铝合金5083陶瓷衬垫MIG焊焊接工艺参考模板.docx
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铝合金5083陶瓷衬垫MIG焊焊接工艺参考模板
铝合金5083陶瓷衬垫MIG焊焊接工艺
1. 由于现有的5083铝合金脉冲MIG焊衬垫，对接单面焊双面成形焊接工艺使用的不锈钢衬垫或普通钢衬垫对错边量控制、焊缝直线度要求较高以及衬垫粘贴不便且衬垫加工成本较高，为了降低焊接成本和提高焊接效率，本文对该焊接工艺进行改进，提出采用陶瓷衬垫代替不锈钢衬垫和普通钢衬垫。
通过对5083铝合金脉冲MIG焊陶瓷衬垫对接单面焊双面成形焊缝，进行外观检验和焊缝内在质量检验，以验证该焊接工艺的可行性和适用性，并掌握该焊接工艺的施工要求及工艺要点。
2.通常，不锈钢衬垫和普通钢衬垫只适用于铝合金平直焊缝的单面焊双面成形[1]。
由于5083铝合金硬度较低、易变形，使得这两个铝合金分段在装配过程中难免产生错边，焊缝直线度难以保证；而且，这两个分段有些铝合金结构在使用不锈钢衬垫或普通钢衬垫时由于位置受限难以粘贴。
因此，我们提出采用陶瓷衬垫代替不锈钢衬垫和普通钢衬垫。
相对于不锈钢衬垫和普通钢衬垫来讲，陶瓷衬垫更易粘贴，拆卸方便，柔性更好，视粘贴长度需要长短可调，可一定程度上消除焊缝错变量和焊缝直线度对焊缝反面成型的影响，且焊接效率更高，焊接成本降低。
试验研究表明，当采用合适的陶瓷衬垫并加上合理的焊接工艺可以做到单面焊双面成形，同时可获得质量较好的铝合金焊缝。
3 5083铝合金单面焊双面成形焊接工艺试验
3.15083铝合金焊接难点分析
铝合金焊接与一般的碳钢和不锈钢焊接不同，有很多问题需要解决，5083铝合金在焊接过程中主要会碰到以下难点：
3.1.1易产生气孔等缺陷
5083铝合金在空气中及焊接时极易被氧化生成氧化铝（Al2O3），氧化铝熔点高达2050℃，远高于铝的熔点（660℃），如果不除去氧化膜，就会阻碍母材的熔化和焊缝金属的熔合。
母材表面的氧化膜还会吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔、夹渣等缺陷。
因此焊前应严格对待焊处表面氧化膜进行清除。
3.1.2焊后变形较大
5083铝合金线膨胀系数约为碳钢和低合金钢的2倍，焊后焊缝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大。
5083铝合金单面焊双面成形焊接工艺由于装配间隙较大，焊缝金属填充量较多，焊后焊缝正面收缩量较大，造成较大的变形。
3.1.3焊接操作难度较大
5083铝合金对光、热的反射能力较强，固液态转变时没有明显的色泽变化，焊接过程熔池不易被观察，而且在采用MIG焊焊接5083铝合金时焊接速度较采用CO2焊焊接碳钢速度快很多，这给焊工焊接带来很大难度。
3.2焊接试验
本次5083铝合金陶瓷衬垫对接单面焊双面成型焊接工艺试验按照中国船级社《材料与焊接规范》进行。
3.2.1焊接设备及材料
本次焊接试验使用的是沙福焊机（型号为DIGI@WAVE400）；母材5083厚度8mm，交货状态H116；焊接材料为沙福焊丝5183，直径1.2mm；保护气体为高纯Ar，纯度99.999%。
3.2.2焊前准备
将两块5083铝合金试板（试板尺寸350mm×150mm×8mm）组对固定，坡口型式及尺寸参照《GB/T985-铝合金坡口》进行加工，详见图2。
接着用不锈钢丝刷将装配好的试板的坡口面及坡口正反面两侧30mm范围内的氧化膜认真清除干净，直到露出金属光泽为止。
最后，将陶瓷衬垫块左右两侧铝箔胶粘带上防固粘纸撕掉，衬垫中心线对准焊缝中心线，把衬垫贴紧在坡口反面。
3.2.3试板焊接
将清理过的焊接试板按照表1所示焊接参数进行焊接。
表1 5083铝合金焊接工艺参数
焊道
焊接
位置
电流
极性
焊接电流/A
电弧电压
/V
气体
流量/（L/min）
1
平焊
DCEP
120～130
20～21
18～22
2
130～140
22～23
18～22
1
立焊
DCEP
110～120
20～21
18～22
2
120～130
21～22
18～22
3.3焊缝检验
将两块焊完的5083铝合金试板焊缝表面烟尘清除干净，再根据中国船级社《材料与焊接规范》要求对焊缝进行相关检验。
3.3.1焊缝外观检验
两块铝合金焊接试板焊缝表面成形均匀、并平滑地向母材过渡，无裂纹、焊瘤和咬边等缺陷，外观质量符合中国船级社《材料与焊接规范》要求。
3.3.2焊缝内在质量检验
根据中国船级社《材料与焊接规范》有关要求，焊后对2块5083铝合金焊接试板进行内在质量检验，检验项目及结果见表2、表3。
表25083铝合金平对接焊试板焊缝内在质量检验情况
检验项目
检验结果
X射线探伤（RT）
Ⅰ级
着色探伤（PT）
合格
横向拉伸2个，抗拉
强度（MPa）要求不低于275
296
299
正、反弯各2个，压头
直径70mm，弯曲角度180°
合格
宏观检查
焊缝接头未发现未熔合、未焊透、夹渣和明显的气孔等缺陷
表3 5083铝合金立对接焊试板焊缝内在质量检验情况
检验项目
检验结果
X射线探伤（RT）
Ⅰ级
着色探伤（PT）
合格
横向拉伸2个，抗拉
强度（MPa）要求≥275
284
294
正、反弯各2个，压头
直径70mm，弯曲角度180°
合格
宏观检查
焊缝接头未发现未熔合、未焊透、夹渣和明显的气孔等缺陷
通过对焊缝外观质量及内在质量检验结果可知，该焊接工艺经改进后5083铝合金焊缝各项性能仍满足中国船级社《材料与焊接规范》相关要求。
4 5083铝合金单面焊双面成形焊接工艺要点
5083铝合金陶瓷衬垫对接单面焊双面成形焊接工艺应遵循铝合金焊接基本要求，结合该焊接工艺试验过程中遇到的情况，在施工过程中应注意以下几个工艺要点：
（1）铝合金焊接场地应严格做好防潮、防尘、防风、防油等措施，施焊时风速不应超过1.5m/s。
（2）铝合金板下料时可以用机械切割或等离子切割，等离子切割的铝板断面较为粗糙且氧化膜较厚，在开坡口前可以先用氧化铝磨片对切割断面氧化膜进行打磨清除，再根据工艺要求用专用的铝合金锯片铣刀刨制坡口。
（3）铝合金装配过程应严格按照焊接工艺要求控制好装配间隙、错边量及焊缝直线度以保证焊缝反面成形。
焊缝始、末端应设引、熄弧板，焊缝每隔250mm应设临时拘束板。
（4）当铝合金板厚超过8mm，或施焊环境温度低于0℃，湿度超过80%，可以考虑对待焊处进行预热，5083铝合金预热温度为50±10℃。
（5）铝合金坡口及其两侧30mm范围内的氧化膜焊前应彻底清除，若有油污可以先用丙酮进行清洗，清理过的坡口应尽快进行焊接，一般不宜超过4个小时，否则应重新清理。
（6）由于铝合金焊接技术难度较大，从事铝合金焊接的焊工应经过严格的铝合金焊接操作技能培训，并考取相应的合格证书。
焊工应严格按照焊接工艺试验的焊接参数进行焊接。
（7）焊前应仔细检查焊机运行状态是否正常，送丝轮和送丝软管处于良好状态以保证正常送丝，焊丝装到送丝机前应仔细检查焊丝是否处于洁净状态。
（8）由于5083铝合金陶瓷衬垫对接单面焊双面成形焊接工艺焊后变形较大，控制焊缝变形可采取如下措施[2]：
根据坡口情况装配时预留一定角度的反变形；长焊缝焊接时可考虑分中退焊法或逐步退焊法；密集型多条长焊缝应采用从中间向四周对称焊的方法；严格控制装配间隙，尽可能减少焊缝金属填充量。
（9）多层多道焊应严格控制层间温度，5083铝合金焊缝层间温度应控制在60℃以下，在焊接下一道焊缝前应对前一道焊缝表面进行清理。
（10）铝合金焊接过程若导电嘴及保护嘴附有明显的飞溅物应及时清除以保证送丝顺畅，必要时要更换导电嘴及保护嘴。
（11）铝合金焊接过程若有中断，接头处重新引弧前应对接头处进行清理，接缝处应有一定的搭接长度。
（12）铝合金焊接过程若焊道特别是打底焊道熔合不良或有凹坑存在，应刨除干净后再焊下一道焊缝。
（13）焊工焊后应将铝合金焊缝表面的烟尘清理干净，并对焊缝外观进行自检。
焊缝表面不应有裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、弧坑等缺陷，对不符合验收要求的焊缝应做出明显的标记，以便进行修补。
（14）拆包后的铝合金焊丝应尽快用完，焊后若焊丝没有用完，应及时回收并密封处理，送回至焊材库保存。
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