鋁質(zhì)流量閥的氬弧焊焊接工藝研究

袁有德

（威海職業(yè)學(xué)院船舶工程系，山東 威海264210）

0 引言

流量控制閥，用于控制氣體或液體的流量，內(nèi)部鋁質(zhì)管道的原焊接工藝采用手工鎢極氬弧焊，具有以下缺點(diǎn)：（1）焊接施工條件差，勞動(dòng)環(huán)境惡劣，由于管道較厚（≥25mm）,焊接前需進(jìn)行200℃以上的焊前預(yù)熱。（2）焊縫厚度小，熔深較淺，由于處在高壓工作環(huán)境下，受到熱脹冷縮的應(yīng)力作用，易造成滲漏。 （3）焊接工作效率較低。 通過(guò)調(diào)研論證我們提出用熔化極氬弧焊代替鎢極氬弧焊工藝并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了成功，延長(zhǎng)了設(shè)備的標(biāo)定日期及設(shè)備使用壽命，提高了生產(chǎn)效率。

1 流量控制閥的結(jié)構(gòu)及工況

流量控制閥為管殼式結(jié)構(gòu)，殼體為一般為鑄鐵材質(zhì)，內(nèi)部管道材料為L(zhǎng)2 工業(yè)純鋁。鋁管規(guī)格為Φ32×6mm，長(zhǎng)度為1200mm。管路工作壓力較大，受溫差影響而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。

2 可焊性分析

與鋼質(zhì)材料相比，金屬鋁具有較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，因此焊接時(shí)需要較高的熱輸入及線能量。鋁的金屬塑性好，線膨脹系數(shù)高，焊接時(shí)產(chǎn)生較大的塑性變形，較高的內(nèi)應(yīng)力。高溫時(shí)鋁的強(qiáng)度和塑性很低，易產(chǎn)生焊透及焊縫塌落等缺陷。 手工鎢極氬弧焊具有焊縫質(zhì)量高、電弧穩(wěn)定、無(wú)飛濺且成形美觀等特點(diǎn)，但是鎢極氬弧焊鎢極的承載電流能力較差，熔敷速度小、熔深淺、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。 受到鎢極低承載電流的影響，一般只能焊接薄板，如果板厚過(guò)大（＞6mm）時(shí)需要開(kāi)坡口并進(jìn)行預(yù)熱。因此，手工鎢極氬弧焊在焊接中厚板時(shí)焊接效率低，工件變形大。對(duì)于鋁質(zhì)控制閥的管道，焊接時(shí)需要開(kāi)坡口并預(yù)熱到200℃時(shí)方可焊接，同時(shí)施焊時(shí)板束拘束力加大，剛度強(qiáng)，內(nèi)應(yīng)力大，易造成較大變形，影響管道的順直。 在管道和板材交界處，由于焊道深度不夠，較大的拘束易造成滲漏，減小設(shè)備的使用壽命。 而熔化極氬弧焊冶金過(guò)程簡(jiǎn)單，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，工作環(huán)境好，可以直流反接，有效去除氧化膜，提高焊接質(zhì)量，不采用鎢極，成本低。由于焊絲電流的承載力高，因而熱輸入大，焊縫熔深大，焊絲熔敷系數(shù)大，且焊接中厚板時(shí)，無(wú)需預(yù)熱，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減小了焊接變形。

3 焊接工藝

3.1 坡口制備

管孔采用機(jī)械加工開(kāi)45°坡口， 以保證焊縫獲得較大的熔深，保證良好的焊透性，增加焊縫金屬的承載能力。鋁管與管板相垂直，伸出長(zhǎng)度小于2mm。

3.2 焊接設(shè)備及焊材

熔化極氬弧焊選用北京時(shí)代公司生產(chǎn)的型號(hào)為NBM-500 脈沖MIG 氣保焊機(jī)。焊絲選用鋁鎂合金焊絲，型號(hào)為ER5358，Φ1.2 mm。焊絲的化學(xué)成分組成如下：Cu0.15%，Mn0.05～0.25%，Si+Fe0.5%，Ti0.05～0.25%，Zn0.15%，Cr0.06～0.2%，Mg4.8～5.6%，余量為Al。

3.3 焊接參數(shù)

焊接參數(shù)為：電流210～260A，電壓23～26V，送絲速度10～13m/min,氬氣流量18.5L/min,氬氣純度不低于99.75%。

3.4 工件的定位

采用托板固定鋁管，按照鋁管的位置，用鉆頭在筒體鉆孔，孔距和法蘭孔相同，然后將拖桿和筒體用螺栓固定。采用這種方法，可以減去定位焊這一步驟，簡(jiǎn)化工序，也降低焊接變形。

3.5 施焊

將流量計(jì)豎直放置并固定，采用平焊焊接。 焊縫處用角磨機(jī)打磨至出現(xiàn)金屬光澤。將管件分區(qū)，均分為四區(qū)，按順時(shí)針?lè)较驗(yàn)?、2、3 和4 號(hào)區(qū)。 焊接時(shí)有1 區(qū)開(kāi)始，按順時(shí)針?lè)较蚴┖钢钡胶附油? 區(qū)，然后在從4 區(qū)開(kāi)始逆時(shí)針?lè)较蚝附拥? 區(qū)完成焊接過(guò)程。首先在管板過(guò)橋區(qū)域及管道的四周堆焊5mm 焊層，目的是增大厚度及剛度，改善焊縫的力學(xué)性能，降低變形。 焊接時(shí)，焊絲與焊件成75°夾角，控制好焊接速度及送絲速度，勻速焊接，保持電弧長(zhǎng)度的穩(wěn)定性及氣體流量。注意收弧時(shí)保證將弧坑填滿，防止擁焊。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用熔化極氬弧焊代替手工鎢極氬弧焊于2010 年4 月焊接鋁質(zhì)流量閥5 臺(tái)，經(jīng)水壓和氣壓防漏實(shí)驗(yàn)合格后與5 臺(tái)采用手工鎢極氬弧焊加工流量閥同時(shí)投入使用，8 個(gè)后進(jìn)行標(biāo)定時(shí)全部合格。 16 月后再次標(biāo)定時(shí)，經(jīng)手工鎢極氬弧焊加工的五臺(tái)流量閥中，有一臺(tái)發(fā)生泄漏，而采用熔化極氬弧焊加工的設(shè)備全部合格。 兩年后再次標(biāo)定時(shí)，剩余的由手工鎢極氬弧焊加工的流量閥中有兩臺(tái)發(fā)生滲漏，而采用熔化極氬弧焊加工的設(shè)備全部合格。預(yù)計(jì)采用熔化極氬弧焊的工藝比鎢極氬弧焊的工藝焊接的設(shè)備，其使用壽命提高1 倍以上，標(biāo)定時(shí)間可延長(zhǎng)至16 個(gè)月一次，大大降低了因標(biāo)定設(shè)備而造成的設(shè)備擱置，提高生產(chǎn)效率。 因設(shè) 備的泄漏點(diǎn)的降低，標(biāo)定時(shí)間延長(zhǎng)，可提高設(shè)備的使用鋁，具有一定的社會(huì)效益。

［1］SY/T4071-93 管道下向焊接工藝規(guī)程[S].甬滬寧原油管道龍山管線封堵連頭工程施工組織設(shè)計(jì)[Z].

［2］姜煥中.焊接方法及設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

［3］徐大喆,等.新、乏蒸換熱器管子與管板的連接[J].鍋爐制造,2003,2(1):36-37,70.

［4］汪東明，高增福，譚笠，唐峰.國(guó)內(nèi)外換熱器管子管板焊接技術(shù)綜述[J].壓力容器，12(2):48-53.

［5］秋恩哲.管與管板的內(nèi)孔焊接及其應(yīng)用[J].管道技術(shù)與應(yīng)用，1998(6):16-18.