專利名稱：鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變形矯正領(lǐng)域，是對鋁質(zhì)船體外殼或內(nèi)壁給以矯正光順或平整的一種技術(shù)。
背景技術(shù)：
以鋁合金作為船體結(jié)構(gòu)材料，能大幅減輕船體重量，從而在相同的主機功率下可提高航速，它一般用于高速船。國內(nèi)近幾年有部分船廠開始建造鋁質(zhì)高速船，從而打破了高速船只依賴進口的狀態(tài)。
作為造船的鋁合金材料，當(dāng)前國內(nèi)外鋁質(zhì)高速船普遍采用5083H321或H116的鋁鎂合金，它經(jīng)過冷作硬化處理，強度高，容重輕(2.66t/m3)，但它的線膨脹系數(shù)大，比鋼材大一倍，因而建造過程中船體極易產(chǎn)生變形。
由于高速船往往采用新船型，有些船型線型復(fù)雜，選用的板材較薄，建造中即使采用約束工裝，變形仍較大，這不但影響船體線型，而且外形也不美觀，因此采用何種方法矯正船體變形是鋁質(zhì)船建造中的一個重要問題。這種方法必須以不損害材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能(見表一、表二)為前提，并且材料的金相組織也不應(yīng)受影響。
表一 5083H321或H116鋁板的化學(xué)成分

表二 5083H321或H116鋁板的力學(xué)性能

目前，國外對鋁船建造中產(chǎn)生的變形，如“瘦馬”現(xiàn)象或板的不平整，大都采用堆焊技術(shù)或者用砂輪打磨“瘦馬”的方法，以消除一些變形。堆焊技術(shù)是在殼板內(nèi)部用焊絲堆焊在殼板上產(chǎn)生的熱量使船體局部變形得以矯正，其缺點是無法用水冷卻，容易使材料損傷，而且堆焊物一般留在船殼板不去除，美觀性差。砂輪打磨主要是對船體板架骨材鼓起的“瘦馬”現(xiàn)象，用角向磨光機對鼓起部分進行砂輪磨削，以達到消除部分“瘦馬”的目的，這種方法的缺點是削弱了板材的厚度。
水火矯正技術(shù)是一種傳統(tǒng)的消除船體變形的方法，但它僅適合于鋼質(zhì)船，對于鋁質(zhì)船，無論在國外或國內(nèi)都是禁用或慎用的。關(guān)鍵是由于鋁鎂合金熔點低，僅660℃左右，傳統(tǒng)的水火矯正技術(shù)在矯正鋁船變形時很容易過燒而材料受損。我國“海上高速船入級與建造規(guī)范”中明確規(guī)定，鋁合金即使焊前預(yù)熱(50℃±10℃)也不宜采用氧-乙炔火焰加熱方法。因此，對使用溫度更高的水火矯正規(guī)范上不提倡使用。
為了解決上述問題，本發(fā)明嘗試提供一種新的適合于鋁合金的水火矯正的工藝方法和工藝參數(shù)，進行水火矯正時不損害材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相組織，使過去只適合于鋼船的水火矯正技術(shù)也能運用到鋁船上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于消除鋁鎂合金船體變形的新的水火矯正技術(shù)，尤其是適于消除用5083H321或H116鋁合金做船體材料的船體變形的水火矯正技術(shù)。
一種鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，工藝方法為使用氧-乙炔火焰對鋁板進行加熱，并隨后用水冷卻，其特征在于火焰與鋁板的距離為20～30mm，火焰的移動速度為1200～1500mm/分鐘，火焰與冷卻水之間的最小間距為40～60mm。
在氧-乙炔火焰矯正時，冷卻水應(yīng)緊隨火焰之后，使加熱后的鋁板溫度急劇下降，以形成不可逆的塑性變形來達到矯正的目的。
在進行水火矯正技術(shù)之前，應(yīng)該根據(jù)船體變形的具體情況確定加熱方式如對凹進或鼓起的船板，可采用圓點加熱進行變形矯正；對板架“瘦馬”現(xiàn)象，則一般采用骨架背面線狀加熱進行矯正。
鋁合金板的厚薄以及線狀加熱和圓點加熱工藝的選取對水火矯正主要參數(shù)的選取有一定的影響。上述的鋁合金板的厚度在3mm～12mm之間，已滿足了排水量300噸以下的鋁質(zhì)船船體的使用要求。由于鋁合金熔點低，加熱后表面顏色不起顯著變化，因此加熱時應(yīng)隨時用測溫筆測量加熱區(qū)的溫度。在加熱過程中應(yīng)該保證鋁合金板的溫度在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，對于線狀加熱，鋁合金板的溫度應(yīng)該保證在155～175℃之間，優(yōu)選165～175℃之間，對于圓點加熱，3mm～7mm厚的鋁合金板，加熱溫度應(yīng)該保證在230～290℃之間，優(yōu)選240～250℃之間，7mm～12mm厚的鋁合金板，加熱溫度應(yīng)該保證在220～230℃之間，優(yōu)選225～230℃之間。
在水火矯正時，如需敲擊，由于鋁合金硬度較低，嚴禁用鐵錘，應(yīng)使用木槌。敲擊位置應(yīng)由加熱區(qū)外緣移至中心。
在實施船體變形水火矯正技術(shù)時，為了避免由于局部加熱而引起立體分段或全船的總變形，矯正操作應(yīng)盡可能對稱于船體中線面和剖面中和軸同時進行；在高度方向，則應(yīng)自下而上進行。經(jīng)水火矯正的結(jié)構(gòu)應(yīng)表面光滑平順，不應(yīng)有殘留的局部不平以及槌印。
為控制火焰熱量及冷卻水的冷卻速度，一般采用氧-乙炔混合氣體及中號噴嘴作為加熱工具。使用帶操縱開關(guān)的小號自來水皮管作為冷卻水工具。
本發(fā)明是建立在薄板和厚板充分的試驗研究基礎(chǔ)上，并且還與國外常用的堆焊技術(shù)作對比試驗，研究了本工藝和常規(guī)的堆焊技術(shù)對鋁合金板和化學(xué)成分和力學(xué)性能進行了評價，試驗結(jié)果見表三和表四。
表三 受試板的化學(xué)成分

由表三可以得出在受試的鋁材中，不管是厚板還是薄板，只要加熱溫度不超過290℃，它的化學(xué)成分都在表一正常范圍以內(nèi)，說明加熱只要控制在規(guī)定溫度以下，材料的化學(xué)成分不起有害的變化。
由表四可以得出薄板(4mm)無論是線狀加熱(溫度達175℃)或圓點加熱(溫度可達290℃)，都能滿足表二的強度要求；厚板(10mm)線狀加熱至175℃仍能滿足表二的強度要求，圓點加熱在230℃以下能滿足表二的要求。但是對于國外采用的堆焊技術(shù)，受試板強度不滿足表二的要求。另外從表四也可以看出，隨著加熱溫度的提高，鋁板的強度隨之下降。
表四 受試板的力學(xué)性能

以上受試板加上其它受試板均作金相組織檢驗，金相組織的微觀照片見附圖9～12所示，從圖中可以看出，加熱到250℃后的材料與母材相比，它們的晶粒長大及化合物聚集長大趨勢不明顯，金相組織與原母材相同，由此可見，采用本發(fā)明提供的水火矯正工藝不會改變鋁合金的金相組織。
使用上述的工藝方法對5083H321或H116鋁鎂合金進行水火矯正，不會對材料造成損傷。而國外采用的堆焊矯正技術(shù)，用于鋁鎂合金要降低材料的力學(xué)性能。
本發(fā)明提供的水火矯正工藝已在多艘鋁質(zhì)船上試驗實施，對船的外板和內(nèi)壁進行了變形矯正，它不損傷材質(zhì)，有效保證了船的線型和鋁板的光順度，并且工效高，由此提高了鋁質(zhì)船的建造質(zhì)量。


圖1為板架的“瘦馬”現(xiàn)象的矯正中板架的正視2為板架的“瘦馬”現(xiàn)象的矯正中板架的側(cè)視3為板架的“瘦馬”現(xiàn)象的矯正中板架的俯視4為板架的凹凸現(xiàn)象的矯正中板架的正視5為板架的“瘦馬”現(xiàn)象的矯正中板架的側(cè)視6為板面局部鼓起現(xiàn)象的矯正中受矯板的正視7為板面局部鼓起現(xiàn)象的矯正中受矯板的側(cè)視8為水火矯正流程示意9為4mm母材的金相組織微觀10為4mm母材加熱到250℃的金相組織微觀11為10mm母材的金相組織微觀12為10mm母材加熱到250℃的金相組織微觀圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明實施例1如圖1～3所示是船體外板或上層建筑處經(jīng)常遇見的骨架焊接處鼓出的“瘦馬”現(xiàn)象。鋁質(zhì)船“瘦馬”鼓出甚至可達3mm，其矯正程序見圖8。矯正方式采用線狀加熱，采用氧-乙炔混合氣體及中號噴嘴作為加熱工具，并使用帶操縱開關(guān)的小號自來水皮管作為冷卻水工具，工藝方法為使用氧-乙炔火焰對鋁板進行加熱，并隨后用水冷卻，其中火焰與鋁板的距離為30mm，火焰的移動速度為1500mm/分鐘，火焰與冷卻水之間的最小間距為40mm，控制加熱溫度在170～175℃，對B型骨架的背面沿著骨架線進行背燒，對A型骨架背面沿著骨架線兩側(cè)進行背燒。矯正后的板架，其骨架背面處凸出與兩側(cè)板過渡平順，大大緩和了“瘦馬”現(xiàn)象。
實施例2如圖4～5所示為板架的起伏波浪變形，經(jīng)常在鋁質(zhì)船船體薄板結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)。波浪的“峰”與“谷”間距可達15mm甚至25mm，此種變形矯正方式同樣采用線狀加熱為主進行。采用氧-乙炔混合氣體及中號噴嘴作為加熱工具，并使用帶操縱開關(guān)的小號自來水皮管作為冷卻水工具，工藝方法為使用氧-乙炔火焰對鋁板進行加熱，并隨后用水冷卻，其中火焰與鋁板的距離為25mm，火焰的移動速度為1400mm/分鐘，火焰與冷卻水之間的最小間距為50mm，控制加熱溫度在165～170℃。第一階段，在凸出面的兩側(cè)骨架處，用線狀加熱法進行背燒，逐漸平行移向凸出高處。第二階段，在凹入面的骨架之間用線狀加熱法進行背燒，同樣是由骨架處移向凹處。其矯正程序見圖8。矯正后的板架變形量可小于4mm，達到船體表面光順要求。
實施例3參照圖6～7所示，為船體局部鼓出的變形，鋁合金板的厚度為6mm，可采用圓點式加熱方式進行水火矯正，采用氧-乙炔混合氣體及中號噴嘴作為加熱工具，并使用帶操縱開關(guān)的小號自來水皮管作為冷卻水工具，工藝方法為使用氧-乙炔火焰對鋁板進行加熱，并隨后用水冷卻，其中火焰與鋁板的距離為20mm，火焰的圓周移動角速度為120°/秒，火焰與冷卻水之間的最小間距為60mm。加熱溫度控制在245～250℃。圓點的直徑D＝4t+10mm(t表示板厚)，但不超過60mm，a＝200～400mm，b＝100～200mm。加熱由變形小的處所開始，順次向變形大的地方移動，加熱過程中應(yīng)輔以木槌敲擊，以促其加快收縮。矯正程序見圖8，矯正后的變形h可小于4mm(在一檔肋距內(nèi))，達到船體表面光順要求。
實施例4船體局部凹進的變形，鋁合金板的厚度為10mm，可采用圓點式加熱方式進行水火矯正，采用氧-乙炔混合氣體及中號噴嘴作為加熱工具，并使用帶操縱開關(guān)的小號自來水皮管作為冷卻水工具，工藝方法為使用氧-乙炔火焰對鋁板進行加熱，并隨后用水冷卻，其中火焰與鋁板的距離為22mm，火焰的圓周移動角速度為90°/秒，火焰與冷卻水之間的最小間距為45mm。加熱溫度控制在220～225℃。計算方法參照實施例3，加熱由變形小的處所開始，順次向變形大的地方移動，加熱過程中應(yīng)輔以木槌敲擊，以促其加快收縮。矯正程序見圖8，矯正后的變形可小于4mm(在一檔肋距內(nèi))，達到船體表面光順要求。
權(quán)利要求
1.一種鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，工藝方法為使用氧-乙炔火焰對鋁板進行加熱，并隨后用水冷卻，其特征在于火焰與鋁板的距離為20～30mm，火焰的移動速度為1200～1500mm/分鐘，火焰與冷卻水之間的最小間距為40～60mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，其特征在于在進行水火矯正技術(shù)之前，應(yīng)該根據(jù)船體變形的具體情況確定加熱方式對凹進或鼓起的船板，采用圓點加熱進行變形矯正；對板架“瘦馬”現(xiàn)象，采用骨架背面線狀加熱進行矯正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，其特征在于加熱氣體為氧-乙炔混合氣體，加熱工具為中號噴嘴，冷卻水工具為小號自來水皮管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，其特征在于對于線狀加熱，鋁合金板的溫度應(yīng)該保證在155～175℃之間，優(yōu)選165～175℃之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，其特征在于對于圓點加熱，3mm～7mm厚的鋁合金板，加熱溫度應(yīng)該保證在230～290℃之間，優(yōu)選240～250℃之間，7mm～12mm厚的鋁合金板，加熱溫度應(yīng)該保證在220～230℃之間，優(yōu)選225～230℃之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，其特征在于在水火矯正時應(yīng)使用木槌，敲擊位置應(yīng)由加熱區(qū)外緣移至中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，其特征在于矯正操作應(yīng)對稱于船體中線面和剖面中和軸同時進行；在高度方向，則應(yīng)自下而上進行。
全文摘要
一種鋁鎂合金船體水火矯正技術(shù)，工藝方法為使用氧－乙炔火焰對鋁板進行加熱，并隨后用水冷卻，具體的工藝參數(shù)為火焰與鋁板的距離為20～30mm，火焰的移動速度為1200～1500mm/分鐘，火焰與冷卻水之間的最小間距為40～60mm。本發(fā)明提供的水火矯正工藝已在多艘鋁質(zhì)船上試驗實施，對船的外板和內(nèi)壁進行了變形矯正，它不損傷材質(zhì)，有效保證了船的線型和鋁板的光順度，并且工效高，由此提高了鋁質(zhì)船的建造質(zhì)量。
文檔編號B21D1/00GK101028634SQ20061002421
公開日2007年9月5日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者唐志祥 申請人:江南造船(集團)有限責(zé)任公司