本發(fā)明涉及一種焊接方法，尤其是涉及一種利用超薄鋁鋼復(fù)合過渡接頭搭接焊的方法。

背景技術(shù)：

金屬材料提供的功能可以分為結(jié)構(gòu)性、熱膨脹性、熱機械應(yīng)力控制、磁性、耐腐蝕、連接等等，而不同金屬材料組合的接頭不斷發(fā)展的需求是因為相對于兩層或多層金屬材料接頭而言，一種金屬材料只能提供一種化學、物理和力學特性，而且使用輕質(zhì)金屬材料直接復(fù)合在強度大的金屬材料上可以節(jié)省相當大的重量。鑒于以上原因，高速船舶的發(fā)展需要鋁-鋼復(fù)合過渡接頭來連接鋁質(zhì)上層建筑和鋼質(zhì)船體。由于對高速船體進一步輕量化的需求，出現(xiàn)了對總厚度為10mm左右的超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭的需求，其厚度遠遠低于CB/T1343-98《鋁-鋼過渡接頭規(guī)范》要求的鋁-鋼復(fù)合過渡接頭產(chǎn)品厚度不得小于22mm的要求，是國內(nèi)外最輕薄的船用過渡接頭。鋁-鋼復(fù)合過渡接頭是由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、板形、圓形或其他形狀。鋁-鋼復(fù)合過渡接頭是由鋁合金、鋁或鈦、鋼或不銹鋼三種不同金屬材料復(fù)合而成，其中鋁或鈦為中間層，由于鋁和鐵之間的溶解度很低，相互熔合時還會形成Fe_XAl_Y多種金屬間脆化相，鋁-鋼復(fù)合過渡接頭作為艦船鋁上層建筑與鋼質(zhì)船體之間過渡連接接頭應(yīng)用時，這些金屬間相在焊接應(yīng)力的作用下，尤其是根據(jù)實際施焊要求在進行超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭之間的搭接連接（連接方式見圖1）時極易出現(xiàn)鋁和鐵相互熔合的情況，極易造成鋁-鋼界面剝離。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決上述技術(shù)問題的在采用超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭進行搭接焊接過程中，由于超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭厚度極薄的特點，在采用現(xiàn)有方法進行焊接時容易造成超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭中鋁-鋼界面剝離的問題，提供一種利用超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭搭接焊的方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題的不足，所采用的技術(shù)方案是：

一種利用超薄鋁鋼復(fù)合過渡接頭搭接焊的方法，包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)設(shè)計要求確定待搭接的鋼連接板、鋁連接板和焊接位置，使用超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭，選定半自動熔化極氣體保護焊的焊接方法，確定該焊接方法的焊接工藝參數(shù)；

步驟二、焊前對步驟一中確定待焊部位以及焊接部位兩側(cè)不小于50mm的范圍內(nèi)進行表面清理；

步驟三、根據(jù)步驟一中確定的焊接參數(shù)，采用平角焊和先焊鋁后焊鋼的方法進行焊接，采用先焊鋁后焊鋼一方面可以避免因去除鋼側(cè)氧化層、鋼側(cè)焊縫局部修整等過程中擦拭坡口時的殘留物和打磨時殘留的磨粒污染鋁側(cè)焊接區(qū)域，該類殘留物會造成鋁側(cè)焊接時產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷；另一方面鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約是鐵的3倍，先焊鋁時有利于鋁-鋼界面的散熱，降低焊接過程中鋁-鋼界面的峰值溫度，先焊鋁后焊鋼的方法為：先將鋁連接板和超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起，焊接時控制二分之一至四分之三的電弧偏向鋁連接板側(cè)，再將鋼連接板與超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起，焊接時控制二分之一至四分之三的電弧偏向鋼連接板側(cè)，鋼連接板與超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起后，焊接完成，其中鋁焊接時的保護氣體采用惰性氣體，鋼焊接時的保護氣體采用體積含量不低于50%的惰性氣體與二氧化碳的混合氣體；焊接過程中保持二分之一至四分之三的電弧偏向鋁連接板和鋼連接板側(cè)，以避免超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭界面處產(chǎn)生鋁、鐵互熔現(xiàn)象；

所述的步驟一中是參照CB/T3953-2002《鋁-鈦-鋼復(fù)合過渡接頭焊接技術(shù)條件》要求進行焊接工藝試驗，確定焊接工藝參數(shù)

所述的步驟二中采用不銹鋼制鋼絲刷配合丙酮溶液或者磨削加工中的任意一種方法對表面進行清理，清理后用擦拭布去除表面水分、灰塵、油污、氧化膜等雜質(zhì)和附著物。

所述的步驟三中無法進行平角焊時，即為根據(jù)現(xiàn)場施工位置或條件限制無法進行平角焊，可以采用橫焊、立焊或仰焊進行焊接，與平焊方式相比，采用橫焊焊接和立焊焊接時的焊接速度提高1%~10%，采用仰焊焊接時的焊接速度提高5%~10%，避免液態(tài)熔敷金屬溢出造成超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭界面處鋁、鐵互熔現(xiàn)象。

所述的步驟三中無法采用先焊鋁后焊鋼的方法進行焊接時，先采取措施保持鋁側(cè)焊接區(qū)域的清潔，以免鋁側(cè)焊接時產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷，再采用先焊鋼后焊鋁的方法進行焊接，即為：先將鋼連接板和超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起，焊接時控制二分之一至四分之三的電弧偏向鋼連接板側(cè)，再將鋁連接板與超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起，焊接時控制二分之一至四分之三的電弧偏向鋁連接板側(cè)。

所采取保持鋁側(cè)焊接區(qū)域清潔的措施為：在鋁側(cè)焊接區(qū)域表面涂防氧化涂料或在鋁側(cè)焊接區(qū)域加覆蓋物中的任意一種。

所覆蓋物為橡膠或者石棉布中的任意一種，也可以采用其他不會造成焊接區(qū)域污染的隔離用覆蓋物品，這兩種為常用材料。

所述的步驟三中所用的惰性氣體為氬氣。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明專利提出了先焊鋁后焊鋼的焊接方法，由于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約是鐵的3倍，先焊鋁時有利于鋁-鋼界面的散熱，降低焊接過程中鋁-鋼界面的峰值溫度，這樣就保證了連續(xù)焊接，同時不會造成超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭的鋁-鋼界面剝離，并且在鋼焊接時的保護氣體采用至少50%體積的惰性氣體和50%二氧化碳的混合氣體，一般采用80%氬氣+20%二氧化碳，大大降低了單一的二氧化碳氣體保護焊時造成的飛濺現(xiàn)象，減少了焊后清理工作量，與純氬氣相比，又在一定程度上降低了生產(chǎn)成本；焊接過程中電弧偏向鋁連接板和鋼連接板側(cè)，在保證設(shè)計要求的焊腳高度的前提下有效的避免了由于鋁、鐵互熔造成的焊縫脆化甚至開裂的現(xiàn)象，同時采用直角焊避免了液態(tài)熔敷金屬溢出造成超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭界面處鋁、鐵互熔現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中超薄鋁鋼復(fù)合過渡接頭搭接形式示意圖。

圖2為本發(fā)明中超薄鋁鋼復(fù)合過渡接頭焊接試板裝配及測溫位置示意圖。

圖3為本發(fā)明中圖2的側(cè)視圖。

具體實施方式

一種利用超薄鋁鋼復(fù)合過渡接頭搭接焊的方法，包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)設(shè)計要求確定待搭接的鋼連接板、鋁連接板和焊接位置，使用超薄鋁鋼復(fù)合過渡接頭，選定半自動熔化極氣體保護焊的焊接方法，確定該焊接方法的焊接工藝參數(shù)；

步驟二、焊前對步驟一中確定待焊部位以及焊接部位兩側(cè)不小于50mm的范圍內(nèi)進行表面清理；

步驟三、根據(jù)步驟一中確定的焊接參數(shù)，采用平角焊和先焊鋁后焊鋼的方法進行焊接，采用先焊鋁后焊鋼一方面可以避免因去除鋼側(cè)氧化層、鋼側(cè)焊縫局部修整等過程中擦拭坡口時的殘留物和打磨時殘留的磨粒污染鋁側(cè)焊接區(qū)域，該類殘留物會造成鋁側(cè)焊接時產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷；另一方面鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約是鐵的3倍，先焊鋁時有利于鋁-鋼界面的散熱，降低焊接過程中鋁-鋼界面的峰值溫度，先焊鋁后焊鋼的方法為：先將鋁連接板和超薄鋁鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起，焊接時控制二分之一至四分之三的電弧偏向鋁連接板側(cè)，再將鋼連接板與超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起，焊接時控制二分之一至四分之三的電弧偏向鋼連接板側(cè)，鋼連接板與超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起后，焊接完成，其中鋁焊接時的保護氣體采用惰性氣體，鋼焊接時的保護氣體采用體積含量不低于50%的惰性氣體與二氧化碳的混合氣體；焊接過程中保持二分之一至四分之三的電弧偏向鋁連接板和鋼連接板側(cè)，以避免鋁-鋼復(fù)合過渡接頭界面處鋁、鐵互熔現(xiàn)象；

所述的步驟一中是參照CB/T3953-2002《鋁-鈦-鋼復(fù)合過渡接頭焊接技術(shù)條件》要求進行焊接工藝試驗，確定焊接工藝參數(shù)

所述的步驟二中采用不銹鋼制鋼絲刷配合丙酮溶液或者磨削加工中的任意一種方法對表面進行清理，清理后用擦拭布去除表面水分、灰塵、油污、氧化膜等雜質(zhì)和附著物。

所述的步驟三中無法進行平角焊時，即為根據(jù)現(xiàn)場施工位置或條件限制無法進行平角焊，可以采用橫焊、立焊或仰焊進行焊接，與平焊方式相比，采用橫焊焊接和立焊焊接時的焊接速度提高1%~10%，采用仰焊焊接時的焊接速度提高5%~10%，避免液態(tài)熔敷金屬溢出造成超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭界面處鋁、鐵互熔現(xiàn)象。

所述的步驟三中無法采用先焊鋁后焊鋼的方法進行焊接時，先采取措施保持鋁側(cè)焊接區(qū)域的清潔，以免鋁側(cè)焊接時產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷，再采用先焊鋼后焊鋁的方法進行焊接，即為：先將鋼連接板和超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起，焊接時控制二分之一至四分之三的電弧偏向鋼連接板側(cè)，再將鋁連接板與超薄鋁鋼復(fù)合過渡接頭焊接在一起，焊接時控制二分之一至四分之三的電弧偏向鋁連接板側(cè)。

所采取保持鋁側(cè)焊接區(qū)域清潔的措施為：在鋁側(cè)焊接區(qū)域表面涂防氧化涂料或在鋁側(cè)焊接區(qū)域加覆蓋物中的任意一種。

所覆蓋物為橡膠或者石棉布中的任意一種，也可以采用其他不會造成焊接區(qū)域污染的隔離用覆蓋物品，這兩種為常用材料。

所述的步驟三中所用的惰性氣體為氬氣。

為驗證本發(fā)明中的方法的可實施性以及檢測焊接后產(chǎn)品的性能，采用如下實施例進行性能檢測：

實施例1：

以厚度為5mm的船體結(jié)構(gòu)鋼CCSB為基層，以厚度為2mm的純鋁1060為中間層，以厚度為3mm的鋁合金5083為復(fù)層采用爆炸焊接方法制造的超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭，鋸取的超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接工藝試驗用試板尺寸為（5+2+3）×20×400mm，數(shù)量為2塊。對焊接工藝試驗用鋁-鋼過渡接頭焊接試板鋁-鋼界面處鉆測溫孔，孔徑為3~4mm。焊前對待焊部位及兩側(cè)50mm范圍內(nèi)分別采用不銹鋼制鋼絲刷和丙酮進行表面清理，去除水分、灰塵、油污、氧化膜等雜質(zhì)和所有附著物。焊接過程中采用了先焊鋁，后焊鋼的焊接順序。鋁合金側(cè)搭接焊時鋁合金焊絲為ER5183，直徑為Ф1.2mm，鋼側(cè)搭接焊時鋼焊絲為H08Mn2SiA，直徑為Ф1.2mm，參照CB/T3953-2002《鋁-鈦-鋼過渡接頭焊接技術(shù)條件》的要求先進行了超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接工藝試驗，焊接工藝參數(shù)見表1。焊后在試板的中間位置（虛線區(qū)域內(nèi)）切取兩個拉伸試樣，測溫位置和拉伸取樣位如圖2所示。

表1 超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭搭接工藝

拉伸試驗采用600KN萬能拉伸試驗機進行試驗，夾持鋁連接板和鋼連接板端頭，對超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接結(jié)構(gòu)件進行拉伸性能檢測，檢測結(jié)果分別為334Mpa、323Mpa，兩個拉伸試樣的拉伸力均不低于船體結(jié)構(gòu)件中按標準規(guī)定的鋁合金5083最小抗拉強度所計算的較小拉力值。超薄鋁-鋼過渡接頭焊接整體結(jié)構(gòu)件經(jīng)拉伸試驗后，超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭的鋁-鋼界面完好，拉伸試樣的斷裂位置為鋁連接板。

在焊接過程中測量鋁-鋼界面的峰值溫度，保證焊接時鋁-鋼界面的溫度嚴格控制在300℃以下。結(jié)合實際施工的便利性，鋁合金之間的焊接采用了線能量較小的半自動熔化極氣體保護焊的焊接方法，其中鋁合金焊接時的保護氣體為純度為99.99%的氬氣，鋼焊接時的保護氣體為80%氬氣+20%二氧化碳，選用了相應(yīng)的焊接設(shè)備。根據(jù)焊接工藝試驗結(jié)果選定的焊接工藝進行了超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭搭接焊，焊接過程中三分之二的電弧偏向鋁連接板和鋼連接板側(cè)，焊接過程中測量鋁-鋼界面的峰值溫度為266℃。焊后分別對超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭試板焊縫及鋁-鋼界面進行了外觀檢查，焊縫成形良好，超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭界面無肉眼可見的剝離現(xiàn)象。

外觀檢查合格后分別對超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭搭接焊縫和鋁-鋼界面進行滲透檢測，檢測結(jié)果滿足NB/T47013-2015 Ⅰ級要求。去除鋼、鋁連接板及其連接焊縫，分別切取超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭粘結(jié)試樣3件，剪切試樣3件，測量焊后超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭的界面結(jié)合強度，檢測結(jié)果顯示鋁-鋼界面粘結(jié)強度為151Mpa、168Mpa、133Mpa，平均值為150Mpa；鋁-鋼界面剪切強度為81Mpa、77Mpa、79Mpa，平均值為79Mpa。對超薄鋁-鋼過渡接頭搭接接頭經(jīng)侵蝕后進行低倍形貌觀察，無熔合不良現(xiàn)象。以上各項檢測結(jié)果均滿足CB20091-2012和CB/T3953-2002的指標要求。

實施例2

以厚度為5mm的船體結(jié)構(gòu)鋼CCSB為基層，以厚度為2mm的鈦TA1為中間層，以厚度為3mm的鋁合金5083為復(fù)層采用爆炸焊接方法制造的超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭，參照CB/T3953-2002《鋁-鈦-鋼復(fù)合過渡接頭焊接技術(shù)條件》要求，切取的超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭焊接工藝試驗用試板尺寸為（5+2+5）×20×400mm，數(shù)量為5塊。焊前對待焊部位及兩側(cè)50mm范圍內(nèi)采用不銹鋼鋼制鋼絲刷和丙酮進行表面清理，去除水分、灰塵、油污、氧化膜等雜質(zhì)和所有附著物。焊接過程中采用先焊鋁，后焊鋼的焊接順序。超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭與連接板之間的焊接采用線能量較小的半自動熔化極氣體保護焊的焊接方法，其中鋁焊接時的保護氣體為純度為99.99%的氬氣，鋼焊接時的保護氣體為80%氬氣+20%二氧化碳，選用了相應(yīng)的焊接設(shè)備。焊接工藝參數(shù)同實施例1。焊后分別對超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭試板焊縫及鋁-鋼界面進行了外觀檢查，焊縫成形良好，鋁-鋼復(fù)合過渡接頭界面無肉眼可見的剝離現(xiàn)象。

外觀檢查合格后分別對超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭搭接焊縫和鋁-鋼界面進行滲透檢測，檢測結(jié)果滿足NB/T47013-2015 Ⅰ級要求。

去除鋼、鋁連接板及其連接焊縫，分別切取超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭粘結(jié)試樣3件，剪切試樣3件，測量焊后的超薄鋁-鋼復(fù)合過渡接頭的界面結(jié)合強度，檢測結(jié)果顯示鋁-鋼界面粘結(jié)強度為172Mpa、188Mpa、171Mpa，平均值為177Mpa；鋁-鈦界面剪切強度為88Mpa、88Mpa、81Mpa，平均值為85.7Mpa，鈦-鋼界面剪切強度為375Mpa、369Mpa、370Mpa，平均值為371.3Mpa。對超薄鋁-鋼過渡接頭搭接接頭經(jīng)侵蝕后進行低倍形貌觀察，無熔合不良現(xiàn)象。以上各項檢測結(jié)果均滿足CB20091-2012和CB/T3953-2002的指標要求。

本發(fā)明所列舉的技術(shù)方案和實施方式并非是限制，與本發(fā)明所列舉的技術(shù)方案和實施方式等同或者效果相同方案都在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。