鋁合金管全位置焊接的操作要領(lǐng)及焊接技巧

楊入穩(wěn)

(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元628017)

鋁合金為銀白色輕金屬，它導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性能較好，質(zhì)量輕、加工塑性好，并且它具有良好的低溫性能，它在工業(yè)上被廣泛使用，其使用量逐年增加現(xiàn)僅此于鋼，由此可見鋁合金在國(guó)民經(jīng)濟(jì)當(dāng)中的重要性。本文通過(guò)對(duì)鋁合金焊接性能的分析研究、 鋁合金管每一層的焊接方法介紹及其注意要點(diǎn)，使焊工操作者快速掌握鋁合金管的焊接方法及其操作技巧，成功規(guī)避焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)的各種焊接缺陷問(wèn)題。

1 鋁合金材料焊接性能分析

焊接加工主要是對(duì)材料的加工，焊接操作之前充分了解該材料的物理化學(xué)性能對(duì)焊接質(zhì)量的影響，可以提前規(guī)避焊接過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷。

(1)鋁合金導(dǎo)熱率是鋼材的四倍，所以需要有熱量集中、功率較大的電源來(lái)保證焊接過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行；

(2)鋁合金的熔點(diǎn)比較低、冷卻速度是鋼材的四倍，焊接操作停止后焊縫熔池冷卻速度非?？?，這就導(dǎo)致熔池中的有害氣體來(lái)不及溢出而容易在焊縫中形成氣孔缺陷；

(3)由于鋁合金的物理特性比較特殊，焊后焊件比較容易變形，如果工藝設(shè)置不合理就很容易產(chǎn)生裂紋；

(4)鋁合金焊接時(shí)，如果氣體保護(hù)效果不好，高溫時(shí)很容易在熔池表面形成一層氧化膜，焊后可能形成夾渣缺陷或在熔池冷卻時(shí)阻礙熔池中的氣體溢出而形成氣孔缺陷；

(5)鋁合金熔池具有很強(qiáng)的吸氫能力，尤其是當(dāng)焊接場(chǎng)地溫度低于15 ℃、濕度大于85%時(shí)，在進(jìn)行管全位置焊接時(shí)，仰焊位置的根部就很容易產(chǎn)生氣孔［2］。

2 焊前準(zhǔn)備

2.1 焊材準(zhǔn)備

(1)本文選用Φ89 mm × 3 的普通鋁合金管為例進(jìn)行焊接工藝分析；

(2)電源要求能自動(dòng)引弧、焊接過(guò)程中電弧燃燒穩(wěn)定且參數(shù)可以進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)；

(3)焊絲要求其合金元素含量稍高于母材；

(4)電極選用沒(méi)有放射性的鈰鎢極；

(5)保護(hù)氣采用惰性氣體氬氣，其純度必須達(dá)到99.99%以上。

2.2 焊件清理

焊接之前對(duì)焊件的清理是一道非常重要的工序，多次實(shí)踐證明，化學(xué)清洗相比機(jī)械清理來(lái)說(shuō)，它對(duì)焊件厚度的影響最小，清理焊口氧化膜的效果最好，所以我們選用化學(xué)清洗焊件。清洗工作一般包括對(duì)焊件和焊絲表面進(jìn)行去油污處理和對(duì)焊件的焊口30 ～50 mm 范圍內(nèi)進(jìn)行去氧化膜處理。

焊件和焊絲表面進(jìn)行去油污處理一般采用丙酮或異丙醇等有機(jī)溶劑。為了提高效率，保證清洗質(zhì)量，對(duì)焊件焊口30 ～50 mm 范圍內(nèi)進(jìn)行去氧化膜處理可以先用20%的NaOH 溶液在50 ℃的溫度下浸泡2 min 左右，然后放入30%的HNO3溶液中進(jìn)行光化處理3 min 左右(直至焊口變亮)，最后把焊件撈出進(jìn)行100 ℃的烘干作業(yè)。焊件清洗過(guò)程注意事項(xiàng)：

(1)清洗干凈的焊件或焊絲，操作者必須要戴干凈的手套進(jìn)行取拿；

(2)清洗過(guò)的焊件或焊絲一定要注意保存，防止再次污染；

(3)清洗過(guò)的焊件要盡快完成后序焊接操作，放置時(shí)間最好不要超過(guò)8 h。

2.3 焊件裝配

焊件坡口制備和裝配情況見表1，本次使用δ =3 的普通鋁合金管作為焊件。焊件進(jìn)行組對(duì)定位焊的操作與正式焊的要求一樣，尤其需要注意以下幾點(diǎn)：

(1)定位焊的焊接電流比正常焊接時(shí)的電流大20%；

(2)定位焊前，必須使用引弧板進(jìn)行鎢極預(yù)熱，防止鎢極突然受熱產(chǎn)生爆炸現(xiàn)場(chǎng)，造成焊縫夾鎢缺陷；

(3)該管的定位焊設(shè)置在5 點(diǎn)和12 點(diǎn)兩處；

(4)定位焊的焊縫長(zhǎng)度控制在10 ～20 mm 以內(nèi)，焊縫只要求達(dá)到熔合就可以了，不需要焊透；

(5)定位焊不得有任何焊接缺陷產(chǎn)生。

表1 普通鋁合金管裝配要求

3 焊接過(guò)程

鋁合金管進(jìn)行TIG 焊操作主要包括引弧、焊接和停弧三個(gè)過(guò)程，Φ89 mm × 3 鋁合金管只需要進(jìn)行打底和蓋面兩層焊接。通過(guò)多次實(shí)踐證明，焊接電流偏大一點(diǎn)、焊接速度偏快一點(diǎn)，鋁合金管在焊接時(shí)焊縫金屬處于液態(tài)時(shí)間就要短一些，這個(gè)過(guò)程吸收的氣體就相對(duì)比較少，產(chǎn)生氣孔的幾率就較小，詳細(xì)焊接工藝參數(shù)見表2。焊工操作前應(yīng)穿戴好專用的TIG 焊工作服、專用防護(hù)手套，焊接時(shí)，必須帶TIG 焊變光罩、扣緊衣領(lǐng)和袖口，預(yù)防弧光輻射對(duì)身體造成傷害。

表2 焊接工藝參數(shù)

3.1 打底層焊接

手工TIG 焊一般都采用左焊法，焊槍走直線進(jìn)給不需要作橫向擺動(dòng)，焊槍、焊絲和焊件的位置關(guān)系見圖1 所示。操作時(shí)，引弧必須采用高頻震蕩器或高壓脈沖裝置來(lái)引燃電弧，不允許采用接觸引弧，以防焊縫產(chǎn)生夾鎢缺陷。

圖1 焊槍、焊絲和焊件的位置關(guān)系

焊接之前先測(cè)試焊接場(chǎng)地的溫度和濕度，當(dāng)溫度高于15 ℃、濕度小于85%時(shí)，才可以進(jìn)行焊接操作，這樣才能保證焊縫中不易形成氣孔。焊接時(shí)，首先在引弧板上進(jìn)行引弧操作，待鎢極溫度升高后馬上在鋁合金管5 點(diǎn)處進(jìn)行引弧。電弧引燃后，必須要先進(jìn)行預(yù)熱操作(停頓約4 s)，當(dāng)定位焊縫處溫度升高完全熔透形成熔孔后才開始添加焊絲，進(jìn)行正常焊接，逆時(shí)針?lè)较蛞恢焙附拥戒X合金管的正上方12點(diǎn)處。注意，當(dāng)快要焊接到鋁合金管正上方12 點(diǎn)時(shí)，就要開始準(zhǔn)備停弧操作了。?；〔僮髦覆僮髡咝枰m當(dāng)提高焊接速度，減少焊絲填充量，慢慢熄滅電弧，然后噴嘴保持原有高度原地停留5 s 以上進(jìn)行延時(shí)送氣操作，保證焊縫金屬不會(huì)被空氣氧化。

接頭操作很關(guān)鍵，稍微處理不好就容易在接頭處產(chǎn)生大面積氣孔。接頭時(shí)，在鋁合金管5 點(diǎn)處引燃電弧進(jìn)行預(yù)熱操作，當(dāng)定位焊縫全部熔透重新形成熔孔后，開始進(jìn)行正常焊接，順時(shí)針?lè)较蛞恢焙附拥?2 點(diǎn)處。注意，當(dāng)熔孔消失后就不需要再添加焊絲了，但電弧不熄滅一直向前焊接約20 ～30 mm 長(zhǎng)度。完成后熄滅電弧，噴嘴保持原有高度原地停留5 s 以上進(jìn)行延時(shí)送氣操作，保證焊縫金屬不會(huì)被空氣氧化。

3.2 蓋面層焊接

蓋面層焊接和打底層焊接的順序和方法基本一樣，只需要把焊接電流稍微加大一點(diǎn)。特別需要注意在整個(gè)焊接過(guò)程中焊絲和焊槍的角度盡量保持恒定，焊絲端頭一直都處在氬氣保護(hù)區(qū)內(nèi)，而且不能讓焊絲與鎢極發(fā)生觸碰，以免造成焊縫夾鎢［1］。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋁合金管的焊接質(zhì)量怎么保證，尤其是焊縫中氣孔的預(yù)防，起弧位置的選擇、接頭的處理方法，這些一直都是焊接難題。經(jīng)過(guò)多次鋁合金管焊接操作實(shí)驗(yàn)，得到了鋁合金管的焊接方法和操作技巧，這些經(jīng)驗(yàn)可以使焊工操作者快速掌握鋁合金管的具體焊接方法，在焊接過(guò)程中成功規(guī)避可能出現(xiàn)的焊接缺陷，對(duì)保證焊接質(zhì)量有很大的幫助。