應(yīng)用于船舶領(lǐng)域的5083鋁板界面波的形成機(jī)理

應(yīng)用于船舶領(lǐng)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(fù)合界面區(qū)域的組織形貌和特征,及耐腐蝕性能等,針對(duì)目前船舶結(jié)構(gòu)建造采用的鋁-鋼過渡接頭存在的問題,對(duì)高性能新型復(fù)合過渡接頭的材料組合及性能進(jìn)行了探索。 5083鋁板、鋼之間采用鋁-鋼復(fù)合過渡接頭通過焊接方法實(shí)現(xiàn)連接,可以顯著提高連接部位的結(jié)合性能、耐腐蝕性,改善勞動(dòng)條件等。然而,焊接熱循環(huán)對(duì)復(fù)合界面的顯微組織特征及結(jié)合性能會(huì)產(chǎn)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(jìn)行鋁-鋼復(fù)合過渡接頭與5083鋁板板材、鋼板之間的焊接,通過正交設(shè)計(jì)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(duì)過渡接頭復(fù)合界面顯微組織和結(jié)合性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著5083鋁板TIG焊、鋼的MAG焊的焊接電流的增大,復(fù)合板復(fù)合界面剪切強(qiáng)度和厚度方向的拉脫強(qiáng)度均逐漸降低,而5083鋁板 爆炸焊接方法能夠?qū)⒋竺娣e的同種或異種金屬板材在瞬間內(nèi)實(shí)現(xiàn)牢固的結(jié)合,為節(jié)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(xué)和力學(xué)性能提供了獨(dú)特的連接方法,因而得到了工業(yè)界的青睞。

MIG焊焊接電流的變化對(duì)復(fù)合板性能的影響不明顯。三種工藝方法對(duì)復(fù)合板性能由主到次的影響順序?yàn)?5083鋁板TIG焊鋼MAG焊5083鋁板MIG焊。 焊接過程中復(fù)合界面溫度場(chǎng),尤其是峰值溫度的測(cè)定,及焊后過渡接頭界面結(jié)合性能的測(cè)試結(jié)果表明,欲滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋁-鋼過渡接頭性能的要求,焊接熱循環(huán)在復(fù)合界面產(chǎn)生的溫度應(yīng)不超過300℃。此時(shí),復(fù)合界面兩側(cè)金相組織未觀察到明顯的變化。導(dǎo)致焊后復(fù)合板性能下降的主要原因是:焊接熱循環(huán)使復(fù)合界面兩側(cè)在中間層形成的多種熔合體和變形組織發(fā)生了改變,界面區(qū)域存在的微小裂紋在焊接熱及其產(chǎn)生的應(yīng)力作用下得到擴(kuò)展和增殖,應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生了變化。 腐蝕電位測(cè)定結(jié)果顯示,過渡接頭復(fù)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(yáng)極易于被腐蝕,而CCSB鋼板則受到保護(hù)。海洋大氣中,過渡接頭鋼基層腐蝕嚴(yán)重,而鋁復(fù)層腐蝕則不明顯,這是因?yàn)楹Ｑ蟠髿鈼l件下,

沒有穩(wěn)定的電解質(zhì)導(dǎo)體,材料自身耐腐蝕性占主導(dǎo)地位。而潮差條件下,試樣有一段時(shí)間浸沒于海水中,海水充當(dāng)了穩(wěn)定的導(dǎo)體,腐蝕電池的作用得到充分發(fā)揮,因此,鋼板腐蝕較輕,而鋁復(fù)層和中間層則被嚴(yán)重腐蝕。涂層保護(hù)的過渡接頭均沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,說明涂層保護(hù)是過渡接頭在艦船上應(yīng)用不可缺少的防腐蝕手段。 針對(duì)純鋁和純鈦與鋼爆炸復(fù)合界面上均易形成脆性的金屬間化合物,此類化合物對(duì)過渡接頭復(fù)合界面的結(jié)合性能,包括焊接性能均具有不良的影響,本研究對(duì)鋁-鋼過渡接頭5083鋁板復(fù)層與鋼基層之間過渡層的選材從金屬學(xué)角度進(jìn)行了分析,并對(duì)鋁-鈦-鎳-鋼復(fù)合板的力學(xué)性能進(jìn)行了考核。結(jié)果顯示,新型爆炸復(fù)合過渡接頭厚度方向的拉伸強(qiáng)度和復(fù)合界面的剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)高于目前國(guó)內(nèi)外船舶結(jié)構(gòu)建造應(yīng)用的鋁-鋁-鋼和鋁-鈦-鋼過渡接頭。此種新型的高性能鋁-鋼復(fù)合過渡接頭為大中型船舶5083鋁板、鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接提供了新的發(fā)展思路。