船用螺旋桨用铜合金焊接性分析

螺旋桨作为船舶航行的重要设备，由于其长期浸泡于海水中高速运转，工况较为恶劣。在船舶营运过程中，经常由于应力腐蚀、碰撞、搁浅等原因造成桨叶弯曲、折断等局部损坏。在大多数情况下，如果能严格执行正确的修理工艺，这种局部损坏是可以通过焊补的方式来加以修复的。但在船舶营运检验过程中，也曾多次遇到过经焊补修复后的螺旋桨在使用了较短的时间后再次发生非海损性桨叶裂纹和断桨事件，重新进坞修理既增加了修理费用，又耽误船期，给船东造成了较大经济损失，同时亦给船舶航行安全带来了较大隐患。

螺旋桨用铜合金焊接性分析

要对焊补引起的铜合金螺旋桨的断裂原因进行分析，首先必须了解铜合金螺旋桨的材料特性和焊接特点。目前常见船用铜合金螺旋桨所用材料中，主要有铝黄铜、锰黄铜以及高锰铝青铜和镍铝青铜等品种。其中，前两种材料在螺旋桨制造过程中使用较多，其显微***为两相结构，即在较硬的β相基体上分布着较软的、韧性较好的α粒子。这两相***的比例影响螺旋桨材料的机械性能，β相的含量增加会导致材料的硬度和抗拉强度的增加，韧性下降；α相则正好相反。另外，β相在海水中对应力腐蚀开裂较为敏感。研究表明：铜合金螺旋桨中的α相的含量在40%时其抗拉强度、韧性、腐蚀疲劳强度都达到***佳。而α相的含量在小于25%时材料的抗应力腐蚀疲劳强度较差，很容易发生焊接残留应力腐蚀开裂。

在铜合金螺旋桨的焊补修复过程中，主要存在如下一些问题：

（1）铜及铜合金的热膨胀系数、导热系数和凝固收缩率都比较大。大的导热系数使得在焊接过程中产生的热量迅速从加热区传导出去，加热区被迅速冷却，从而产生未熔合或未焊透，同时易引起焊缝及热影响区的α相、β相***的不理想分布，在这种情况下，螺旋桨容易在海水中产生应力腐蚀裂纹。由于缓冷可以给α相的形成以充足的时间，控制冷却速度就可以有效地解决这个问题。大的导热系数和凝固收缩率，使得螺旋桨刚性较小的部位产生较大的焊接变形，刚性较大的部位则产生较大的内应力。

（2）铜和铜合金都具有不同程度的高温热脆性，其热态强度和塑性明显降低。一般情况下在350~600℃之间恶化较为明显，此时用锤击进行弯曲矫正，就容易产生击裂，在实际热弯曲矫正中应尽量避开这个温度区间。

（3）铜和铜合金在焊接凝固过程中析出较多的氢，容易在焊缝及熔合区形成气孔，并在金属内部造成较大的压力，促使在焊缝和熔合区形成裂纹。

（4）在铜和铜合金的焊接过程中，部分有益的合金元素由于比铜更容易氧化造成这些合金元素烧损。如黄铜中的Zn元素的氧化，不但使焊接熔池剧烈沸腾，造成严重飞溅，从而影响焊接电弧的稳定性，同时Zn的烧损还使铜合金***中的α、β相的比例发生变化，从而显著降低焊接区的机械性能和抗腐蚀性能。

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