鋁合金管全位置焊接的操作要領及焊接技巧

楊入穩

(四川信息職業技術學院，四川 廣元628017)

鋁合金為銀白色輕金屬，它導電、 導熱性能較好，質量輕、加工塑性好，并且它具有良好的低溫性能，它在工業上被廣泛使用，其使用量逐年增加現僅此于鋼，由此可見鋁合金在國民經濟當中的重要性。本文通過對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，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，成功規避焊接過程中容易出現的各種焊接缺陷問題。

1 鋁合金材料焊接性能分析

焊接加工主要是對材料的加工，焊接操作之前充分了解該材料的物理化學性能對焊接質量的影響，可以提前規避焊接過程中可能產生的缺陷。

(1)鋁合金導熱率是鋼材的四倍，所以需要有熱量集中、功率較大的電源來保證焊接過程的持續進行；

(2)鋁合金的熔點比較低、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常快，這就導致熔池中的有害氣體來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，如果工藝設置不合理就很容易產生裂紋；

(4)鋁合金焊接時，如果氣體保護效果不好，高溫時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的吸氫能力，尤其是當焊接場地溫度低于15 ℃、濕度大于85%時，在進行管全位置焊接時，仰焊位置的根部就很容易產生氣孔［2］。

2 焊前準備

2.1 焊材準備

(1)本文選用Φ89 mm × 3 的普通鋁合金管為例進行焊接工藝分析；

(2)電源要求能自動引弧、焊接過程中電弧燃燒穩定且參數可以進行靈活調節；

(3)焊絲要求其合金元素含量稍高于母材；

(4)電極選用沒有放射性的鈰鎢極；

(5)保護氣采用惰性氣體氬氣，其純度必須達到99.99%以上。

2.2 焊件清理

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

焊件和焊絲表面進行去油污處理一般采用丙酮或異丙醇等有機溶劑。為了提高效率，保證清洗質量，對焊件焊口30 ～50 mm 范圍內進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溶液中進行光化處理3 min 左右(直至焊口變亮)，最后把焊件撈出進行100 ℃的烘干作業。焊件清洗過程注意事項：

(1)清洗干凈的焊件或焊絲，操作者必須要戴干凈的手套進行取拿；

(2)清洗過的焊件或焊絲一定要注意保存，防止再次污染；

(3)清洗過的焊件要盡快完成后序焊接操作，放置時間最好不要超過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。焊件進行組對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：

(1)定位焊的焊接電流比正常焊接時的電流大20%；

(2)定位焊前，必須使用引弧板進行鎢極預熱，防止鎢極突然受熱產生爆炸現場，造成焊縫夾鎢缺陷；

(3)該管的定位焊設置在5 點和12 點兩處；

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

(5)定位焊不得有任何焊接缺陷產生。

表1 普通鋁合金管裝配要求

3 焊接過程

鋁合金管進行TIG 焊操作主要包括引弧、焊接和停弧三個過程，Φ89 mm × 3 鋁合金管只需要進行打底和蓋面兩層焊接。通過多次實踐證明，焊接電流偏大一點、焊接速度偏快一點，鋁合金管在焊接時焊縫金屬處于液態時間就要短一些，這個過程吸收的氣體就相對比較少，產生氣孔的幾率就較小，詳細焊接工藝參數見表2。焊工操作前應穿戴好專用的TIG 焊工作服、專用防護手套，焊接時，必須帶TIG 焊變光罩、扣緊衣領和袖口，預防弧光輻射對身體造成傷害。

表2 焊接工藝參數

3.1 打底層焊接

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

圖1 焊槍、焊絲和焊件的位置關系

焊接之前先測試焊接場地的溫度和濕度，當溫度高于15 ℃、濕度小于85%時，才可以進行焊接操作，這樣才能保證焊縫中不易形成氣孔。焊接時，首先在引弧板上進行引弧操作，待鎢極溫度升高后馬上在鋁合金管5 點處進行引弧。電弧引燃后，必須要先進行預熱操作(停頓約4 s)，當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，進行正常焊接，逆時針方向一直焊接到鋁合金管的正上方12點處。注意，當快要焊接到鋁合金管正上方12 點時，就要開始準備停弧操作了。停弧操作指操作者需要適當提高焊接速度，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 以上進行延時送氣操作，保證焊縫金屬不會被空氣氧化。

接頭操作很關鍵，稍微處理不好就容易在接頭處產生大面積氣孔。接頭時，在鋁合金管5 點處引燃電弧進行預熱操作，當定位焊縫全部熔透重新形成熔孔后，開始進行正常焊接，順時針方向一直焊接到12 點處。注意，當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 以上進行延時送氣操作，保證焊縫金屬不會被空氣氧化。

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。特別需要注意在整個焊接過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區內，而且不能讓焊絲與鎢極發生觸碰，以免造成焊縫夾鎢［1］。

4 結束語

鋁合金管的焊接質量怎么保證，尤其是焊縫中氣孔的預防，起弧位置的選擇、接頭的處理方法，這些一直都是焊接難題。經過多次鋁合金管焊接操作實驗，得到了鋁合金管的焊接方法和操作技巧，這些經驗可以使焊工操作者快速掌握鋁合金管的具體焊接方法，在焊接過程中成功規避可能出現的焊接缺陷，對保證焊接質量有很大的幫助。