铝合金管全位置焊接的操作要领及焊接技巧分析

陈星宇

(四川职业技术学院 医疗照护学院,四川 遂宁 629000)

铝合金属于银白色轻金属,有一定导热性能和导电性能,加工塑性高,近些年的使用量持续增加,其在国民经济水平的提升上发挥重要作用.为了更好地提高铝合金管焊接效果,相关人员应形成全位置焊接的思路,明确焊接操作要领,深入探索焊接技巧,继而给多个领域的发展夯实基础,具体如下.

1 铝合金材料焊接性能分析

焊接之前需要工作者整体上研究材料物理性能、化学性能,能够事先规避焊接中潜在不足.铝合金材料焊接性能如下:铝合金存在的导热率远远超过钢材,因此应重视热量集中、且准备功率指数较大的电源推进焊接顺利进展;铝合金相关熔点指数较低,对应冷却速度远远超过钢材,焊接操作结束后能够加快焊缝熔池冷却,在熔池内一些有害气体尚未完全溢出的情况下造成气孔缺陷[1];铝合金有极强的物理性质,焊接之后会出现焊件变形问题,若工艺流程不够科学,也会增加裂纹出现率;焊接铝合金的过程中,若没有注意到气体保护,一旦有高温情况便会使得熔池上出现氧化膜,且焊接之后容易生成夹渣缺陷,影响熔池内气体及时溢出,产生气孔缺陷;铝合金熔池有一定吸氢性能,特别是焊接区域温度小于15℃、对应湿度指数超过85%,实施全位置焊接管理,仰焊根部会引出气孔问题.

2 铝及铝合金的理化性能及焊接特点

2.1 易氧化

在常温情况下,铝自身表面会在氧化过程中生成氧化铝薄膜,避免铝一直被氧化.因为铝熔点指数是600℃、对应氧化铝的熔点指数是2050℃.实际焊接阶段,氧化铝薄膜会降低金属熔合速率,发展为夹渣,甚至造成焊缝有气孔[2].

2.2 较大的导热系数和比热容

铝的导热指数比较高,大约为钢的导热指数4倍,所以铝焊接需求的热量比较多,工作者要提供较大功率指数的热源.

2.3 易形成氢气孔

氢能会溶于液态金属,基本上不会有固态铝溶入氢能情况,那么熔池结晶的过程,液态铝内氢能会不断析出生成气泡,由于铝和铝合金比重指数不高,气泡在具体熔池内会减慢浮升速度[3].再者铝导热性能较高,冷凝速度比较快.因此焊缝中很有可能存有气孔.

2.4 易形成热裂纹

铝存在一定线膨胀系数,高于钢,会容易形成焊接应力,从而增加热裂纹的出现率.

2.5 烧穿和塌陷

铝合金,当以固态形式朝向液态形式转变时,基本上不会有颜色变化,对熔池温度的判断难度逐步增加.所以焊接过程,往往由于温度比较高造成烧穿问题,或者表现为塌陷程度大.

3 焊前准备

3.1 坡口加工采用机械加工法

对铝合金管进行焊接操作,焊接之前应重视坡口加工,首选机械加工模式,使得坡口表面足够平整,不存在毛刺或者飞边问题.坡口形式以V形不出现钝边为益,相关坡口角度最佳设定70°[4].

3.2 焊前准备

铝合金管接口部位的杂质清理,要想提高杂质清理的质量和效果,应控制氧气直接和油污接触,在焊接操作之前要实施脱脂,排除氧化膜的存在,采用具有时效性方式进行焊接操作.脱脂过程中,对铝合金管进行充分浸泡,准备质量分数为15%的氢氧化钠溶液处理10min,用清水完全冲洗.之后用质量分数为25%的硝酸溶液对浸泡液进行中和,大约为3min,之后通过清水完全冲洗并实施干燥处理.对距离铝合金管坡口大约40mm处的位置去除油污,应采取刮削、锉削的方法露出金属光泽,后续及时进行焊接操作[5].或者使用有机溶剂去除油污,如丙酮或者四氯化碳,已经被污染的焊丝或者已经被氧化的焊丝,都可以通过这些方式进行清理.结束清理的铝合金管、焊丝等,工作者要避免其再次污染,即在8h之内完成焊接,否则要重新处理.

接下来进行焊件装配,通过引弧板开展钨极预热,避免其在较大受热压力的影响下造成爆炸,产生严重后果.焊缝长度应小于20mm,确保焊缝与熔合点的匹配性,时刻避免焊接问题产生.

最后焊接之前进行防火棚搭建,焊接铝合金管,现场区域要保持清洁,确认调整好焊接的相对湿度以及环境温度,前者是小于等于80%、后者是大于5℃.

3.3 焊机的注意事项及其他

焊接铝合金管,焊机以TIG形式为最佳,此种机器有陡降的基本特征,电容量比较大.参数相对稳定化、使用性能比较安全,另外设定引弧装置、稳弧装置等,焊机中安装电流表以及电压表,达到计量单位检验的标准[6].应用焊机之前,要分析接地完好性,促进冷却水路能够通畅运行,相关功能均要处于最佳工作状态,焊接现场要保持清洁.

4 焊接工艺

4.1 焊接材料的选择

焊丝的选取,应尽可能和母材之间成分相似的板条,适当增加焊丝直径,氩气纯度超过99.9%,Al-Mg系列铝合金相关弧焊的操作,可以优先思考CB-AMr2、1577、CB-AMr6、CB-AMr263等材料应用的可行性,另外Al-Cu系列铝合金相关弧焊的操作,可以优先选取01217型号.

4.2 组对与点固焊

铝合金管能够在较短时间内导热以及结晶,因此组对过程要控制间隙或者钝边现象出现,不要强制焊接,避免焊接结束后产生较多应力,把焊缝长度设定为12mm左右.分析焊接的位置,以铝合金管7点或者12点位置为主,并且合理处理焊接缝,动态发现问题和处理问题.焊接之前充分清除铝合金氧化膜以及黑粉,对两端加以缓坡模式构建[7].焊件的工程开展,并不需要事先预热,在焊接之前要充分试焊,在不出现气孔的前提下开展规范化焊接管理.以高频引弧的形式,对起弧点超过焊接中心线大约20mm,停留一定时间大约是3″.接下来强化焊透的效果,借助大电流进行焊接.不要随意摆动焊丝,即焊丝端部要和氩气保护区互相结合,必要条件下减掉焊丝端部,对焊丝以及焊缝两者的夹角调整为150°.焊枪和实际的焊缝夹角以85°为最佳,提升氩气保护区的管理效果.及时选取大直径的焊枪瓷嘴,调整焊接温度,确切调整焊接速度和电流指数.大量实践能够证明:快速焊的形式能够降低气孔出现率.另外收弧的过程,及时对弧坑填满,减少熔池量,降低缩孔范围,且前后焊接的长度应保持为20mm左右.采取对接平焊的方式处理能够旋转的铝合金管,定位焊接位置首选上坡焊,达到焊透目的.对铝合金管底层进行焊接,不需要另外增加焊丝,然而后续的焊层应适当添加焊丝.

4.3 焊接方法与相关思考

铝合金TIG焊接过程,有引弧环节、焊接环节以及停弧环节.大量实践能够证明,焊接电流比较大、操作速度比较快,此过程得到的气体少一些,生成气孔率降低.焊接之前工作者应准备好TIG焊服装、准备防护手套,焊接的实践中利用TIG焊变光罩,避免弧光辐射影响工作者的身体健康.

4.3.1 打底层焊接项目

通常而言,手工模式的TIG焊接要以左焊方式为主,焊枪呈直线运行特点,不需要额外加以横向摆动,操作阶段引弧要借助高频振荡器促进电弧燃烧,不要进行接触引弧的操作,减少焊缝夹钨缺陷.焊接操作之前,工作者要分析焊接区域的环境特点,温湿度达到焊接条件情况下开展焊接.焊接过程,以引弧板为基础加以引弧项目,增加钨极温度即刻定位5点部位开展铝合金管引弧,接下来实施预热,大约为4″.焊缝部位温度能够熔透的前提下引进焊丝,开展标准化焊接操作.按照逆时针的形式最终定位铝合金管正上方位置,即12点.特别强调的是,在即将达到标准位置时,要停弧操作,工作者适当加快焊接速度,降低填充量,实现逐步熄灭[8].再次对喷嘴保持原有状态大约5″,增加送气时间,这样更好地规避焊缝金属氧化问题出现.接头焊接比较重要,若尚未有效地处理和操作,会增加接头位置有大量气孔.接头的焊接,明确铝合金管5点位置加以电弧引燃,确切对焊缝进行定位,完全熔透的前提下构建对应熔孔,接下来进行正常焊接操作.基于顺时针的形式定位12点的焊接部位,不要立即熄灭电弧,而是保持焊接20mm的长度.最终对喷嘴保持原有状态大约5″,降低焊缝金属氧化几率,图1为焊工焊接铝合金管操作示意图.

图1 铝合金管的焊接操作示意图

4.3.2 盖面层焊接项目

对于铝合金管的盖面层焊接,如图2所示,其操作顺序和打底层焊接顺序有较大相似之处,仅仅是需要更大的焊接电流.焊接期间要对焊丝以及焊枪两者形成的角度之间加以恒定化管理,确保焊丝焊头可以被氩气保护,不会有焊丝和钨极直接接触的问题,不会有焊缝夹钨现象.

图2 铝合金管的盖面层焊接

4.3.3 焊接质量保障中应思考的问题

铝合金管焊接之前要对焊缝两侧的氧化膜充分清理,保持焊缝的干燥性,否则在焊接操作中会产生夹渣问题;利用氩弧焊喷嘴的形式,适当增加喷嘴直径,起到一定保护作用,若直径过大,会增加氩气的使用量,不能保障焊透;工作者应思考氩气流量对焊接质量产生影响,适当调整氩气流量指数,过大引出浪费、过小引出涡流中存有空气;强调焊缝的平滑形式,焊缝根部应保持焊透的状态,管理线能量是每分钟120mm,这是提升铝合金管焊接质量的最佳形式.

4.3.4 焊缝缺陷的因素和思考

较低纯度的氩气以及氩气管路漏气等现象,会引出气孔.或者母材坡口部位存有氧化膜,在焊接之前尚未完全清除,引出材料被再次污染,因此要保障焊接的规范性;重视烧穿的影响因素,技术水平不高,操作过程比较缓慢,这是造成焊接烧穿的因素.因此进行铝合金管的焊接操作,安排有较强焊接技能的工作者实施项目;若电流比较小、焊接速度比较快,增加未焊透概率,为此工作者要全方位研究工艺评定参数,加强铝合金管焊接质量.

4.3.5 自动TIG焊的应用前景

铝合金管的焊接,除了手工TIG焊形式,自动TIG焊也拥有较为广泛的前景,图3为自动TIG焊.自动TIG焊能够更多作用在空间曲面厚板的焊接中,具有安全性、可靠性、精确性以及可行性.若铝合金管比较厚,尤其是平焊位置的处理,要借助自动TIG焊提升焊缝的处理质量,曲面立焊缝的处理,通过自动TIG焊的规范化应用,工作者能够结合焊缝位置调节自动TIG焊应用方向,强化焊缝处理效率.且利用自动TIG焊焊接横焊位置,气孔生成率能够大大减小,还会避免曲面构件焊接变形问题.

图3 自动TIG焊

5 结语

铝合金管全位置焊接是比较重要的一个工作项目,在具体焊接铝合金管过程中,相关人员应全面贯彻全位置焊接的思路,格外关注焊缝处理、起弧位置、接头操作等动作要点,结合铝合金管性能与焊接需求做好此工作,在工作中充分发挥自我技能.同时,在日常的铝合金管焊接中不断总结经验,整体上掌握铝合金管焊接技巧,避免产生焊接缺陷,从根源上保证焊接有效性.