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），滿足該船設(shè)計(jì)工況的使用要求，因此，有必要對HAl77-2材料管子焊接工藝進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并評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。同時關(guān)注在焊接過程中可能出現(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。焊接時容易出現(xiàn)溶合難、對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)，焊接時熱量迅速從加熱區(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。為此焊接時采用能力集中的強(qiáng)熱源，必要時應(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，來不及溢出或生成反應(yīng)性氣孔。因此焊接時應(yīng)延長熔池存在時間和采用含鋁、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。通過對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焊接；按電流種類分為直流和交流。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，對于噴嘴直徑一定，要獲得最佳的保護(hù)效果，這時保護(hù)氣體流量調(diào)節(jié)就顯得較為重要。流量過小，排出周圍空氣的能力弱，抗干擾能力差，保護(hù)效果不好；流量過大，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，一般情況下對氣體的保護(hù)效果影響不大，只有在高速時，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）焊縫接頭及對接焊坡口的形式。文章討論對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始焊接。

（2）控制焊接溫度。焊接溫度對焊接質(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，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，在不妨礙操作者視線地情況下，盡量采用短弧焊接，弧長保持2～4mm，焊槍以規(guī)定或經(jīng)驗(yàn)的勻速，沿焊縫長度方向左右擺動直線移動。

（4）停弧。焊接中途需停弧時，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)弧的長度約20mm左右。再次在原?；√幰『附訒r，待熔池形成后，向后壓1～2個波紋，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，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，收弧時需注意應(yīng)重疊焊縫20～30mm。熄弧后不能馬上移開焊炬，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)在車間內(nèi)干凈的工作臺上進(jìn)行裝配和焊接，焊接時應(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

HAl77-2材料的鋁黃銅合金管焊接對工廠來說，屬于新材料、新工藝、新方法，施工過程中難度較大，通過研究探索，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，得到了用戶的高度認(rèn)可，同時也使得工廠造船能力再上一個新的臺階。