淺談鋁鋼復(fù)合過渡接頭在廈大科考船的應(yīng)用

蔣業(yè)宏 肖錦強(qiáng)

（廣船國際總裝二部）

淺談鋁鋼復(fù)合過渡接頭在廈大科考船的應(yīng)用

蔣業(yè)宏 肖錦強(qiáng)

（廣船國際總裝二部）

本文主要介紹了鋁鋼復(fù)合過渡接頭在實(shí)船上的應(yīng)用，分別從鋁鋼復(fù)合過渡接頭的結(jié)構(gòu)組成、安裝工藝及現(xiàn)場施工質(zhì)量控制三個方面進(jìn)行闡述，該技術(shù)的應(yīng)用解決了鋁鋼混合船舶中鋁合金與船用結(jié)構(gòu)鋼之間的連接問題，為后續(xù)公司建造類似的鋁合金上建、鋼質(zhì)主體船舶提供一定的經(jīng)驗(yàn)參考。

鋁鋼復(fù)合過渡接頭 結(jié)構(gòu)組成 安裝工藝 現(xiàn)場施工

0 前言

2016年5月8日廣船國際建造的廈大科考船成功下水，該船系鋁合金上建、鋼質(zhì)主船體船舶，下水前要完成鋁合金上層建筑和鋼質(zhì)主船體間的焊接連接，據(jù)了解當(dāng)前世界上尚未研發(fā)出一種可以焊接鋁合金和船用鋼板的復(fù)合焊材，因此如何進(jìn)行這兩種不同材料間的連接是該船存在的一個工藝技術(shù)難點(diǎn)，最終采用了鋁鋼復(fù)合過渡接頭解決了上述的連接技術(shù)難題。

1 鋁鋼復(fù)合過渡接頭的結(jié)構(gòu)組成

廈大科考船的鋁合金上建和鋼質(zhì)主船體之間采用了鋁鋼復(fù)合過渡接頭實(shí)現(xiàn)了兩種不同材料間的有效焊接。鋁鋼復(fù)合過渡接頭是采用爆炸焊接方法制造的復(fù)合板，通過鋸、刨、銑、水切割等冷加工方法加工成條形。接頭是由三層金屬材料組成，復(fù)層是鋁合金，中間層是純鋁，基層是船用結(jié)構(gòu)鋼，見圖1。

圖1 鋁鋼過渡接頭結(jié)構(gòu)組成圖及實(shí)物圖

2 鋁鋼復(fù)合過渡接頭的安裝工藝

鋁鋼復(fù)合過渡接頭由三層不同材質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，基層和船用結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行焊接，復(fù)合層和鋁合金板進(jìn)行焊接，中間層起過渡連接作用。過渡接頭的基層面直接和鋼質(zhì)主船體甲板進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的橫焊，過渡接頭的復(fù)層鋁合金面直接和鋁合金上建進(jìn)行氬弧焊橫焊。鋁鋼復(fù)合過渡接頭因其同時需和鋁合金上建和船用結(jié)構(gòu)鋼甲板進(jìn)行焊接，所以焊接過程需同時滿足鋁合金氬弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝要求。不同材料的焊接要采用不同的焊接設(shè)備及焊接參數(shù)，以保證焊接質(zhì)量。焊接前需認(rèn)真做好結(jié)構(gòu)劃線、裝配定位、打磨除銹等準(zhǔn)備工作,焊接過程中嚴(yán)格控制好焊接的電壓、電流、焊接速度等工藝參數(shù)，以保證焊縫的質(zhì)量。

3 鋁鋼復(fù)合過渡接頭現(xiàn)場安裝質(zhì)量控制

3.1 鋁鋼復(fù)合過渡接頭現(xiàn)場安裝基本作業(yè)流程

鋁鋼復(fù)合過渡接頭在鋁合金上建和鋼質(zhì)主船體間起到一個過渡連接的作用，解決了兩種不同材質(zhì)間的有效焊接問題。根據(jù)公司的現(xiàn)代造船模式，為了有效控制整船的制作周期，該船的鋁合金上建作為一個大分段在平臺架上進(jìn)行預(yù)制作及舾裝工作，鋼質(zhì)主船體則在2#船臺生產(chǎn)線上進(jìn)行同步的有序搭載總組。鋼質(zhì)主船體焊接完成后，施工課根據(jù)鋁合金上建的生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖，在主甲板上準(zhǔn)確繪畫出鋁鋼復(fù)合過渡接頭的定位線,打好標(biāo)記。然后進(jìn)行主甲板打磨除銹,將鋁鋼復(fù)合過渡接頭分中，在主甲板上進(jìn)行點(diǎn)焊定位，鋁合金上建修平底部后再吊裝上主船體甲板過渡接頭的上方進(jìn)行定位、裝配、焊接，完成整個過渡接頭的安裝工作?；咀鳂I(yè)流程見圖2。

圖2 過渡接頭安裝基本流程圖

3.2 主甲板上過渡接頭的定位線精度控制

過渡接頭的定位線現(xiàn)場畫線作業(yè)主要是以該船的鋼質(zhì)主甲板結(jié)構(gòu)圖及鋁合金上建結(jié)構(gòu)圖的尺寸為依據(jù)，再利用TRIBON建模軟件調(diào)出上建2A1分段結(jié)構(gòu)的立體模型，進(jìn)行剖面視圖，在二維視圖里標(biāo)出了肋位線，距仲線，同時以肋位和中線為基礎(chǔ)標(biāo)出各船體結(jié)構(gòu)壁板的距肋及距中尺寸，關(guān)鍵位置標(biāo)出具體三維坐標(biāo)，以此繪畫成線作為過渡接頭的定位線。所需繪畫的定位線及尺寸見圖3。

現(xiàn)場畫線時首先用拉線法畫出過渡接頭的橫向定位線，以船體中心線為基準(zhǔn)。在主甲板上用白色粉筆涂出船體中線主梁的反面結(jié)構(gòu)中線，拉線法畫出一條長直線，再測量出每一個肋位，做好相應(yīng)的標(biāo)記，作為船體中線。以此中心線為標(biāo)準(zhǔn)，艏艉方面的距離以肋位為基準(zhǔn)測量其距肋的尺寸并繪制成線，距仲方向則只需測量該上建結(jié)構(gòu)距中心線的距離就可以繪制成線。利用同一原理，在主甲板上畫出了上建所有與過渡接頭接觸船體結(jié)構(gòu)的定位線，不間距地打好嘜頭標(biāo)記并利用對角線長度來再次校核所畫直線的精度。

3.3 過渡接頭在主甲板上的定位點(diǎn)焊質(zhì)量控制

在主船體鋼板面畫出過渡接頭的定位線后，在每一塊過渡接頭的兩個面上分別用劃針劃出兩條中心線，不間距地打好小嘜頭標(biāo)記，作為日后過渡接頭的定位及鋁合金上建的定位基準(zhǔn)線。過渡接頭使用電動砂輪切割機(jī)切割成段，使用電動砂輪打磨機(jī)進(jìn)行修磨平整。在主船體鋼板面上定位前，需同時對主甲板的鋼板面及過渡接頭的基層鋼質(zhì)面進(jìn)行打磨除銹工作，除銹完畢后，快速地將過渡接頭基面上的中心線對準(zhǔn)主甲板鋼板上已畫好的定位線，進(jìn)行兩線的重合定位，只要保證兩條中心線重合在一起即可準(zhǔn)確完成過渡接頭的定位工作。過渡接頭定位工作完成后，及時地在過渡接頭與主船體鋼質(zhì)甲板面上進(jìn)行間斷的點(diǎn)焊固定，防止過渡接頭移動。過渡接頭定位過程中重點(diǎn)保證每塊過渡接頭間的裝配間隙，保證過渡接頭基面與甲板面的間隙，要求控制在5毫米內(nèi)，所有切割后的毛刺部位均要重點(diǎn)進(jìn)行修磨光順，以保證日后的焊接質(zhì)量。

圖3 過渡接頭定位線尺寸圖

3.4 鋁合金上建底部的修平吊裝精度控制

鋁合金上建在平臺架上按分段結(jié)構(gòu)圖制作總組時，關(guān)鍵是要控制好每層的層高精度及做好防止鋁合金房間壁板變形的措施。由于鋁合金材料相比普通船用鋼板的韌性較好，受力后更容易產(chǎn)生變形，因此在距甲板壁板上約200 mm的位置均貼裝臨時加強(qiáng)用鋁質(zhì)槽鋼，采用間斷焊進(jìn)行臨時的固定，以便日后鋁合金船體壁板焊接成型后方便拆除。鋁合金上建總段在吊裝上主船體鋼質(zhì)甲板面前，重點(diǎn)測量了上層2A1分段甲板到房間底部位置的層高，高度誤差控制在3 mm內(nèi)。施工現(xiàn)場利用拉尺直接分間距地測量理論層高，在壁板上打好嘜頭標(biāo)記，然后多點(diǎn)繪制成直線，再利用電動金屬切割機(jī)對鋁合金壁板進(jìn)行切割修平。修割完后再進(jìn)行打磨、除掉毛刺作業(yè)。鋁合金上建總段因重量較大，因此整體吊裝前還必須完成整體橫向及縱向的結(jié)構(gòu)臨時加強(qiáng)，以防止上建在吊裝中發(fā)生變形。鋁合金上建總段吊裝上主船體鋼質(zhì)甲板時，正對過渡接頭的中心線，根據(jù)上建分段的具體三維坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，再與過渡接頭復(fù)層鋁合金面鋁焊點(diǎn)焊固定。

3.5 過渡接頭與鋁合金及船體鋼板的焊接質(zhì)量控制

鋁合金上建吊裝上船準(zhǔn)確定位后，施工現(xiàn)場需重點(diǎn)控制好過渡接頭基層和復(fù)層兩個不同材質(zhì)面的焊接質(zhì)量。過渡接頭基層底部與鋼質(zhì)主甲板焊接前，重點(diǎn)對焊接部位的鋼質(zhì)表面用風(fēng)動砂輪打磨機(jī)進(jìn)行打磨除銹作業(yè)，利用二氧化碳半自動焊進(jìn)行該位置的焊接作業(yè)，作業(yè)前按工藝要求調(diào)整好焊接電壓及電流，在過渡接頭基層兩邊安排兩位電焊工進(jìn)行對稱焊，兩邊焊接成型，焊接過程中控制好焊接的速度，以保證焊接質(zhì)量。過渡接頭復(fù)層上部與鋁合金壁板在焊接前使用電動砂輪機(jī)進(jìn)行兩邊的打磨，除去鋁合金表面的氧化膜，直至鋁合金表面打磨得反光。因?yàn)殇X合金表面接觸空氣后非常容易快速地形成氧化膜，因此每次打磨的鋁合金面的長度不能過長，通?？刂圃?米長度范圍內(nèi)，打磨完成后立即調(diào)節(jié)好氬弧焊的電壓及電流，安排兩位電焊工進(jìn)行對稱焊，兩邊焊接成型，同時控制好焊接的速度，以保持焊接的質(zhì)量。圖4為施工現(xiàn)場過渡接頭的定位及焊接照片。

圖4 過渡接頭定位、焊接現(xiàn)場效果圖

4 結(jié)束語

鋁鋼復(fù)合過渡接頭通過在船上進(jìn)行畫線定位，焊接成型，很好地解決了鋁合金上建和鋼質(zhì)主船體兩種不同材料間的焊接問題，為后續(xù)公司再建類似的鋁鋼混合船舶提供成功的參考經(jīng)驗(yàn)。

[1] 鋁合金-鋁-鋼(不銹鋼)復(fù)合過渡接頭規(guī)范，CB 20091-2012。

[2] 船用鋁合金焊接接頭質(zhì)量要求，CB/T3747-2013。

[3] 鋁合金船體氬弧焊接工藝流程，CB/Z258-2013。

[4] CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝規(guī)范，Q/GSIJ 0404005-2015。

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.04.008

2016-5-23）

蔣業(yè)宏（1982--），男，工程師，船舶建造。

肖錦強(qiáng)（1981--），男，工程師，船舶建造。