高稳定性的钢铝接头用于轻型船舶

激光焊接技术应用于难控制的材料组合：作为FOLAMI项目的一部分，LZH研究人员开发了一种可靠高效的钢铝异种材料焊接工艺。

在船舶制造中，钢铝异种材料接头等轻量化结构的应用日益广泛，船体采用钢材而上层建筑采用铝材。这种设计可降低船舶重心，同时提升稳定性并减轻重量，从而节省燃料并减少二氧化碳排放。传统上，两种金属需要通过复杂且危险的焊接工艺制造转接件进行连接。在FOLAMI联合项目中，LZH科学家优化了钢铝异种材料的激光焊接工艺，将其发展为一种高效安全的替代方案。

用于船舶制造的加长转接件激光焊接技术
 

交叉激光束确保高稳定性
爆炸焊接通过受控爆炸使组件结合，爆炸力使两个单元碰撞焊接而不产生熔池。在“基于熔深在线控制的形合式钢铝异种材料激光焊接”子项目中，LZH研究人员开发出可靠的激光焊接方法。该工艺首先在铝合金板上铣削细长槽并填充铁粉，随后采用双激光束交叉焊接钢与铝合金。由于焊缝金属中铝含量降低，不仅形成了稳定工艺，还实现了形合连接。

相较于非形合的结构改性异种接头，这种方法形成的结构具有可变形性、高强度、低缺陷和高材料强度等特点。研究人员测得搭接接头样件的最大横向拉力约为12kN，性能提升达三倍。该拉力值远超所用5mm厚钢板的屈服强度，导致钢板发生塑性变形。

联合研发项目中开发的铝钢转接件的正面与横截面视图
 

船舶制造的轻量化原则
为实现工艺稳定性并补偿生产波动，项目团队开发了焊接深度控制系统。他们采用光谱过程发射分析和短相干干涉测量（OCT-光学相干断层扫描）技术，例如通过基于光谱仪的熔深控制测量焊接过程中的发射强度，并将其与熔深关联。研究表明，发射强度与焊接深度存在相互依存关系，由此可实现熔深控制。通过保持熔深恒定于目标值，可获得高承载力的焊缝。

钢铝转接件实现最大稳定性
通过优化激光焊接工艺，项目合作伙伴成功制造出具有优异强度参数的转接件。得益于形合结构与改性微观组织，激光焊接转接件可承受至少35kN的高载荷，超过所用铝合金的屈服点载荷。尤为重要的是，这些转接件展现出卓越的循环承载能力。这种基于激光的连接工艺可作为爆炸焊接的可靠高效替代方案，在船舶制造领域具有巨大应用潜力。