一種變壁厚鋁材焊接方法與流程

本發(fā)明屬于研究試驗(yàn)堆核燃料元件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變壁厚鋁合金管與異型接頭的焊接技術(shù)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的鋁合金焊接技術(shù)主要針對(duì)等壁厚的合金板材、合金管材的焊接，而針對(duì)變壁厚的鋁合金管材焊接技術(shù)，未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。LT24鋁合金的化學(xué)活性很強(qiáng)，表面極易形成難溶的氧化膜(Al₂O₃熔點(diǎn)為2050℃，MgO熔點(diǎn)為2500℃)，加之此系列鋁合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)易造成不熔合現(xiàn)象。由于氧化膜的密度和鋁的密度相近，也容易成為焊縫金屬的夾雜物。同時(shí)，氧化膜(特別是不很致密的氧化膜MgO)可吸收較多的水分成為焊縫氣孔的重要原因。此外，此系列鋁合金導(dǎo)熱性跟強(qiáng)且對(duì)氫的溶解度在不同的溫度下變化極大，因此不利于氣泡的浮出，更易于促使形成氣孔、微裂紋等焊接缺陷，在進(jìn)行變壁厚LT24鋁合金管材材焊接時(shí)，由于材料厚度的變化，會(huì)導(dǎo)致局部受熱情況和其他焊接條件的變化，焊縫出現(xiàn)氣孔、微裂紋、未焊透等缺陷的風(fēng)險(xiǎn)更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)變壁厚六角管與異型接頭的焊接需求，建立了一種LT24鋁合金變壁厚六角管與異型接頭的焊接方法，解決了焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)焊接缺陷的問(wèn)題，保證了焊接質(zhì)量。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：一種變壁厚鋁材焊接方法,該方法將鋁焊件六角形管與接頭焊接相連，其包括如下步驟：

(a)將鋁焊件六角形管進(jìn)行開坡口處理，即分別在六角形管的六條棱邊處進(jìn)行機(jī)械開坡口；

(b)對(duì)六角形管進(jìn)行表面處理，以出去表面油污及氧化膜；然后對(duì)表面理后的六角形管進(jìn)行烘干；

(c)將六角形管與待焊接的接頭、焊接卡具進(jìn)行裝配，裝配好后在焊接前進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度100～120℃，預(yù)熱時(shí)間45～60分鐘；

將整體預(yù)熱的焊件裝配好后，采用焊接電弧進(jìn)行焊前局部預(yù)熱，電弧電流：100～120A，預(yù)熱時(shí)間10～20分鐘；

(d)實(shí)施焊接，采用鋁硅焊絲，焊絲直徑為Ф2～3mm；焊接工藝參數(shù)為焊接電流120～160A、保護(hù)氣氬氣流量5～15L/min。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其所述的六角形管是外方內(nèi)圓結(jié)構(gòu)，其中在棱邊尖角處壁厚最大，厚度最大為6～7mm；平面中間處壁厚最小，厚度最小為0.6～1.5mm。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其所述的焊接平面過(guò)度不是圓弧過(guò)度，而是以120°角直接過(guò)度。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其所述的鋁焊件六角形管與接頭為L(zhǎng)T24鋁合金、或6061鋁合金。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其步驟(b)所述的對(duì)六角形管進(jìn)行表面處理，是通過(guò)1～5分鐘堿洗、3～10分鐘酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其步驟(b)所述的將處表面理后的焊接件進(jìn)行烘干，烘干裝置采用遠(yuǎn)紅外線加熱鼓風(fēng)循環(huán)烘干箱，烘干溫度為100～120℃，時(shí)間為20～40分鐘，烘干方式為熱風(fēng)循環(huán)。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其步驟(c)所述的焊接卡具為銅材料，整體形成筒形結(jié)構(gòu)，端部分為三瓣，筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)表面為六邊形，外表面為錐形結(jié)構(gòu)，通過(guò)與旋轉(zhuǎn)工裝配合使用，可抱緊焊件六角形管。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其步驟(a)所述的在六角形管的六條棱邊處進(jìn)行機(jī)械開坡口，其坡口尺寸為(30～40)°×(2～4)mm。

本發(fā)明的效果在于：

本發(fā)明是一種變壁厚LT24鋁合金六角管與異型接頭的焊接方法，通過(guò)坡口尺寸設(shè)計(jì)、焊絲選擇、焊前清理方法、預(yù)熱溫度、氬氣流量等參數(shù)的合理選配，減少焊接氣孔和微觀裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)焊縫熔深滿足要求，焊縫達(dá)到Ⅰ級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)壁厚變化的鋁合金六角管與異型接頭的氬弧焊接。

本發(fā)明通過(guò)選擇合適的工藝參數(shù)組合，消除了此類規(guī)格材料氬弧焊接氣孔、未焊透、裂紋等焊接缺陷，滿足Ⅰ級(jí)焊縫要求，實(shí)現(xiàn)了LT24鋁合金六角管與異形接頭的焊接，為元件研制提供了保障。

附圖說(shuō)明

圖1為六角形管結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2為圖1六角形管側(cè)視圖；

圖3為焊接卡具主視圖；

圖4為圖3焊接卡具側(cè)視圖；

圖5為圖3焊接卡具剖視圖；

圖6為坡口角度、尺寸示意圖；

圖7為焊件裝配示意圖。

圖中：1.六角管；2.異型接頭；3.焊接卡具。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種變壁厚鋁材焊接方法作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

由圖1和圖2所示，六角形管是外方內(nèi)圓結(jié)構(gòu)，其中在棱邊尖角處壁厚最大，厚度最大為6.4mm；平面中間處壁厚最小，厚度最小為1mm。

六角形管與接頭為L(zhǎng)T24鋁合金，六角形管與接頭焊接相連，焊接接頭深度循環(huán)變化的，接頭深度最薄處的深度為1mm，而最大處為6.4mm，并且焊接平面過(guò)度不是圓弧過(guò)度，而是以120°角直接過(guò)度，這種結(jié)構(gòu)給焊接過(guò)程帶來(lái)很大的困難。

采用本發(fā)明所述的一種變壁厚鋁材焊接方法將鋁焊件六角形管與接頭焊接相連，其包括如下步驟：

(a)將鋁焊件六角形管進(jìn)行開坡口處理，即分別在六角形管的六條棱邊處進(jìn)行機(jī)械開坡口，如圖6所示，坡口尺寸為35°×3mm。

(b)對(duì)六角形管進(jìn)行表面處理，通過(guò)3分鐘堿洗、6分鐘酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后對(duì)表面理后的六角形管進(jìn)行烘干；烘干裝置采用遠(yuǎn)紅外線加熱鼓風(fēng)循環(huán)烘干箱，烘干溫度為110℃，時(shí)間為30分鐘，烘干方式為熱風(fēng)循環(huán)。

(c)如圖7所示，將六角形管與待焊接的接頭、焊接卡具進(jìn)行裝配，裝配好后在焊接前進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度110℃，預(yù)熱時(shí)間50分鐘；

將整體預(yù)熱的焊件裝配好后，采用焊接電弧進(jìn)行焊前局部預(yù)熱，電弧電流：110A，預(yù)熱時(shí)間15分鐘；

如圖3至圖5所示，所述的焊接卡具為銅材料，整體形成筒形結(jié)構(gòu)，端部分為三瓣，筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)表面為六邊形，外表面為錐形結(jié)構(gòu)，通過(guò)與旋轉(zhuǎn)工裝配合使用，可抱緊焊件六角形管。

(d)實(shí)施焊接，采用鋁硅焊絲，焊絲直徑為Ф2mm；焊接工藝參數(shù)為焊接電流140A、保護(hù)氣氬氣流量15L/min。

實(shí)施例2

由圖1和圖2所示，六角形管是外方內(nèi)圓結(jié)構(gòu)，其中在棱邊尖角處壁厚最大，厚度最大為6mm；平面中間處壁厚最小，厚度最小為0.6mm。

六角形管與接頭為6061鋁合金，六角形管與接頭焊接相連，焊接平面過(guò)度不是圓弧過(guò)度，而是以120°角直接過(guò)度。

采用本發(fā)明所述的一種變壁厚鋁材焊接方法將鋁焊件六角形管與接頭焊接相連，其包括如下步驟：

(a)將鋁焊件六角形管進(jìn)行開坡口處理，即分別在六角形管的六條棱邊處進(jìn)行機(jī)械開坡口，如圖6所示，坡口尺寸為30°×2mm。

(b)對(duì)六角形管進(jìn)行表面處理，通過(guò)1分鐘堿洗、3分鐘酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后對(duì)表面理后的六角形管進(jìn)行烘干；烘干裝置采用遠(yuǎn)紅外線加熱鼓風(fēng)循環(huán)烘干箱，烘干溫度為100℃，時(shí)間為40分鐘，烘干方式為熱風(fēng)循環(huán)。

(c)如圖7所示，將六角形管與待焊接的接頭、焊接卡具進(jìn)行裝配，裝配好后在焊接前進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度100℃，預(yù)熱時(shí)間60分鐘；

將整體預(yù)熱的焊件裝配好后，采用焊接電弧進(jìn)行焊前局部預(yù)熱，電弧電流：100A，預(yù)熱時(shí)間20分鐘；

如圖3至圖5所示，所述的焊接卡具為銅材料，整體形成筒形結(jié)構(gòu)，端部分為三瓣，筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)表面為六邊形，外表面為錐形結(jié)構(gòu)，通過(guò)與旋轉(zhuǎn)工裝配合使用，可抱緊焊件六角形管。

(d)實(shí)施焊接，采用鋁硅焊絲，焊絲直徑為Ф3mm；焊接工藝參數(shù)為焊接電流120A、保護(hù)氣氬氣流量5L/min。

實(shí)施例3

由圖1和圖2所示，六角形管是外方內(nèi)圓結(jié)構(gòu)，其中在棱邊尖角處壁厚最大，厚度最大為7mm；平面中間處壁厚最小，厚度最小為1.5mm。

六角形管與接頭為L(zhǎng)T24鋁合金，六角形管與接頭焊接相連，其包括如下步驟：

(a)將鋁焊件六角形管進(jìn)行開坡口處理，即分別在六角形管的六條棱邊處進(jìn)行機(jī)械開坡口，如圖6所示，坡口尺寸為40°×4mm。

(b)對(duì)六角形管進(jìn)行表面處理，通過(guò)5分鐘堿洗、10分鐘酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后對(duì)表面理后的六角形管進(jìn)行烘干；烘干裝置采用遠(yuǎn)紅外線加熱鼓風(fēng)循環(huán)烘干箱，烘干溫度為120℃，時(shí)間為20分鐘，烘干方式為熱風(fēng)循環(huán)。

(c)如圖7所示，將六角形管與待焊接的接頭、焊接卡具進(jìn)行裝配，裝配好后在焊接前進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度120℃，預(yù)熱時(shí)間45分鐘；

將整體預(yù)熱的焊件裝配好后，采用焊接電弧進(jìn)行焊前局部預(yù)熱，電弧電流：120A，預(yù)熱時(shí)間10分鐘；

如圖3至圖5所示，所述的焊接卡具為銅材料，整體形成筒形結(jié)構(gòu)，端部分為三瓣，筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)表面為六邊形，外表面為錐形結(jié)構(gòu)，通過(guò)與旋轉(zhuǎn)工裝配合使用，可抱緊焊件六角形管。

(d)實(shí)施焊接，采用鋁硅焊絲，焊絲直徑為Ф3mm；焊接工藝參數(shù)為焊接電流160A、保護(hù)氣氬氣流量10L/min。

上述實(shí)施例1～3焊接后焊件射線檢測(cè)、金相檢測(cè)等結(jié)果均合格，滿足Ⅰ級(jí)焊縫要求。