■ 蘇太舉

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1. 概述

目前，國內(nèi)輸變電用高壓電器設(shè)備的外殼均采用鋁合金，其重量輕，殼體溫升幾乎不受通流的影響，防腐性能高；但鋁合金殼體強度小，所以厚度比傳統(tǒng)的鋼制殼體大1～2倍；其內(nèi)充SF6氣體，工作壓力一般在0.5MPa左右，焊縫質(zhì)量要求X探傷II級合格，超聲波檢測I級合格。傳統(tǒng)鋁合金焊接多采用TIG焊、MIG焊，其熔深淺，生產(chǎn)效率低， 適合于鋁合金薄板的焊接；變極性等離子弧焊弧柱挺度好，熱量集中，熔深較大，焊接厚度大，減少對厚大鋁合金的多層道焊，且焊接過程中通過陰極霧化作用能夠同時清理焊縫正面、鈍邊、背面氧化膜，清除焊縫雜質(zhì)，保證焊縫內(nèi)在質(zhì)量。故此本文通過一系列焊接試驗，證明采用變極性等離子弧立焊中厚板鋁合金的可行性，且在保證焊接質(zhì)量的前提下，制定出一套成熟的焊接工藝應(yīng)用于生產(chǎn)實際。

2. 試驗方法及材料、設(shè)備選用

試驗選用艾美特雙逆變變極性等離子焊接系統(tǒng)施焊，電源VPC-450；試板16mm厚5083鋁合金板；焊絲ER5356，φ1.6mm；保護氣體選用50%Ar+50%He混合氣體。焊后對焊接試板進行X探傷檢查、超聲波檢查及力學(xué)性能分析，研究此種焊接方法的優(yōu)缺點及適應(yīng)性，總結(jié)出一套成熟的焊接工藝參數(shù)，指導(dǎo)中厚板鋁合金殼體的焊接。母材和焊絲的化學(xué)成分如表1所示，母材力學(xué)性能如表2所示。

3. 試板接頭及坡口形式

試板采用對接I形坡口，對接角度約0°，對接間隙0～2mm，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 接頭及坡口形式

表1 5083鋁合金母材及ER5356焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表2 母材力學(xué)性能

4. 焊接工藝

（1）焊前準備 焊接前清洗焊接試板坡口及坡口兩側(cè)，去除油污，隨后用不銹鋼絲刷打磨，將坡口兩側(cè)30～40mm打磨露出金屬光澤，手工TIG定位焊試板，兩端焊接引弧板和收弧板。

圖2 正面焊縫成形

（2）焊接參數(shù) 焊接采用穿孔立焊工藝，首先在引弧板起弧，同時供給氦氬混合氣進行保護，形成穿孔熔池后開始送絲，待等離子弧穩(wěn)定過渡到試板上的同時通過陰極霧化作用清理焊縫正面、背面氧化膜，清除焊縫雜質(zhì)；隨時微調(diào)設(shè)備，保證焊縫成形及焊接質(zhì)量正背面焊接成形如圖2、圖3所示，具體工藝參數(shù)如表3所示。

圖3 背面焊縫成形

（3）焊縫檢測 焊縫外觀檢測：焊縫成形良好，表面無缺陷，焊縫外觀符合標準規(guī)定，按JB 4730.2—2005，Ⅰ級標準，檢測合格。 X探傷檢測： 焊縫無氣孔、裂紋、未熔合等缺陷，達到JB 4730—1994 II級標準，檢測合格。超聲波檢測： 無超標缺陷，達到JB 4730—1994 I級標準，檢測合格。

（4）焊接接頭拉伸和彎曲性能試驗 用機械切割法切除試板兩端各25mm，然后從試板上截取焊接接頭拉伸試樣、彎曲試樣。拉伸試驗和彎曲試驗在WE600B液壓萬能試驗機上進行，試驗按照標準 JB4734—2002《鋁制焊接容器》進行，焊接接頭的拉伸試驗結(jié)果如表4所示，彎曲試驗結(jié)果如表5所示。

表3 焊接參數(shù)

表4 焊接接頭拉伸試驗結(jié)果

表5 焊接接頭彎曲試驗結(jié)果

5. 結(jié)語

變極性等離子弧立焊焊接中厚板鋁合金與傳統(tǒng)MIG、TIG相比，有著明顯的工藝優(yōu)勢，電弧能量更集中，電弧挺度高，穿透性好，在氬氦混合氣保護下，焊前不用預(yù)熱，不開坡口一次性可焊透16mm厚鋁合金，可以實現(xiàn)單面焊雙面成形，焊縫成形及焊接性能良好，同時在勞動強度和生產(chǎn)效率上優(yōu)于以往的傳統(tǒng)工藝方法，各項試驗結(jié)果滿足標準要求。

[1] 中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊.第2卷2版，材料的焊接[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.8.

[2] 張宏光，魏鈾泉. 鋁合金變極性TIG/PAW焊接技術(shù)及其應(yīng)用[J].電焊機，2006，36（2）：1-6.

[3] 林鋼，林慧國，趙玉濤. 鋁合金應(yīng)用手冊[M]。北京；機械工業(yè)出版社，2006.1.