簡介：文章編號167127953200405219203收稿日期2004208227作者簡介王承權(quán)1937,男,大學(xué),教授鋼鋁合金結(jié)構(gòu)過渡接頭焊接工藝參數(shù)的計(jì)算確定王承權(quán)1代海波2廖銀波21武漢理工大學(xué)武漢4300632武漢南華高速船舶工程股份有限公司武漢430064摘要以結(jié)構(gòu)過渡接頭界面溫度低于臨界溫度為準(zhǔn)則,用焊接熱過程理論確定臨界焊接熱輸入,為結(jié)構(gòu)過渡接頭與上層建筑及主船體焊接工藝參數(shù)的計(jì)算確定提供依據(jù)計(jì)算確定的焊接工藝參數(shù),保證結(jié)構(gòu)過渡接頭焊后具有爆炸復(fù)合的原有性能。關(guān)鍵詞結(jié)構(gòu)過渡接頭臨界溫度臨界焊接熱輸入焊接工藝參數(shù)計(jì)算確定中圖分類號U67183文獻(xiàn)標(biāo)識碼AABSTRACTACCORDINGTOTHECRITERIONTHATTHEINTERFACETEMPERATURESHOULDBELOWERTHANTHECRITICALTEMPERATURE,THECRITICALHEATOFWELDINGINPUTCOULDBEDETERMINEDBYTHETHEORYOFHEATPROCESSITPROVIDESTHEORETICALBASISFORCALCULATIVEDETERMINATIONOFTHECONDITIONALPARAMETERSOFWELDINGFORSTRUCTURALTRANSITIONJOINTSSTJBETWEENSUPERSTRUCTUREANDMARINESTRUCTURETHERESEARCHSHOWSTHATTHECALCULATEDPARAMETERSASSURESTJTOPROCESSTHEPRIMORDIALEXPLOSIONCLADBEHAVIORSAF2TERWELDINGKEYWORDSSTRUCTURALTRANSITIONJOINTCRITICALTEMPERATURECRITICALHEATOFWELDINGINPUTCONDITIONALPARAMETERCAL2CULATIVEDETERMINATION1引言11結(jié)構(gòu)過渡接頭界面的臨界溫度爆炸復(fù)合制成的結(jié)構(gòu)過渡接頭STJSTRUCTURALTRANSITIONJOINT可以把鋁合金上層建筑與鋼主船體直接焊接起來。現(xiàn)在應(yīng)用的過渡接頭有法國、日本等國家制造的,我國亦對爆炸焊原理進(jìn)行了研究,并成功爆炸合成多種類型的結(jié)構(gòu)過渡接頭,而且在實(shí)船上獲得了廣范應(yīng)用。目前,正在研究中的新型結(jié)構(gòu)過渡接頭對焊接工藝參數(shù)的選擇比較寬松1。研究表明,經(jīng)爆炸合成的結(jié)構(gòu)過渡接頭在實(shí)際應(yīng)用中都具備一個最基本的要求,即結(jié)構(gòu)過渡接頭應(yīng)用于鋁合金上層建筑及鋼主船體的焊接時,結(jié)構(gòu)過渡接頭復(fù)合界面的溫度升高不能超過臨界溫度。法國制造的鋁鋁鋼類型結(jié)構(gòu)過渡接頭的臨界溫度是300℃2,鋁鈦鋼類型則為350℃3。這種特殊要求使得結(jié)構(gòu)過渡接頭與相鄰結(jié)構(gòu)焊接時,焊接工藝參數(shù)的選取與普通的焊接工藝參數(shù)的確定方式顯著不同,也就不能將一般的MIG焊、TIG焊的工藝參數(shù)用于過渡接頭自身對接及其與相鄰結(jié)構(gòu),而需要專門制定工藝參數(shù)。過渡接頭與相鄰結(jié)構(gòu)的焊接見圖1。圖1結(jié)構(gòu)過渡接頭與鋁合金上層建筑及鋼主船體的焊接節(jié)點(diǎn)圖1中所用結(jié)構(gòu)過渡接頭為法國制造的TRICLADR,該STJ材料有兩個界面鋁合金純鋁界面及純鋁鋼界面。文獻(xiàn)2要求焊接過程中應(yīng)當(dāng)控制鋁鋼界面溫度不超過300℃。因?yàn)楫?dāng)界面溫度超過300℃時,由于AL和FE原子內(nèi)擴(kuò)散可能在復(fù)合區(qū)形成晶間脆化相,使復(fù)合區(qū)的強(qiáng)度及耐腐蝕能力下降。結(jié)構(gòu)過渡接頭與相鄰結(jié)構(gòu)要焊接的接縫有與上層建筑的鋁合金角接縫WA及與主船體的鋼質(zhì)角接縫WS。顯然,不論是WA還是WS,在焊接過程中都應(yīng)滿足鋁鋼界面溫度小于臨界溫度300℃這個準(zhǔn)則。這是制定結(jié)構(gòu)91船海工程2004年第5期總第162期?19942006CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINETTMAXRX0386QΠ2CΓVR2X0386QNΠ2CΓR2X4式中CΓ比熱與密度的乘積,JCM3℃1RX最高溫度的等溫面柱面半徑,CM。表達(dá)式4建立在給定材料即熱物理性能CΓ距熱源RX的最高溫度與焊接熱輸入之間的函數(shù)關(guān)系。在結(jié)構(gòu)過渡接頭中RX相當(dāng)于鋁層厚度對應(yīng)于角焊縫WA,或鋼層厚度對應(yīng)于角焊縫WS,TMAXRX為界面溫度,在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)則條件下即為臨界溫度TCR。于是由表達(dá)式4可對WA及WS分別求得滿足界面溫度小于臨界溫度這一準(zhǔn)則的焊接熱輸入。有了這個熱輸入,按式3可以組成滿足準(zhǔn)則的一系列焊接工藝參數(shù)焊接電流、電弧電壓及焊接速度。24實(shí)驗(yàn)校核為了確定表達(dá)式4的正確性,進(jìn)行了模擬的T型試件在焊接過程中對給定點(diǎn)在預(yù)定的焊接工藝參數(shù)下焊接時的最高溫度測量。例如距角焊縫軸線為40MM及80MM的距離上,最高溫度的理論計(jì)算值分別是123℃和52℃,對應(yīng)的實(shí)測值是130℃和54℃。說明表達(dá)式4比較真實(shí)地反映了焊接熱過程中給定點(diǎn)、熱輸入與最高溫度之間的數(shù)量關(guān)系。3結(jié)構(gòu)過渡接頭的臨界焊接熱輸入及焊接工藝參數(shù)匹配31子臨界焊接熱輸入將界面的臨界溫度TCR、給定點(diǎn)的半徑RX及過渡接頭厚度代入表達(dá)式4,求得焊接WA、WS時滿足界面溫度低于臨界溫度的臨界焊接熱輸入Q3NCR。Q3NCR427CΓR2XTCR5式中Q3NCR焊接WA及WS時被分配到鋁層及鋼層的熱輸入,稱為子臨界焊接熱輸入,可表示QNA或QNS的臨界值。但還不能由它們直接確定焊接工藝參數(shù)。32臨界焊接熱輸入將按式5求得的子臨界焊接熱輸入代入1、2式,可求出焊接角焊縫WA及WS的臨界線能量QUNCR及QHNCR。再根據(jù)它們確定焊接WA及WS的焊接工藝參數(shù)。33焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化匹配有了臨界焊接熱輸入,可根據(jù)式3并考慮MIG焊接及MIG2P焊接中焊接電流送絲速度、電弧電壓及焊接速度的相互關(guān)系,以及角焊縫WA及WS的焊腳尺寸,可初選出滿足臨界焊接熱輸入即界面溫度小于臨界溫度準(zhǔn)則的2～3組焊接工藝參數(shù)。這2～3組焊接工藝參數(shù)與文獻(xiàn)1用溫度監(jiān)視器測定界面溫度時的焊接工藝參數(shù)本質(zhì)上的區(qū)別在于,前者保證界面溫度小于臨界溫度準(zhǔn)則,而后者尚不知道,需經(jīng)過試驗(yàn)后才能明確。34焊接工藝參數(shù)的最終確定臨界焊接熱輸入是利用焊接熱過程理論在運(yùn)動點(diǎn)熱源加熱半無限大物體時的最高溫度表達(dá)式求得的,這個理論的正確性在這里已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)校核。初選的滿足臨界焊接熱輸入的2～3組焊接工藝參數(shù),經(jīng)焊接試驗(yàn)最終可確定出最優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)。4結(jié)論1對于結(jié)構(gòu)過渡接頭與上層建筑及鋼主船體焊接中所用的運(yùn)動點(diǎn)熱源最高溫度表達(dá)式的正確性被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。2界面溫度小于臨界溫度準(zhǔn)則可以通過計(jì)算臨界焊接熱輸入得到實(shí)現(xiàn)。3在滿足臨界焊接熱輸入條件下,優(yōu)化匹配焊接工藝參數(shù)。參考文獻(xiàn)1王承權(quán),夏炳仁鋁合金上層建筑與鋼主船體的新型焊接過渡接頭船舶工程,1999,42MERREMANDRE′DELAPORTESTRUCTURALTRANSITIONJIONTSGENERALGUIDELINGESFORWELDINGBV,19983陳國虞,李標(biāo)峰,李敬勇鋁合金上層建筑與鋼結(jié)構(gòu)的電焊連接96′中國國際船艇及船用技術(shù)設(shè)備展覽會技術(shù)交流報(bào)告會,上海199644НООΚЕРБЛОМ,ΡАСЧЕТДЕФОРМАЦИǚМЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИǚПРИСВАРКЕМОСКВАМАШГИЗ,199512船海工程2004年第5期總第162期?19942006CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET
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