鋁合金導電管焊接缺陷及解決措施

李博強　賈昕宇　譚茜茜　雷強

摘要：對鋁合金導電管焊接接頭進行X射線檢測組織分析，發(fā)現(xiàn)接頭中出現(xiàn)氣孔、夾渣、未熔合及未焊透等缺陷。詳細分析接頭缺陷的產(chǎn)生原因，通過優(yōu)化坡口結構、焊接方法、調(diào)整焊槍位置及焊接參數(shù)，消除了導電管焊接接頭出現(xiàn)的缺陷。

關鍵詞：鋁合金導電管;焊接缺陷;X射線檢測;焊接工藝

中圖分類號：TG457.14 文獻標志碼：A 文章編號：1001-2303（2020）01-0114-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.01.22

0 前言

近年來隨著電力行業(yè)超高壓、特高壓輸電設備的應用與生產(chǎn)，對開關設備的要求日漸苛刻。特高壓開關設備導電管為6系列鋁合金，比強度和比剛度高，易于成型，具有良好的抗蝕性和可焊性[1-2]。但是鋁合金強的氧化能力、熱膨脹系數(shù)導致其在焊接過程容易形成氣孔、夾渣、未熔合及未焊透缺陷[3-5];由于高壓開關導電管結構的特殊性，焊縫根部采用鎖底結構難以清理熔透，也容易出現(xiàn)未熔合及未焊透缺陷;此外，導電管材料壁厚大，采用MIG多道焊焊接工藝，焊接過程容易出現(xiàn)氣孔、夾雜缺陷[6-9]。本文通過優(yōu)化坡口結構及焊接工藝，有效地解決了導電管焊縫氣孔、夾雜、未熔合及未焊透等缺陷。

1 存在的問題

1.1 導電管材料及方法

導電管材料為壁厚15 mm的6063-T6鋁管和6A02-H112鋁棒，選用LAW 520W ESAB焊機。采用自動MIG焊，焊后對導電管棒進行機加工，表面粗糙度6.3 μm。坡口形式如圖1所示，采用鎖底接頭，V型坡口角度60°，焊接材料采用進口的SAl5356焊絲，焊絲直徑φ1.6 mm，焊槍在平焊位置施焊。焊接參數(shù)如表1所示，機械加工后導電管如圖2所示。

1.2 導電管X射線檢測

導電管焊接完成后對表面進行機械加工，表面粗糙度為6.3 μm，并對焊縫部位進行X射線探傷檢測。探傷照片如圖3所示，焊縫部位存在未熔合及未焊透現(xiàn)象，并超出國標GB/T 22087-2008《鋁及鋁合金的弧焊接頭缺欠質(zhì)量分級指南》D級標準。1.3 焊縫金相檢測

為了更詳細地觀察焊縫內(nèi)部缺陷，對導電管進行橫向剖切，接頭金相組織如圖4所示，存在根部未焊透、氣孔、未熔合等缺陷。

1.4 缺陷原因分析

從鋁合金物理性能上看，導熱性強、線膨脹系數(shù)大，必須采用能量集中的熱源才能保證熔合良好。從化學性質(zhì)上看，鋁合金表面極易形成難熔的氧化膜，不僅會造成焊縫夾雜物，而且因吸附大量水分可促使焊縫產(chǎn)生氣孔。從焊接工藝上看，由于坡口形式為V型，坡口間隙小，焊接工藝不當時不能很好地熔合坡口面。從坡口設計上看，由于坡口根部未留有間隙，導致根部出現(xiàn)一定的未熔合現(xiàn)象。

2 導電管焊接工藝改進

2.1 工藝方法

采用鎖底接頭形式，U型坡口角度30°，根部預留2 mm間隙，鈍邊預留1.5 mm，如圖5所示，焊槍偏離水平位置10°，上坡施焊并擺動焊槍。焊接示意如圖6所示，焊接參數(shù)如表2所示。

2.2 焊縫金相檢測

對導電管進行橫向剖切，焊縫金相組織如圖7所示。由圖7可知，焊接接頭根部熔合良好，焊縫組織致密，焊縫填充區(qū)無氣孔產(chǎn)生。

2.3 導電管滲透檢測

基于以上工藝改進對導電管焊縫進行機加工后如圖8所示，接頭無縫隙。為了更好地觀察焊縫熔合情況，對導體表面及內(nèi)部焊縫進行著色探傷，標準按照JB/T 4730.5-2005《承壓設備無損檢測第5部分：滲透檢測》執(zhí)行，發(fā)現(xiàn)焊接接頭良好，如圖9所示。焊接質(zhì)量符合國標GB/T 22087-2008《鋁及鋁合金的弧焊接頭缺欠質(zhì)量分級指南》D級標準。

3 結論

（1）對于鎖底接頭結構導電管，焊接方法、坡口形式、根部間隙、鈍邊等直接影響焊縫質(zhì)量。

（2）通過焊接參數(shù)調(diào)整、焊接位置偏離水平位置10°的上坡焊并擺動焊槍對于消除焊接導電管的焊縫氣孔具有良好作用。

（3）通過改變坡口形式以及減薄鈍邊能夠有效消除焊縫未焊透及未熔合。

參考文獻：

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