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    船用螺旋槳用銅合金焊接性分析

    日期:2016-07-05

    摘要:螺旋槳作為船舶航行的重要設備,由于其長期浸泡于海水中高速運轉,工況較為惡劣。在船舶營運過程中,經常由于應力腐蝕、碰撞、擱淺等原因造成槳葉彎曲、折斷等局部損壞。

    螺旋槳作為船舶航行的重要設備,由于其長期浸泡于海水中高速運轉,工況較為惡劣。在船舶營運過程中,經常由于應力腐蝕、碰撞、擱淺等原因造成槳葉彎曲、折斷等局部損壞。在大多數情況下,如果能嚴格執行正確的修理工藝,這種局部損壞是可以通過焊補的方式來加以修復的。但在船舶營運檢驗過程中,也曾多次遇到過經焊補修復后的螺旋槳在使用了較短的時間后再次發生非海損性槳葉裂紋和斷槳事件,重新進塢修理既增加了修理費用,又耽誤船期,給船東造成了較大經濟損失,同時亦給船舶航行安全帶來了較大隱患。

    螺旋槳用銅合金焊接性分析

    要對焊補引起的銅合金螺旋槳的斷裂原因進行分析,首先必須了解銅合金螺旋槳的材料特性和焊接特點。目前常見船用銅合金螺旋槳所用材料中,主要有鋁黃銅、錳黃銅以及高錳鋁青銅和鎳鋁青銅等品種。其中,前兩種材料在螺旋槳制造過程中使用較多,其顯微組織為兩相結構,即在較硬的β相基體上分布著較軟的、韌性較好的α粒子。這兩相組織的比例影響螺旋槳材料的機械性能,β相的含量增加會導致材料的硬度和抗拉強度的增加,韌性下降;α相則正好相反。另外,β相在海水中對應力腐蝕開裂較為敏感。研究表明:銅合金螺旋槳中的α相的含量在40%時其抗拉強度、韌性、腐蝕疲勞強度都達到最佳。而α相的含量在小于25%時材料的抗應力腐蝕疲勞強度較差,很容易發生焊接殘留應力腐蝕開裂。

    在銅合金螺旋槳的焊補修復過程中,主要存在如下一些問題:

    (1)銅及銅合金的熱膨脹系數、導熱系數和凝固收縮率都比較大。大的導熱系數使得在焊接過程中產生的熱量迅速從加熱區傳導出去,加熱區被迅速冷卻,從而產生未熔合或未焊透,同時易引起焊縫及熱影響區的α相、β相組織的不理想分布,在這種情況下,螺旋槳容易在海水中產生應力腐蝕裂紋。由于緩冷可以給α相的形成以充足的時間,控制冷卻速度就可以有效地解決這個問題。大的導熱系數和凝固收縮率,使得螺旋槳剛性較小的部位產生較大的焊接變形,剛性較大的部位則產生較大的內應力。

    (2)銅和銅合金都具有不同程度的高溫熱脆性,其熱態強度和塑性明顯降低。一般情況下在350~600℃之間惡化較為明顯,此時用錘擊進行彎曲矯正,就容易產生擊裂,在實際熱彎曲矯正中應盡量避開這個溫度區間。

    (3)銅和銅合金在焊接凝固過程中析出較多的氫,容易在焊縫及熔合區形成氣孔,并在金屬內部造成較大的壓力,促使在焊縫和熔合區形成裂紋。

    (4)在銅和銅合金的焊接過程中,部分有益的合金元素由于比銅更容易氧化造成這些合金元素燒損。如黃銅中的Zn元素的氧化,不但使焊接熔池劇烈沸騰,造成嚴重飛濺,從而影響焊接電弧的穩定性,同時Zn的燒損還使銅合金組織中的α、β相的比例發生變化,從而顯著降低焊接區的機械性能和抗腐蝕性能。

     

    標簽: 螺旋槳(85) 船用螺旋槳加工(62)
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