鋁質流量閥的氬弧焊焊接工藝研究

袁有德

（威海職業學院船舶工程系，山東 威海264210）

0 引言

流量控制閥，用于控制氣體或液體的流量，內部鋁質管道的原焊接工藝采用手工鎢極氬弧焊，具有以下缺點：（1）焊接施工條件差，勞動環境惡劣，由于管道較厚（≥25mm）,焊接前需進行200℃以上的焊前預熱。（2）焊縫厚度小，熔深較淺，由于處在高壓工作環境下，受到熱脹冷縮的應力作用，易造成滲漏。 （3）焊接工作效率較低。 通過調研論證我們提出用熔化極氬弧焊代替鎢極氬弧焊工藝并在生產實踐中取得了成功，延長了設備的標定日期及設備使用壽命，提高了生產效率。

1 流量控制閥的結構及工況

流量控制閥為管殼式結構，殼體為一般為鑄鐵材質，內部管道材料為L2 工業純鋁。鋁管規格為Φ32×6mm，長度為1200mm。管路工作壓力較大，受溫差影響而產生較大的拉應力。

2 可焊性分析

與鋼質材料相比，金屬鋁具有較高的導電性和導熱性，因此焊接時需要較高的熱輸入及線能量。鋁的金屬塑性好，線膨脹系數高，焊接時產生較大的塑性變形，較高的內應力。高溫時鋁的強度和塑性很低，易產生焊透及焊縫塌落等缺陷。 手工鎢極氬弧焊具有焊縫質量高、電弧穩定、無飛濺且成形美觀等特點，但是鎢極氬弧焊鎢極的承載電流能力較差，熔敷速度小、熔深淺、生產效率低等缺點。 受到鎢極低承載電流的影響，一般只能焊接薄板，如果板厚過大（＞6mm）時需要開坡口并進行預熱。因此，手工鎢極氬弧焊在焊接中厚板時焊接效率低，工件變形大。對于鋁質控制閥的管道，焊接時需要開坡口并預熱到200℃時方可焊接，同時施焊時板束拘束力加大，剛度強，內應力大，易造成較大變形，影響管道的順直。 在管道和板材交界處，由于焊道深度不夠，較大的拘束易造成滲漏，減小設備的使用壽命。 而熔化極氬弧焊冶金過程簡單，勞動生產率高，工作環境好，可以直流反接，有效去除氧化膜，提高焊接質量，不采用鎢極，成本低。由于焊絲電流的承載力高，因而熱輸入大，焊縫熔深大，焊絲熔敷系數大，且焊接中厚板時，無需預熱，提高了勞動生產率，減小了焊接變形。

3 焊接工藝

3.1 坡口制備

管孔采用機械加工開45°坡口， 以保證焊縫獲得較大的熔深，保證良好的焊透性，增加焊縫金屬的承載能力。鋁管與管板相垂直，伸出長度小于2mm。

3.2 焊接設備及焊材

熔化極氬弧焊選用北京時代公司生產的型號為NBM-500 脈沖MIG 氣保焊機。焊絲選用鋁鎂合金焊絲，型號為ER5358，Φ1.2 mm。焊絲的化學成分組成如下：Cu0.15%，Mn0.05～0.25%，Si+Fe0.5%，Ti0.05～0.25%，Zn0.15%，Cr0.06～0.2%，Mg4.8～5.6%，余量為Al。

3.3 焊接參數

焊接參數為：電流210～260A，電壓23～26V，送絲速度10～13m/min,氬氣流量18.5L/min,氬氣純度不低于99.75%。

3.4 工件的定位

采用托板固定鋁管，按照鋁管的位置，用鉆頭在筒體鉆孔，孔距和法蘭孔相同，然后將拖桿和筒體用螺栓固定。采用這種方法，可以減去定位焊這一步驟，簡化工序，也降低焊接變形。

3.5 施焊

將流量計豎直放置并固定，采用平焊焊接。 焊縫處用角磨機打磨至出現金屬光澤。將管件分區，均分為四區，按順時針方向為1、2、3 和4 號區。 焊接時有1 區開始，按順時針方向施焊直到焊接完2 區，然后在從4 區開始逆時針方向焊接到3 區完成焊接過程。首先在管板過橋區域及管道的四周堆焊5mm 焊層，目的是增大厚度及剛度，改善焊縫的力學性能，降低變形。 焊接時，焊絲與焊件成75°夾角，控制好焊接速度及送絲速度，勻速焊接，保持電弧長度的穩定性及氣體流量。注意收弧時保證將弧坑填滿，防止擁焊。

4 結束語

采用熔化極氬弧焊代替手工鎢極氬弧焊于2010 年4 月焊接鋁質流量閥5 臺，經水壓和氣壓防漏實驗合格后與5 臺采用手工鎢極氬弧焊加工流量閥同時投入使用，8 個后進行標定時全部合格。 16 月后再次標定時，經手工鎢極氬弧焊加工的五臺流量閥中，有一臺發生泄漏，而采用熔化極氬弧焊加工的設備全部合格。 兩年后再次標定時，剩余的由手工鎢極氬弧焊加工的流量閥中有兩臺發生滲漏，而采用熔化極氬弧焊加工的設備全部合格。預計采用熔化極氬弧焊的工藝比鎢極氬弧焊的工藝焊接的設備，其使用壽命提高1 倍以上，標定時間可延長至16 個月一次，大大降低了因標定設備而造成的設備擱置，提高生產效率。 因設 備的泄漏點的降低，標定時間延長，可提高設備的使用鋁，具有一定的社會效益。

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