鋁合金管橫焊的焊接操作技術王以兵婁全來姜振峰李斌中國石油天然氣管道局第三工程分公司（451450）0前言長期以來我公司一直以焊接管道為主，基本處在碳鋼和高碳鋼之間焊接作業，對焊接有色金屬鋁及鋁合金項目幾乎無任何接觸乃至空白。2012年管道局焊工大賽設立六個比賽焊接項目中就有鋁合金管橫焊，為此我們經過學習、研討和實際操作目前已逐步掌握鋁合金管橫焊操作技術，現將此操作技術做以下闡述。1焊前準備1.1鋁及鋁合金焊接時，焊前應嚴格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質量直接影響焊接工藝與接頭質量，如焊縫氣孔產生的傾向和力學性能等。常采用化學清洗和機械清理兩種方法。1.1.1化學清洗化學清洗效率高，質量穩定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產的工件。可用浸洗法和擦洗法兩種。可用丙酮、汽油、煤油等有機溶劑表面去油，用40°C?70°C的5%?10%NaOH溶液堿洗3min?7min（純鋁時間稍長但不超過20min），流動清水沖洗，接著用室溫至60C的30%HNO溶液酸洗1min?3min，流動清水沖洗，風干或低溫干燥。1.1.2機械清理在工件尺寸較大、生產周期較長、多層焊或化學清洗后又沾污時，常采用機械清理。先用丙酮、汽油等有機溶劑擦試表面以除油污，隨后直接用直徑為0.15mm?0.2mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金屬光澤為止。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時進入熔池產生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀、不銹鋼清潔球等清理待焊表面。工件和焊絲經過清洗和清理后，在存放過程中會重新產生氧化膜，特別是在潮濕環境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環境中，氧化膜成長得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時間應盡量縮短，在氣候潮濕的情況下，一般應在清理后4h內施焊。清理后如存放時間過長（如超過24h）應當重新處理。1.1.3焊前預熱薄、小鋁件一般不用預熱，厚度10mm?15mm時可進行焊前預熱，根據不同類型的鋁合金預熱溫度可為100°C?200°C，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。2坡口加工及焊接材料將規格為由80mmX5.0mm,材質為5AO6鋁合金管兩端開出單邊V形坡口，坡口角度為30度，施焊前將坡口兩側表面各10mm處上的油污、水分等雜質清除干凈，并使坡口內及兩側內外表面各大于10mm范圍內用旋轉式合金磨頭進行打磨至露出金屬光澤。將直徑為2.0?3.0mm材質為ER5356焊絲用丙酮清洗除去氧化膜待用。3保護氣體焊接鋁及鋁合金時，使用的保護氣體主要是氬氣及氦氣兩種，可以是單獨使用氬氣作為保護氣體，也可以將氬、氦按一定比例混合后作為保護氣體。氬氣是一種惰性氣體，是制氧時從空氣中獲得的副產品。它幾乎不與任何金屬產生化學作用，也不溶于金屬中。氬氣密度大，易排擠掉焊接區中的空氣，形成嚴密的覆蓋層，起到良好的保護作用。另外電弧在氬氣中燃燒穩定、熱源集中，因此氬弧焊時可獲得優質焊縫，這也是鋁及鋁合金通常采用氬弧焊的主要原因。鋁合金焊接時要求氬氣的純度是：（GB/T4842-2006）氬N99.99%；氮＜0.005%；氧＜0.001%；氫＜0.0005%；水分＜0.0015%；相對濕度不大于5%。氬氣純度的鑒別氬氣使用單位要對氬氣純度進行化學分析是比較困難，比較易行的鑒別方法是鎢極端面顏色鑒別法。方法是，鎢極與鋁板間引燃電弧，并保持固定不動，當鋁板上形成一熔化區時，立即熄滅電弧（此時仍通氬氣），待鎢極冷卻后其端面顯示出白亮顏色，即表示氬氣純度高，如呈氧化色（非銀白色），則這瓶氬氣純度不夠。鎢極選擇在交流電源焊接時，采用鈰鎢極。鈰鎢電極末端呈正球狀，而鈰鎢極因熔化而起“凸瘤”，并且燒損也極不規則。生產實踐亦證明，鈰鎢極、釷鎢極雖然允許電流密度大，但是在交流鎢極氣體保護焊時，鎢極末端形成球狀性能差，而且容易崩落鎢極，影響電弧穩定性及焊縫質量，因此鋁合金交流焊時宜采用純鎢電極。4焊接設備采用山東山大奧太WSME-315CH）鋁方波焊機，焊接設備啟動前，檢查設備安全。指示儀表、開關位置和電源極性，確認焊接參數，焊機地線應盡量靠近焊接區，用卡具將地線與鋁合金管接觸牢固，避免產生電弧，以確保安全性和正確使用性。4.1管口組對

管口組對是保證焊接的質量和背面成型良好的關鍵，如坡口形式，組對間隙和鈍邊的尺寸不合適容易造成一些焊接缺陷，為此在現場組對時需要采用工裝加緊機具，以保證鋁管不錯邊和間隙的合縫度。焊件組對時的定位焊縫應有合適的長度和間距。選用的焊絲及采取的工藝措施應與焊接工藝要求相同。定位焊縫不應有裂紋、氣孔、夾雜等缺陷，否則應清除重焊，重焊應在附近區域進行。將會熔入永久焊縫的定位焊縫及時清除表面氧化層等，并使焊縫兩端平滑過渡以便于接弧，否則應予修整。如圖1所示零間隙605.05合理的選擇焊接參數鋁管橫焊焊接工藝參數表見表1表1焊接參數表鋁管間隙鋁管間隙鈍邊刖氣起弧電流緩升電流打底00.52.0351.5150蓋面2.0351.5140緩減收弧氣體流量延氣清理強度頻率交流偏置2.545154.0-560-102.545154.0-560-106焊槍角度為了保證焊接質量，鋁合金管橫焊時焊槍角度十分重要，應始終控制在70-80度左右，上下焊槍氣流噴嘴應與管子面夾角成100度。根焊和蓋面角度基本相同，但電弧應盡量壓低，這樣可以控制焊接中電弧飄移和焊縫的寬窄，送絲時可采用點絲或拖絲的方法，任意一點可作為起弧點，之后沿焊道圓周向右焊至起弧點完成焊接。7操作要領橫焊是較容易掌握的一種焊接位置。握槍手要穩、鎢極端部與焊件要有2?3mm的距離，盡量不要跳動和擺動焊槍（走直線），正常的情況下應是等速向前移動，焊絲應有規律地從熔池的前半部送進（與熔池接觸送給）或移出，且焊絲端頭應在氬氣的保護區以內以防氧化。焊接底層時，當電弧引燃后，形成的熔池稍有下沉的趨勢，即說明已經焊透，應給送焊絲，同時向前移動焊槍，整個焊接過程應保持這種狀態。如焊絲過早地送給，則容易出現未焊透，給送焊絲不及時，容易造成焊瘤等缺陷。7.1根焊鋁合金橫焊要求單面焊接雙面成型，背部要求焊紋均勻且表面光滑并稍稍凸起，不得出現未焊透和未熔合等缺陷，施焊時，在焊道坡口內引弧，待電弧引燃后，在10mm范圍內做直線往復式加熱動作等金屬表面熔化送入兩滴鋁水，然后繼續做加熱動作。觀察到熔池輕輕向里一塌時即可正常焊接。焊接時應平穩、均勻、快速，熔池形狀大小及坡口寬窄應基本保持一致。坡口變寬說明焊速過慢、溫度過高其背部容易造成過瘤，過小焊接電流或過快的焊接速度容易產生未焊透和未熔合等缺陷，焊槍角度不對或焊接電流過大時則焊絲很難送到熔池中。所以通過合適的電流、電弧長度、焊接角度、焊接速度以及操作方法來控制熔池的形狀大小和坡口被熔化的寬窄，把鋁水準確的送到根部熔池，達到單面焊接雙面成型的目的，防止缺陷產生。接頭時在熔池收弧處用鋒鋼鋸條將焊道端頭拉鋸成稍坡裝，然后用半圓銼刀修磨為原始坡口形狀，使接頭處變薄，重新起弧在焊接時有助于背部焊道不產生脫節、內凹等缺陷。由于焊接后鋁管的溫度較高因此在每個接頭時要把焊接電流下調3-5A依次衰減達到減小熱輸入量的目的，從而獲得良好的焊道。7.2蓋面蓋面焊道是保證焊縫尺寸和外觀的關鍵，要求表面焊縫能夠圓滑過渡，成型美觀，焊縫余高應比焊縫高出0.5-1mm為宜，蓋面焊時，焊槍沿上坡口向下坡口做輕微的斜圓圈運動，擺幅要均勻，以壓住上下坡口兩側各0.5-1mm為宜，橫焊時，因為熔池金屬重力的作用，上部板的邊緣易產生咬邊，下部板的邊緣易產生焊瘤。為了防止熔敷金屬下垂，應保持焊槍角度為100°，焊槍與焊絲位置如圖2所示。送焊絲時，應將焊絲放在上坡口邊緣內防止焊道向下塌邊。焊槍角度要適宜，電弧可做稍微的拉長，以利于電弧的噴射力和電弧輪廓的覆蓋面積。保證焊道均勻過渡，獲得良好外觀。在蓋面焊接接頭時也應該把電流依次衰減，減少熱輸入量從而達到焊接目的。圖2

焊接