接工艺要求

2.1 在焊接材料上的选择。原则上，焊丝应选择与铝合金管材质相同或相近的焊丝材料，并且经过去污过氧化膜处理。氩弧焊接时，氩气的纯度应该达到>99.95%。2.2 对铝合金管焊接后的敲打融合上工具的选择。铝管的机械强度较低，表面容易受损，因此不能在水泥地面或者铁台上操作，也不能有铁锤进行敲击，应该在木质台面上或垫有胶皮的平台上组对，用木锤找正。2.3 因铝合金管应用于船舶建造上，其使用性能特殊，故在焊接时应选择有经验的焊工进行施工操作，并且对焊接的工艺数据等进行严格的控制。2.4 焊接时采用大电流，快速焊。由于在焊接过程中用大电流，快速焊，焊透焊缝、熔化金属受热时间短，吸收气体的机会少，收弧时注意填满弧坑；停弧后，要延迟停气6 s。2.5 焊前要预热。由于铝的导热系数大，热量传导快，如果不预热，铝在焊接中容易吸收气体产生气孔，同时作为填充金属的焊丝熔化很快，铝管本身熔化很慢，二者之间结合很不好，通过预热，可以降低焊接接头的冷却速度，使焊缝中的气体有足够的时间逸出。预热温度为250-350℃，可采用火焰预热。

3、铝合金管在船舶中的应用与发展

由于铝自身的特性和其焊接工艺的不断改进，在船舶升级发展中，铝合金广泛应用在船舶中，大体上可以分为三类。1，一类结构。一类机构指的是结构件主要以强度为主要因素。比如大型船舶的甲板室、船体、导弹发射筒等。2013年美国下水的航空母舰“福特舰”其发射轨道就是铝合金结构。2，二类结构。二类结构相对一类机构而言，是指受力较小的结构，比如油箱、水箱、门窗、盖、卫生设施、挡风板等等，这些物件多用合金材料制造而成，广泛应用在船舰制造中。3，三类结构。三类结构不同于一二类结构，不以强度为主要因素，而是多为功能材料，用于制造船舱内部装饰和隔热，隔声的材料，并且可以抗腐蚀。例如泡沫铝板广泛应用在潜艇发动机室作为隔声材料。而且铝板表面还可以做扎花、印刷等深加工，作为船舰的内部装饰，也可以作为门窗，既增加美观性，又增加实用性。

铝和铝合金管在船舶中的应用主要分为此三类结构，其应用具有广泛的历史和扩大的市场，随着船舶技术的发展，其应用也逐渐延伸和深入，采用铝材料制成的船舰内部材料具有耐用性和持久性，可以促进船舰性能的提高。

结束语：通过对铝及铝合金管制品的理化性质及焊接工艺的了解，分析了铝合金管在焊接过程中应注意的要素，对焊接过程中的各种影响因素进行严格的控制，就会有效的避免焊接中各种误差的发生，能有效的提高焊接质量和焊接效率。因此在船舶建造中，对铝合金管的应用和发展都应关注其的焊接工艺，铝合金管的焊接工艺的提升，能够加强它在船舶上的使用分量，可以更好的发挥其作用。拓宽其应用的范围和空间，使之未来的发展更具前景和市场。

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