薄壁鋁合金非型材長管件縱向?qū)拥暮附臃椒?/h1>
2013-08-06 04:34:42翟立颯
電焊機(jī) 2013年10期
翟立颯
（北京賽德高科鐵道電氣科技有限責(zé)任公司，北京 100081）
0 前言
目前在鐵路干線動(dòng)車組、交流大功率電力機(jī)車等機(jī)車上，板厚2.5 mm的鋁合金5083材料的焊接、接頭為對接接頭的鋁合金非型材長管件縱向?qū)拥暮附?，在不使用焊接機(jī)器人的情況下均采用單面焊單面成形，該方法接頭質(zhì)量不高，容易引起未焊透、氣孔、未熔合、夾雜、下塌及背面成形不良等焊接缺陷，不但焊接接頭容易出現(xiàn)失效，并且容易引起整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)件失效，不易保證產(chǎn)品整體強(qiáng)度，對行車安全造成不良影響。在此，提供了一種工藝方法，可以滿足此類產(chǎn)品提高產(chǎn)品質(zhì)量、保證行車安全的要求，同時(shí)節(jié)約設(shè)備成本，比如避免投入焊接機(jī)器人等高端焊接設(shè)備。
1 產(chǎn)品材料及結(jié)構(gòu)[1-5]
待焊產(chǎn)品為薄壁鋁合金非型材長管件，材料采用板厚2.5 mm的5083鋁合金，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸約2500 mm×150 mm×45 mm，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 工藝內(nèi)容
2.1 坡口準(zhǔn)備
圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
在零件的待焊部位開坡口，坡口型式為單邊倒角15°，鈍邊1.5 mm，坡口型式如圖2所示。
圖2 產(chǎn)品坡口型式
2.2 清理工藝
2.2.1 機(jī)械清理
采用不銹鋼絲刷將待焊部位兩側(cè)25 mm內(nèi)的氧化物及其他雜質(zhì)清理干凈，直至露出金屬光澤。
2.2.2 化學(xué)清洗
分別配制50℃～60℃含8%～10%NaOH（火堿）溶液和HNO3（硝酸）40%～50%的溶液；將待焊接零件浸入NaOH（火堿）中浸泡6～8 min，每批浸洗前，首先用PH試紙檢測 NaOH（火堿），其PH值應(yīng)為13～14，PH值不足規(guī)定時(shí)，可隨時(shí)加入適量的NaOH，使PH值達(dá)到規(guī)定值；從堿溶液中取出零件后，用冷水沖洗。清除工件表面上的NaOH（火堿）殘留物，將清洗后的零件放入硝酸溶液中浸泡，時(shí)間為30～60 s，但不得超過1 min。每批浸洗前用PH試紙檢測硝酸濃度值，PH值應(yīng)為1，PH值不足規(guī)定時(shí)，可隨時(shí)加入適量的硝酸，使PH值達(dá)到規(guī)定值；將零件從硝酸溶液中取出，放入水中清洗，清除工件表面的硝酸殘留物。
2.3 焊接工藝
接頭型式為對接，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，采用規(guī)格直徑1.2 mm的5087焊絲，焊接參數(shù)為：電流 65～95 A、電壓 18±3 V；電流極性采用交流；保護(hù)氣體采用純度大于等于99.99%的Ar氣，氣體流量為16±3 L/min；背面保護(hù)氣體采用純度大于等于99.99%的 Ar氣，氣體流量為 16±3 L/min。焊接速度為 8.7±0.3 mm/s。
先焊管件第一面長焊縫，焊好后，翻轉(zhuǎn)管件，采用同樣的焊接參數(shù)焊接第二面。
3 工藝優(yōu)點(diǎn)
3.1 坡口準(zhǔn)備
該坡口準(zhǔn)備工藝能保證焊縫熔深，不會(huì)產(chǎn)生未焊透、下塌等焊接缺陷，并且能保證焊縫成形美觀。
3.2 清理
采用機(jī)械清理+化學(xué)清洗，徹底清理待焊部位的氧化膜等雜質(zhì)，避免產(chǎn)生氣孔、未熔合、夾雜等焊接缺陷。
3.3 焊接工藝
（1）采用焊縫正面、背面保護(hù)氣體，充分保護(hù)焊接熔池，保證焊縫雙面成形良好，避免產(chǎn)生氣孔、下塌等焊接缺陷。
（2）采用合理的電流、電壓、焊接速度，能充分熔化母材金屬，保證母材金屬熔透，但不產(chǎn)生成形不良、未焊透、氣孔、未熔合、下塌、燒穿、夾雜等焊接缺陷，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
（3）焊接填充材料采用直徑1.2 mm的焊絲，能保證焊接接頭質(zhì)量，并滿足產(chǎn)品強(qiáng)度要求，最終保證產(chǎn)品質(zhì)量要求。
4 質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果
（1）產(chǎn)品焊縫外觀檢驗(yàn)：按ISO17637-2003標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，按ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級驗(yàn)收。
結(jié)果：無裂紋、氣孔、未熔合、咬邊及其他焊接缺陷，外觀檢驗(yàn)合格，焊縫外觀如圖3所示。
圖3 焊縫外觀
（2）產(chǎn)品焊縫滲透探傷檢驗(yàn)：按EN1289-2002標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，按ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級驗(yàn)收。
結(jié)果：無裂紋、氣孔、未熔合、咬邊及其他缺陷,滲透探傷檢驗(yàn)合格。
（3）產(chǎn)品焊縫X射線探傷檢驗(yàn)：按ISO17636-2003標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，按ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級驗(yàn)收。
結(jié)果：無裂紋、未熔合、咬邊等焊接缺陷，存在ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級要求規(guī)定的可接受氣孔，X射線探傷檢驗(yàn)合格。
（4）產(chǎn)品試件做力學(xué)性能檢驗(yàn)：室溫拉伸和完全試驗(yàn)分別按ISO4136-2001和ISO5173-2000標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，按ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級驗(yàn)收。
4.4.1 拉伸試驗(yàn)
室溫拉伸試驗(yàn)在WE-300液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試件尺寸如圖4所示。
圖4 拉伸試件尺寸
4.4.2 彎曲試驗(yàn)
室溫彎曲試驗(yàn)在WB-300型微機(jī)控制電液伺服板材彎曲試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試件尺寸如圖5所示。
圖5 彎曲試件尺寸
4.4.3 力學(xué)性能檢驗(yàn)
力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表1，檢驗(yàn)結(jié)果合格。
表1 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果
4.5 宏觀金相檢驗(yàn)
產(chǎn)品焊縫宏觀金相檢驗(yàn)：用BX51M金相顯微鏡對焊接接頭的組織形態(tài)進(jìn)行觀察，并進(jìn)一步觀察接頭是否存在焊接缺陷，宏觀金相如圖6所示。
圖6 焊接接頭宏觀金相
宏觀金相顯示產(chǎn)品樣件焊接接頭無裂紋、氣孔、未熔合、未焊透、咬邊等焊接缺陷，檢驗(yàn)結(jié)果合格。
5 結(jié)論
（1）提供的薄壁鋁合金非型材長管件縱向?qū)拥暮附臃椒?，加工了合適的焊接坡口，且采用機(jī)械清理+化學(xué)清洗，徹底清理待焊部位的氧化膜等雜質(zhì)；同時(shí)選取合適的正、背面保護(hù)氣體流量和焊接速度；保證了單面焊雙面成形的接頭質(zhì)量，避免了成形不良、未焊透、氣孔、未熔合、燒穿、下塌、夾雜等焊接缺陷的產(chǎn)生，降低了返修率及廢品率，提高了生產(chǎn)效率。
（2）在薄壁鋁合金非型材長管件縱向?qū)拥暮附由a(chǎn)沒有焊接機(jī)器人等高端焊接設(shè)備的情況下，為焊接工藝滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求提供了保證。
（3）節(jié)約了焊接高端設(shè)備的投入，降低了制造成本。
[1]周萬盛，姚君山.鋁及鋁合金的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[2]田容章，王祝堂.鋁合金及其加工手冊[M].長沙：中南大學(xué)出版社,2000.8
[3]潘復(fù)生，張丁菲.鋁合金及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[4]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[5]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[6]陳裕川.現(xiàn)代焊接生產(chǎn)實(shí)用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
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1 產(chǎn)品材料及結(jié)構(gòu)[1-5]
待焊產(chǎn)品為薄壁鋁合金非型材長管件，材料采用板厚2.5 mm的5083鋁合金，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸約2500 mm×150 mm×45 mm，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 工藝內(nèi)容
2.1 坡口準(zhǔn)備
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在零件的待焊部位開坡口，坡口型式為單邊倒角15°，鈍邊1.5 mm，坡口型式如圖2所示。
圖2 產(chǎn)品坡口型式
2.2 清理工藝
2.2.1 機(jī)械清理
采用不銹鋼絲刷將待焊部位兩側(cè)25 mm內(nèi)的氧化物及其他雜質(zhì)清理干凈，直至露出金屬光澤。
2.2.2 化學(xué)清洗
分別配制50℃～60℃含8%～10%NaOH（火堿）溶液和HNO3（硝酸）40%～50%的溶液；將待焊接零件浸入NaOH（火堿）中浸泡6～8 min，每批浸洗前，首先用PH試紙檢測 NaOH（火堿），其PH值應(yīng)為13～14，PH值不足規(guī)定時(shí)，可隨時(shí)加入適量的NaOH，使PH值達(dá)到規(guī)定值；從堿溶液中取出零件后，用冷水沖洗。清除工件表面上的NaOH（火堿）殘留物，將清洗后的零件放入硝酸溶液中浸泡，時(shí)間為30～60 s，但不得超過1 min。每批浸洗前用PH試紙檢測硝酸濃度值，PH值應(yīng)為1，PH值不足規(guī)定時(shí)，可隨時(shí)加入適量的硝酸，使PH值達(dá)到規(guī)定值；將零件從硝酸溶液中取出，放入水中清洗，清除工件表面的硝酸殘留物。
2.3 焊接工藝
接頭型式為對接，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，采用規(guī)格直徑1.2 mm的5087焊絲，焊接參數(shù)為：電流 65～95 A、電壓 18±3 V；電流極性采用交流；保護(hù)氣體采用純度大于等于99.99%的Ar氣，氣體流量為16±3 L/min；背面保護(hù)氣體采用純度大于等于99.99%的 Ar氣，氣體流量為 16±3 L/min。焊接速度為 8.7±0.3 mm/s。
先焊管件第一面長焊縫，焊好后，翻轉(zhuǎn)管件，采用同樣的焊接參數(shù)焊接第二面。
3 工藝優(yōu)點(diǎn)
3.1 坡口準(zhǔn)備
該坡口準(zhǔn)備工藝能保證焊縫熔深，不會(huì)產(chǎn)生未焊透、下塌等焊接缺陷，并且能保證焊縫成形美觀。
3.2 清理
采用機(jī)械清理+化學(xué)清洗，徹底清理待焊部位的氧化膜等雜質(zhì)，避免產(chǎn)生氣孔、未熔合、夾雜等焊接缺陷。
3.3 焊接工藝
（1）采用焊縫正面、背面保護(hù)氣體，充分保護(hù)焊接熔池，保證焊縫雙面成形良好，避免產(chǎn)生氣孔、下塌等焊接缺陷。
（2）采用合理的電流、電壓、焊接速度，能充分熔化母材金屬，保證母材金屬熔透，但不產(chǎn)生成形不良、未焊透、氣孔、未熔合、下塌、燒穿、夾雜等焊接缺陷，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
（3）焊接填充材料采用直徑1.2 mm的焊絲，能保證焊接接頭質(zhì)量，并滿足產(chǎn)品強(qiáng)度要求，最終保證產(chǎn)品質(zhì)量要求。
4 質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果
（1）產(chǎn)品焊縫外觀檢驗(yàn)：按ISO17637-2003標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，按ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級驗(yàn)收。
結(jié)果：無裂紋、氣孔、未熔合、咬邊及其他焊接缺陷，外觀檢驗(yàn)合格，焊縫外觀如圖3所示。
圖3 焊縫外觀
（2）產(chǎn)品焊縫滲透探傷檢驗(yàn)：按EN1289-2002標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，按ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級驗(yàn)收。
結(jié)果：無裂紋、氣孔、未熔合、咬邊及其他缺陷,滲透探傷檢驗(yàn)合格。
（3）產(chǎn)品焊縫X射線探傷檢驗(yàn)：按ISO17636-2003標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，按ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級驗(yàn)收。
結(jié)果：無裂紋、未熔合、咬邊等焊接缺陷，存在ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級要求規(guī)定的可接受氣孔，X射線探傷檢驗(yàn)合格。
（4）產(chǎn)品試件做力學(xué)性能檢驗(yàn)：室溫拉伸和完全試驗(yàn)分別按ISO4136-2001和ISO5173-2000標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，按ISO10042-2006標(biāo)準(zhǔn)中B級驗(yàn)收。
4.4.1 拉伸試驗(yàn)
室溫拉伸試驗(yàn)在WE-300液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試件尺寸如圖4所示。
圖4 拉伸試件尺寸
4.4.2 彎曲試驗(yàn)
室溫彎曲試驗(yàn)在WB-300型微機(jī)控制電液伺服板材彎曲試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試件尺寸如圖5所示。
圖5 彎曲試件尺寸
4.4.3 力學(xué)性能檢驗(yàn)
力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表1，檢驗(yàn)結(jié)果合格。
表1 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果
4.5 宏觀金相檢驗(yàn)
產(chǎn)品焊縫宏觀金相檢驗(yàn)：用BX51M金相顯微鏡對焊接接頭的組織形態(tài)進(jìn)行觀察，并進(jìn)一步觀察接頭是否存在焊接缺陷，宏觀金相如圖6所示。
圖6 焊接接頭宏觀金相
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5 結(jié)論
（1）提供的薄壁鋁合金非型材長管件縱向?qū)拥暮附臃椒?，加工了合適的焊接坡口，且采用機(jī)械清理+化學(xué)清洗，徹底清理待焊部位的氧化膜等雜質(zhì)；同時(shí)選取合適的正、背面保護(hù)氣體流量和焊接速度；保證了單面焊雙面成形的接頭質(zhì)量，避免了成形不良、未焊透、氣孔、未熔合、燒穿、下塌、夾雜等焊接缺陷的產(chǎn)生，降低了返修率及廢品率，提高了生產(chǎn)效率。
（2）在薄壁鋁合金非型材長管件縱向?qū)拥暮附由a(chǎn)沒有焊接機(jī)器人等高端焊接設(shè)備的情況下，為焊接工藝滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求提供了保證。
（3）節(jié)約了焊接高端設(shè)備的投入，降低了制造成本。
[1]周萬盛，姚君山.鋁及鋁合金的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[2]田容章，王祝堂.鋁合金及其加工手冊[M].長沙：中南大學(xué)出版社,2000.8
[3]潘復(fù)生，張丁菲.鋁合金及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
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