浅谈铝合金板V型坡口立对接的焊接技术

浅谈铝合金板 V型坡口立对接的焊接技术

鲍明春，2.张涛，3.万立征

中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东省青岛市，266000

摘要：近年来，随着高速铁路的迅猛发展，铝合金作为高速动车组制作的关键材料之一，其需求量也日益剧增。针对这一现象，提出了铝合金加工中焊接成型的缺陷控制方法研究，深入研究了铝合金在成型过程中存在的缺陷问题，而导致的铝合金质量下降的问题，首先提出了横浇道的设计来解决焊接成型中的缺陷问题，然后通过实验证明了，该方法可以使得到的铝合金材料的缺陷个数明显减小，从而验证了该缺陷控制方法的使用价值。因此添加横浇道的缺陷控制方法应该尽快的应用到铝合金的加工过程中，进而从根本上提高铝合金加工制品的质量。

关键词：铝合金板；V型坡口立对接；焊接技术

引言

随着目前世界及我国现代工业的高速发展，各行业企业对铝合金焊接的需求明显扩大，要求也不断提高。随之而来的各类职业院校焊接技能大赛及焊工考试中，常出现铝合金板对接平焊或立焊操作项目，其中立对接难度更大。通常在铝合金焊接中，主要有角变形、根部未焊透、未熔合、内部密集气孔等缺陷，将直接导致产品焊接质量不达标、技能大赛选手落选的后果。针对这些问题，我们结合本单位实际情况，以及技能竞赛要求，对铝合金板V型坡口立对接，我们采用钨极氩弧焊方法，对单面焊双面成形的焊接技术进行不断探索与尝试，主要包括：坡口加工、装配定位、控制反变形大小、选择焊接工艺参数等，具体如下文所述。

1铝合金焊接加工过程中缺陷的控制方法

1.1 横浇道的设计

铝合金焊接过程中最大的缺陷问题，就是由于漏气导致的铝合金表面的气孔过多，从而降低了铝合金的质量。本文通过设计出横浇道的方法来控制表面上过多气孔的生成。横浇道是指从在焊接过程中，融合的金属在通过直浇道末端到内浇口之间的增加的通道，从而保证了在焊接过程中不被有漏气的情况；根据其应用的部分横浇道可分为主横浇道和过渡横浇道。其中主横浇道是为了保证直浇道流来的熔融液体能在特定的温度、速度和压力作用下，平稳地疏松到内浇道内部，从而使熔融液体成理想流向填充型腔。横浇道的截面积要保证熔融液体在从直浇道起到内浇口止的过程中无外泄的可能性的情况下，最大限度缩小。因为如果在横浇道处出现截面积过大的话，熔融液体在流到内浇道过程中会出现减压的现象，进而导致分型面上的空气倒吸，增加金属液流动过程中的涡流。此外横浇道的厚度和程度一定有严格的控制。先说厚度，如果横浇道过薄，则保温性能差，会使熔融液体因温度降低而凝固;若横浇道过厚时冷却速度缓慢，也会影响铝合金的生产效率，并且消耗大量的成分。再说保持一定长度的目的，主要是保证熔融液体的稳流和导向运动。横浇道的基本形式有扇形浇道、等宽浇道、字型浇道、锥形切向浇道、圆形浇道等。横浇道的截面形状有梯形、长梯形、圆形等。

1.2添加横浇道设备的控制操作步骤

要想保证横浇道的设计可以有效的实施，就必须对相关的焊接工作人员进行横浇道设计理论的普及教育。在有横浇道参与的焊接操作步骤为：首先在焊接工作之前必须清除焊缝、焊丝等区域的污垢、杂质、水分、油污、锈蚀等；其次在将横浇道接入直浇道末道与内浇道之间的接口出；随后将内部注入冷水，来检测装置是否接好；然后在保证了气密性的条件下，使用气密性良好的管路进行焊接操作，要注意焊枪角度是否正确；焊接的电弧稳定且不宜太长；尽量避免在同一部位重复起弧，需重复起弧时要打磨接头；焊丝伸出长度、喷嘴与焊件间距离合适；坡口间隙合理；焊接过程后要确保焊接电弧3m范围内的空气湿度小于85%～95%；之后在焊接重点位置时，可以采取相关措施适当降低环境湿度；最后在焊条暴露在空气中指定的时间之后，应当展开重新烘干，切记不可使用未达标的焊接材料。

2铝合金板V型坡口立对接的焊接技术

2.1打底焊

在铝合金工件正式施焊前，最好采用喷灯对工件正面进行预热，由于立对接焊缝的熔化金属因重力作用而产生下坠，熔池的大小和形状不容易控制，要注意预热的温度不宜过高，预热温度应控制在200℃左右，可以用TEMPILSTIK温度测试蜡笔，该系例的测试蜡笔共有87个温度级别，由40℃开始到400℃以下，每5℃为一个级别，焊前用蜡笔在预热处画一直线，当预热温度达到所选定的温度时，则该颜色的蜡笔会改变颜色。这样就可以停止预热。打底焊时，从下向上进行焊接，右手握焊枪，左手拿焊丝。钨极伸出喷嘴长度为4-8mm，喷嘴与焊件夹角为75-85°，引弧后将电弧在定位焊缝处稍加停留，当定位焊缝处熔化后，方可加丝，加丝时，向熔池内送焊丝用力不能过猛，焊丝不能超越熔池前端。焊枪沿着坡口两侧作均匀的锯齿形摆动。同时，电弧不能抬得过高，摆动的幅度也不能过大，手动加丝速度均匀，加丝动作均匀、有规律。氩弧焊过程中，还要注意观察焊接参数的变化及相互关系，随时调整焊枪的角度和焊接的速度。当发现熔池增大、焊缝出现下塌时，说明熔池温度偏高，这时要加快焊接速度和加丝速度；当发现熔池较小时，说明熔池温度偏低，这时应减慢焊接速度和加丝速度，直至熔池恢复原来尺寸大小。打底焊后，对焊缝进行清理，清除打底层的黑灰、飞溅等，保护铝合金工件表面的同时，保证焊缝表面干净。

2.2铝合金的熔焊工艺分析

（1）焊前准备铝合金的焊前准备非常关键，否则会对铝合金的焊接质量造成很大的影响。焊前要对铝合金的表面用酒精或丙酮擦拭清理，清除工件表面的水、油等污染性的杂质。如被氧化了的铝合金工件，需要对工件进行清理打磨或化学试剂处理并吹干，再及时完成焊接。铝合金焊接时要加快熔池的流动性，可在焊件背面垫铜板以提高焊缝的成形质量。（2）常规熔化焊铝合金常规的熔化焊方法有TIG焊、MIG焊等，焊接时，采用氩气作为保护气来隔绝空气，实现减少或避免焊缝产生气孔。常规熔化焊存在着以下问题。1）焊接时会输入大量的热源，导致焊缝宽且熔深较浅。2）铝合金冶金速度快，导致焊缝组织晶粒粗大，焊接接头软化可使强度减少40%左右。3）铝合金熔点低而导热快，熔融金属流动性差而使焊缝成形不美观。4）焊接时受热面积大，加工材料容易变形而影响加工尺寸精度。

2.3调整焊接工艺参数

在焊接的过程中，焊接工艺参数也是影响焊接效果的重要参数。如果焊接工艺参数处于不平衡状态，数值增长过快都会产生焊接裂纹。采用热量集中的焊接方式，可以加速焊接速度，同时还可以预防形成粗大的柱状晶体，有效改善了裂纹问题。而采用比较小的电流焊接的方式，其焊接速度会相对比较慢，但是也能减少熔池过热的现象，可以大大减少裂纹的产生。对于这一类焊接情况，就必须根据铝合金的形状以及焊接工艺来调整其焊接参数以及焊接方式，保证焊品的美观性和完整性。其次，其实焊接工艺对于材料的要求也比较高，比如铝合金材料，在焊接之前首先要对表面进行处理，保证其焊接表面的平整性，因为如果有杂物也会使材料产生裂缝，降低焊接质量。另外，铝合金材料在焊接时，为了不使材料形成比较大的刚性合力，可以采用分段焊接，或者是预热，以此来控制焊接速度，减少焊接裂纹的产生。预热处理可以使焊接材料的膨胀性相对较小，那么焊接应力也就比较低，铝合金焊接起来也很美观，不会产生裂纹。

结语

铝合金是发展过程中应用范围越来越广的材料，如何不断提高铝合金材料的应用范围及利用率，是目前各行各业研究的重心。

参考文献

[1]汪健坤，李强，黄磊，等.激光焊接技术最新研究进展及应用现状[J].金属加工（热加工），2020（3）：4-10.

[2]陈俐，巩水利.铝合金激光焊接技术的应用与发展[J].航空制造技术，2011（11）：46-49.