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        鋁黃銅合金管焊接工藝研究

        2018-03-31 06:20:10王雪山
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2018年1期
        關(guān)鍵詞:氬弧焊黃銅熔池

        王雪山

        (海軍駐大連地區(qū)軍事代表室,遼寧 大連 116000)

        HAl77-2鋁黃銅合金是工廠建造新型破冰船上使用的新材料。該材料耐腐蝕性高、冷熱加工性能好、力學(xué)性能優(yōu)于純銅材料,是在普通黃銅中加入鋁等元素成為特殊黃銅。為了保證該材料管路的焊接施工質(zhì)量(外觀、力學(xué)性能、抗沖擊性等),滿(mǎn)足該船設(shè)計(jì)工況的使用要求,因此,有必要對(duì)HAl77-2材料管子焊接工藝進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)并評(píng)定最佳焊接工藝參數(shù),保證焊接接頭具有良好的力學(xué)性能和抗腐蝕性能。同時(shí)關(guān)注在焊接過(guò)程中可能出現(xiàn)的焊接接頭組織性能劣化及產(chǎn)生的焊接缺陷等。

        1 HAl77-2材料特點(diǎn)

        HAl77-2材料是在普通黃銅中加入鋁等金屬元素成為特殊黃銅—鋁黃銅合金,具有較高的強(qiáng)度、硬度以及良好的塑性,可在冷態(tài)、熱態(tài)下進(jìn)行壓力加工,對(duì)海水有良好的耐腐蝕性,而且耐沖擊腐蝕,但是有脫鋅及腐蝕破裂傾向。

        2 HAl77-2材料的焊接性

        (1)HAl77-2鋁黃銅合金材料的焊接性比較差,主要表現(xiàn)在以下2方面:①焊縫成形能力差。焊接時(shí)容易出現(xiàn)溶合難、對(duì)接焊縫焊不透和表面成形差等外觀缺陷。這主要是由于銅的導(dǎo)熱性強(qiáng),焊接時(shí)熱量迅速?gòu)募訜釁^(qū)傳導(dǎo)出去,焊接區(qū)域較難達(dá)到熔點(diǎn)溫度,母材與填充金屬難溶合。為此焊接時(shí)采用能力集中的強(qiáng)熱源,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱;②容易產(chǎn)生氣孔。在高溫下產(chǎn)生較多的氫和不溶于銅的CO2或水蒸氣,來(lái)不及溢出或生成反應(yīng)性氣孔。因此焊接時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間和采用含鋁、鈦等強(qiáng)脫氧劑的焊絲,防止氣孔的產(chǎn)生。

        (2)焊接材料的選擇。焊接HAl77-2鋁黃銅應(yīng)滿(mǎn)足一般工藝要求,也就是焊接材料的化學(xué)成分與力學(xué)性能與母材相當(dāng)之外,主要是控制雜質(zhì)含量和提供填充金屬的脫氧能力,避免產(chǎn)生熱裂紋和氣孔等缺陷。增強(qiáng)對(duì)焊縫的脫氧能力,在焊絲中加入脫氧劑硅、錳等合金元素,脫氧劑硅還可以抑制鋅的燒損。通過(guò)對(duì)HAl77-2鋁黃銅合金的材料特點(diǎn)和焊接性能的分析和研究,避免可能出現(xiàn)的焊接接頭缺陷,采用青銅加脫氧劑的鋁青銅焊絲CuAl8,其主要的化學(xué)成分是銅和鋁,并添加了避免產(chǎn)生熱裂紋和氣孔等缺陷和改善焊縫金屬組織、提高強(qiáng)度、塑性、耐腐蝕性及改善焊絲工藝性能有益金屬元素硅、鐵、鋅、錫等。

        3 鎢極惰性氣體保護(hù)焊的原理及特點(diǎn)

        (1)基本原理。在惰性氣體的保護(hù)下,利用鎢極和工件之間產(chǎn)生的焊接電弧溶化母材及焊絲的一種焊接方法。

        (2)分類(lèi)及特點(diǎn)。鎢極惰性氣體保護(hù)焊按操作方式可分為手工焊接和自動(dòng)焊接;按電流種類(lèi)分為直流和交流。文章研究的HAl77-2鋁黃銅合金材料的焊接,采用氬氣保護(hù)的手工直流焊接的方法。其主要特點(diǎn)有保護(hù)效果好、焊接過(guò)程穩(wěn)定、焊接質(zhì)量好、易于操作、適宜于各種位置的焊接,但是對(duì)工件焊接區(qū)域清潔度要求較高、生產(chǎn)效率及成本較高。

        (3)應(yīng)用。鎢極氬弧焊由于受承載能力的限制,適宜于焊接薄件,一般焊接厚度小于12mm的構(gòu)件;鎢極氦氣焊的焊接厚度可適當(dāng)增加。文章討論的HAl77-2鋁黃銅合金材料的厚度為3mm,,適合采用鎢極氬弧焊方法焊接。

        4 鎢極氬弧焊焊接工藝

        4.1 氣體保護(hù)

        根據(jù)管件的焊接接頭形式,分析、討論影響氣體保護(hù)效果有如下主要因素。

        (1)氣體的流量和噴嘴直徑匹配關(guān)系較大,也就是說(shuō),對(duì)于噴嘴直徑一定,要獲得最佳的保護(hù)效果,這時(shí)保護(hù)氣體流量調(diào)節(jié)就顯得較為重要。流量過(guò)小,排出周?chē)諝獾哪芰θ酰垢蓴_能力差,保護(hù)效果不好;流量過(guò)大,易形成紊流,使空氣混入,降低保護(hù)效果。

        (2)噴嘴端面距焊縫表面的距離,在電極長(zhǎng)度不變的情況下,噴嘴到焊縫表面距離越小,其噴出的氣體越堅(jiān)挺,抗外界干擾的能力越強(qiáng),有效保護(hù)直徑越大。但是距離太小,易影響焊接操作并造成飛濺堵塞噴嘴的現(xiàn)象。因此,在不影響焊接操作和造成其它不良影響的情況下,盡量采用短弧焊。

        (3)焊接速度,一般情況下對(duì)氣體的保護(hù)效果影響不大,只有在高速時(shí),由于受到空氣的阻力使保護(hù)氣層偏離電極末端,部分電弧和熔池暴露在空氣中,影響保護(hù)效果。所以宜采用較低的焊接速度。

        4.2 焊前準(zhǔn)備

        (1)焊縫接頭及對(duì)接焊坡口的形式。文章討論對(duì)接和角接兩種接頭形式焊接,接頭坡口形式如表1所示。

        表1 對(duì)接焊坡口形式及焊縫尺寸

        (2)焊前清理。①清除油污,去氧化層之前,將坡口及兩側(cè)30mm內(nèi)的油污、贓物等用汽油或丙酮等有機(jī)溶劑清洗干凈;②清除氧化層,用鋼絲刷或砂布(顆粒度100#~120#)將焊絲和焊件表面的氧化層清除,直至露出金屬光澤;氧化層清除后應(yīng)盡快施焊,若存放超過(guò)24h應(yīng)重新清理;③清除水、金屬屑等其它影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)。

        4.3 焊接設(shè)備的選擇及參數(shù)設(shè)置

        (1)采用直流非熔化極氬弧焊機(jī),電源和極性采用直流電源,正接法。

        (2)鎢極采用2%釷鎢合金電極,不同直徑鎢極電流許用值如表2所示。

        表2 鎢極直徑電流許用值 單位:A

        (3)焊接參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)設(shè)置如表3所示。

        表3 HAl77-2管焊接參數(shù)

        (4)鎢極端部形狀。

        (5)氬氣的純度應(yīng)大于等于99.70%。

        4.4 焊接工藝方法

        (1)引弧。一般氬弧焊機(jī)均有高頻或脈沖引弧和熄弧裝置,使鎢極與工件間保持3mm~5mm距離,接通電源在高壓高頻或高脈沖作用下,擊穿間隙放電引燃電弧。引弧不能在坡口外的母材上,以免造成母材表面電弧擦傷而引起的腐蝕和微裂紋。引弧應(yīng)在坡口或焊縫的焊接處前方10mm左右,電弧穩(wěn)定后,在慢慢拉到焊接處開(kāi)始焊接。

        (2)控制焊接溫度。焊接溫度對(duì)焊接質(zhì)量影響很大,各種焊縫裂紋、咬邊、凹陷、燒損、凸瘤、氣孔、夾渣、未焊透、未溶合等缺陷的產(chǎn)生是溫度不適當(dāng)造成的,因此焊接過(guò)程一是控制層間溫度;二是控制焊接溫度。通常情況下,焊接時(shí)熔池的平面視圖應(yīng)該是鴨蛋圓形,短軸約為鎢極直徑的2~2.5倍,兩側(cè)母材溶入1~1.5mm,電弧的中心約在熔池1/3處,焊絲在熔池中心添加。

        (3)運(yùn)弧的要求。施焊時(shí),一般采用左焊法,焊槍、焊絲及焊件相互間應(yīng)保持一定的距離及傾角關(guān)系。焊槍傾角為70°~85°,焊絲置于熔池前面或側(cè)面,焊絲傾角15°~20°焊接時(shí),在不妨礙操作者視線地情況下,盡量采用短弧焊接,弧長(zhǎng)保持2~4mm,焊槍以規(guī)定或經(jīng)驗(yàn)的勻速,沿焊縫長(zhǎng)度方向左右擺動(dòng)直線移動(dòng)。

        (4)?;?。焊接中途需?;r(shí),采用逐漸加快運(yùn)弧速度,縮小熔池面積在收弧的方法,加快運(yùn)弧的長(zhǎng)度約20mm左右。再次在原?;√幰『附訒r(shí),待熔池形成后,向后壓1~2個(gè)波紋,接頭的起點(diǎn)不加或少加焊絲,起點(diǎn)和接頭處的焊接速度適當(dāng)放慢。

        (5)收弧。收弧是一道焊縫焊接完成,在焊接終止時(shí),焊炬前移速度逐漸加快,焊絲的添加量逐漸減少,直到母材不熔化為止,收弧時(shí)需注意應(yīng)重疊焊縫20~30mm。熄弧后不能馬上移開(kāi)焊炬,應(yīng)在收弧處停留3~5s,使收弧處得到較好的惰性氣體保護(hù)。

        (6)焊接環(huán)境。一般應(yīng)在車(chē)間內(nèi)干凈的工作臺(tái)上進(jìn)行裝配和焊接,焊接時(shí)應(yīng)設(shè)置通風(fēng)裝置,排除焊接產(chǎn)生的廢氣、煙塵等,但應(yīng)保證通風(fēng)不吹散焊縫附件的保護(hù)氬氣。

        5 結(jié)語(yǔ)

        HAl77-2材料的鋁黃銅合金管焊接對(duì)工廠來(lái)說(shuō),屬于新材料、新工藝、新方法,施工過(guò)程中難度較大,通過(guò)研究探索,從試驗(yàn)結(jié)果中篩選出最佳的焊接工藝方法,逐項(xiàng)解決各項(xiàng)施工及技術(shù)難題。焊縫表面光滑、溶合良好,力學(xué)性能符合技術(shù)要求,取得了較理想的效果,保證了船舶的按期交付,得到了用戶(hù)的高度認(rèn)可,同時(shí)也使得工廠造船能力再上一個(gè)新的臺(tái)階。

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