铝合金管横焊的焊接操作技术

铝合金管横焊的焊接操作技术王以兵娄全来姜振峰李斌中国石油天然气管道局第三工程分公司（451450）0前言长期以来我公司一直以焊接管道为主，基本处在碳钢和高碳钢之间焊接作业，对焊接有色金属铝及铝合金项目几乎无任何接触乃至空白。2012年管道局焊工大赛设立六个比赛焊接项目中就有铝合金管横焊，为此我们经过学习、研讨和实际操作目前已逐步掌握铝合金管横焊操作技术，现将此操作技术做以下阐述。1焊前准备1.1铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。1.1.1化学清洗化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。可用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用40°C〜70°C的5%〜10%NaOH溶液碱洗3min〜7min（纯铝时间稍长但不超过20min），流动清水冲洗，接着用室温至60C的30%HNO溶液酸洗1min〜3min，流动清水冲洗，风干或低温干燥。1.1.2机械清理在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油污，随后直接用直径为0.15mm〜0.2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀、不锈钢清洁球等清理待焊表面。工件和焊丝经过清洗和清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜，特别是在潮湿环境下，在被酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜成长得更快。因此，工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的存放时间应尽量缩短，在气候潮湿的情况下，一般应在清理后4h内施焊。清理后如存放时间过长（如超过24h）应当重新处理。1.1.3焊前预热薄、小铝件一般不用预热，厚度10mm〜15mm时可进行焊前预热，根据不同类型的铝合金预热温度可为100°C〜200°C，可用氧一乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷。2坡口加工及焊接材料将规格为由80mmX5.0mm,材质为5AO6铝合金管两端开出单边V形坡口，坡口角度为30度，施焊前将坡口两侧表面各10mm处上的油污、水分等杂质清除干净，并使坡口内及两侧内外表面各大于10mm范围内用旋转式合金磨头进行打磨至露出金属光泽。将直径为2.0〜3.0mm材质为ER5356焊丝用丙酮清洗除去氧化膜待用。3保护气体焊接铝及铝合金时，使用的保护气体主要是氩气及氦气两种，可以是单独使用氩气作为保护气体，也可以将氩、氦按一定比例混合后作为保护气体。氩气是一种惰性气体，是制氧时从空气中获得的副产品。它几乎不与任何金属产生化学作用，也不溶于金属中。氩气密度大，易排挤掉焊接区中的空气，形成严密的覆盖层，起到良好的保护作用。另外电弧在氩气中燃烧稳定、热源集中，因此氩弧焊时可获得优质焊缝，这也是铝及铝合金通常采用氩弧焊的主要原因。铝合金焊接时要求氩气的纯度是：（GB/T4842-2006）氩N99.99%；氮＜0.005%；氧＜0.001%；氢＜0.0005%；水分＜0.0015%；相对湿度不大于5%。氩气纯度的鉴别氩气使用单位要对氩气纯度进行化学分析是比较困难，比较易行的鉴别方法是钨极端面颜色鉴别法。方法是，钨极与铝板间引燃电弧，并保持固定不动，当铝板上形成一熔化区时，立即熄灭电弧（此时仍通氩气），待钨极冷却后其端面显示出白亮颜色，即表示氩气纯度高，如呈氧化色（非银白色），则这瓶氩气纯度不够。钨极选择在交流电源焊接时，采用铈钨极。铈钨电极末端呈正球状，而铈钨极因熔化而起“凸瘤”，并且烧损也极不规则。生产实践亦证明，铈钨极、钍钨极虽然允许电流密度大，但是在交流钨极气体保护焊时，钨极末端形成球状性能差，而且容易崩落钨极，影响电弧稳定性及焊缝质量，因此铝合金交流焊时宜采用纯钨电极。4焊接设备采用山东山大奥太WSME-315CH）铝方波焊机，焊接设备启动前，检查设备安全。指示仪表、开关位置和电源极性，确认焊接参数，焊机地线应尽量靠近焊接区，用卡具将地线与铝合金管接触牢固，避免产生电弧，以确保安全性和正确使用性。4.1管口组对

管口组对是保证焊接的质量和背面成型良好的关键，如坡口形式，组对间隙和钝边的尺寸不合适容易造成一些焊接缺陷，为此在现场组对时需要采用工装加紧机具，以保证铝管不错边和间隙的合缝度。焊件组对时的定位焊缝应有合适的长度和间距。选用的焊丝及采取的工艺措施应与焊接工艺要求相同。定位焊缝不应有裂纹、气孔、夹杂等缺陷，否则应清除重焊，重焊应在附近区域进行。将会熔入永久焊缝的定位焊缝及时清除表面氧化层等，并使焊缝两端平滑过渡以便于接弧，否则应予修整。如图1所示零间隙605.05合理的选择焊接参数铝管横焊焊接工艺参数表见表1表1焊接参数表铝管间隙铝管间隙钝边刖气起弧电流缓升电流打底00.52.0351.5150盖面2.0351.5140缓减收弧气体流量延气清理强度频率交流偏置2.545154.0-560-102.545154.0-560-106焊枪角度为了保证焊接质量，铝合金管横焊时焊枪角度十分重要，应始终控制在70-80度左右，上下焊枪气流喷嘴应与管子面夹角成100度。根焊和盖面角度基本相同，但电弧应尽量压低，这样可以控制焊接中电弧飘移和焊缝的宽窄，送丝时可采用点丝或拖丝的方法，任意一点可作为起弧点，之后沿焊道圆周向右焊至起弧点完成焊接。7操作要领横焊是较容易掌握的一种焊接位置。握枪手要稳、钨极端部与焊件要有2〜3mm的距离，尽量不要跳动和摆动焊枪（走直线），正常的情况下应是等速向前移动，焊丝应有规律地从熔池的前半部送进（与熔池接触送给）或移出，且焊丝端头应在氩气的保护区以内以防氧化。焊接底层时，当电弧引燃后，形成的熔池稍有下沉的趋势，即说明已经焊透，应给送焊丝，同时向前移动焊枪，整个焊接过程应保持这种状态。如焊丝过早地送给，则容易出现未焊透，给送焊丝不及时，容易造成焊瘤等缺陷。7.1根焊铝合金横焊要求单面焊接双面成型，背部要求焊纹均匀且表面光滑并稍稍凸起，不得出现未焊透和未熔合等缺陷，施焊时，在焊道坡口内引弧，待电弧引燃后，在10mm范围内做直线往复式加热动作等金属表面熔化送入两滴铝水，然后继续做加热动作。观察到熔池轻轻向里一塌时即可正常焊接。焊接时应平稳、均匀、快速，熔池形状大小及坡口宽窄应基本保持一致。坡口变宽说明焊速过慢、温度过高其背部容易造成过瘤，过小焊接电流或过快的焊接速度容易产生未焊透和未熔合等缺陷，焊枪角度不对或焊接电流过大时则焊丝很难送到熔池中。所以通过合适的电流、电弧长度、焊接角度、焊接速度以及操作方法来控制熔池的形状大小和坡口被熔化的宽窄，把铝水准确的送到根部熔池，达到单面焊接双面成型的目的，防止缺陷产生。接头时在熔池收弧处用锋钢锯条将焊道端头拉锯成稍坡装，然后用半圆锉刀修磨为原始坡口形状，使接头处变薄，重新起弧在焊接时有助于背部焊道不产生脱节、内凹等缺陷。由于焊接后铝管的温度较高因此在每个接头时要把焊接电流下调3-5A依次衰减达到减小热输入量的目的，从而获得良好的焊道。7.2盖面盖面焊道是保证焊缝尺寸和外观的关键，要求表面焊缝能够圆滑过渡，成型美观，焊缝余高应比焊缝高出0.5-1mm为宜，盖面焊时，焊枪沿上坡口向下坡口做轻微的斜圆圈运动，摆幅要均匀，以压住上下坡口两侧各0.5-1mm为宜，横焊时，因为熔池金属重力的作用，上部板的边缘易产生咬边，下部板的边缘易产生焊瘤。为了防止熔敷金属下垂，应保持焊枪角度为100°，焊枪与焊丝位置如图2所示。送焊丝时，应将焊丝放在上坡口边缘内防止焊道向下塌边。焊枪角度要适宜，电弧可做稍微的拉长，以利于电弧的喷射力和电弧轮廓的覆盖面积。保证焊道均匀过渡，获得良好外观。在盖面焊接接头时也应该把电流依次衰减，减少热输入量从而达到焊接目的。图2

焊接