铝质流量阀的氩弧焊焊接工艺研究

袁有德

（威海职业学院船舶工程系，山东 威海264210）

0 引言

流量控制阀，用于控制气体或液体的流量，内部铝质管道的原焊接工艺采用手工钨极氩弧焊，具有以下缺点：（1）焊接施工条件差，劳动环境恶劣，由于管道较厚（≥25mm）,焊接前需进行200℃以上的焊前预热。（2）焊缝厚度小，熔深较浅，由于处在高压工作环境下，受到热胀冷缩的应力作用，易造成渗漏。 （3）焊接工作效率较低。 通过调研论证我们提出用熔化极氩弧焊代替钨极氩弧焊工艺并在生产实践中取得了成功，延长了设备的标定日期及设备使用寿命，提高了生产效率。

1 流量控制阀的结构及工况

流量控制阀为管壳式结构，壳体为一般为铸铁材质，内部管道材料为L2 工业纯铝。铝管规格为Φ32×6mm，长度为1200mm。管路工作压力较大，受温差影响而产生较大的拉应力。

2 可焊性分析

与钢质材料相比，金属铝具有较高的导电性和导热性，因此焊接时需要较高的热输入及线能量。铝的金属塑性好，线膨胀系数高，焊接时产生较大的塑性变形，较高的内应力。高温时铝的强度和塑性很低，易产生焊透及焊缝塌落等缺陷。 手工钨极氩弧焊具有焊缝质量高、电弧稳定、无飞溅且成形美观等特点，但是钨极氩弧焊钨极的承载电流能力较差，熔敷速度小、熔深浅、生产效率低等缺点。 受到钨极低承载电流的影响，一般只能焊接薄板，如果板厚过大（＞6mm）时需要开坡口并进行预热。因此，手工钨极氩弧焊在焊接中厚板时焊接效率低，工件变形大。对于铝质控制阀的管道，焊接时需要开坡口并预热到200℃时方可焊接，同时施焊时板束拘束力加大，刚度强，内应力大，易造成较大变形，影响管道的顺直。 在管道和板材交界处，由于焊道深度不够，较大的拘束易造成渗漏，减小设备的使用寿命。 而熔化极氩弧焊冶金过程简单，劳动生产率高，工作环境好，可以直流反接，有效去除氧化膜，提高焊接质量，不采用钨极，成本低。由于焊丝电流的承载力高，因而热输入大，焊缝熔深大，焊丝熔敷系数大，且焊接中厚板时，无需预热，提高了劳动生产率，减小了焊接变形。

3 焊接工艺

3.1 坡口制备

管孔采用机械加工开45°坡口， 以保证焊缝获得较大的熔深，保证良好的焊透性，增加焊缝金属的承载能力。铝管与管板相垂直，伸出长度小于2mm。

3.2 焊接设备及焊材

熔化极氩弧焊选用北京时代公司生产的型号为NBM-500 脉冲MIG 气保焊机。焊丝选用铝镁合金焊丝，型号为ER5358，Φ1.2 mm。焊丝的化学成分组成如下：Cu0.15%，Mn0.05～0.25%，Si+Fe0.5%，Ti0.05～0.25%，Zn0.15%，Cr0.06～0.2%，Mg4.8～5.6%，余量为Al。

3.3 焊接参数

焊接参数为：电流210～260A，电压23～26V，送丝速度10～13m/min,氩气流量18.5L/min,氩气纯度不低于99.75%。

3.4 工件的定位

采用托板固定铝管，按照铝管的位置，用钻头在筒体钻孔，孔距和法兰孔相同，然后将拖杆和筒体用螺栓固定。采用这种方法，可以减去定位焊这一步骤，简化工序，也降低焊接变形。

3.5 施焊

将流量计竖直放置并固定，采用平焊焊接。 焊缝处用角磨机打磨至出现金属光泽。将管件分区，均分为四区，按顺时针方向为1、2、3 和4 号区。 焊接时有1 区开始，按顺时针方向施焊直到焊接完2 区，然后在从4 区开始逆时针方向焊接到3 区完成焊接过程。首先在管板过桥区域及管道的四周堆焊5mm 焊层，目的是增大厚度及刚度，改善焊缝的力学性能，降低变形。 焊接时，焊丝与焊件成75°夹角，控制好焊接速度及送丝速度，匀速焊接，保持电弧长度的稳定性及气体流量。注意收弧时保证将弧坑填满，防止拥焊。

4 结束语

采用熔化极氩弧焊代替手工钨极氩弧焊于2010 年4 月焊接铝质流量阀5 台，经水压和气压防漏实验合格后与5 台采用手工钨极氩弧焊加工流量阀同时投入使用，8 个后进行标定时全部合格。 16 月后再次标定时，经手工钨极氩弧焊加工的五台流量阀中，有一台发生泄漏，而采用熔化极氩弧焊加工的设备全部合格。 两年后再次标定时，剩余的由手工钨极氩弧焊加工的流量阀中有两台发生渗漏，而采用熔化极氩弧焊加工的设备全部合格。预计采用熔化极氩弧焊的工艺比钨极氩弧焊的工艺焊接的设备，其使用寿命提高1 倍以上，标定时间可延长至16 个月一次，大大降低了因标定设备而造成的设备搁置，提高生产效率。 因设 备的泄漏点的降低，标定时间延长，可提高设备的使用铝，具有一定的社会效益。

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