浅谈铝锰合金球罐焊接工艺.docx
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浅谈铝锰合金球罐焊接工艺
西安技师学院
10届焊接预备技师班
毕业论文
题目：
浅谈铝锰合金球罐焊接工艺
姓名：
王雪谋
学号：
10JHG106
专业:
焊接技术及自动化
指导教师：
王艳
时间：
2010年4月21
浅谈铝锰合金球罐焊接工艺
内容摘要
焊接是球罐组焊中的特殊过程，为了建造优质工程确保球罐的质量，焊缝质量是一个关键的因素。
可行的焊接工艺，合理的焊接施工方法，是保证球罐质量的重要措施。
随着焊接技术的发展，铝及铝合金焊接也获得了日愈广泛的应用。
目前，由于铝及铝合金焊接技术的日益成熟，以铝代替其他材料的倾向尤为明显，并且在国民经济和国防工业中得到越来越普遍的应用。
但是铝及铝合金具有特殊的性能，这给焊接工作带来一定的困难。
所以选择那种合金材料就应该合理的选择焊接方法和焊接材料。
关键词：
铝锰合金球罐焊接工艺
铝锰合金球罐焊接工艺
一、前言
随着焊接技术的飞速发展，铝及铝合金焊接也获得了日愈广泛的应用。
铝是地壳中储量最多的一种金属元素，约占地壳总质量的8.2%，居四大金属元素铝、铁（5.1%）、镁（2.1%）、钛（0.6%）之首。
铝作为化学元素是在1825年发现的，但是直到20世纪中叶才能以焊接的形式制造铝合金产品。
目前，由于铝及铝合金焊接技术的日益成熟，以铝代替其他材料的倾向尤为明显，并且在国民经济和国防工业中得到越来越普遍的应用。
但是铝及铝合金具有特殊的性能，这给焊接工作带来一定的困难。
由于焊件厚度（特别是极薄、极厚件）、结构形状等的不同，需要采用相应的焊接方法及工艺，才能获得优质的焊接接头及较高的焊接生产率。
二、焊接工艺
1、铝及铝合金的材料分析
（1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。
阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。
铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。
焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。
在焊接过程加强保护，防止其氧化。
钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。
（2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。
铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。
在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。
（3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。
铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。
铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。
生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。
在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。
在铝硅合金中含硅0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。
根据生产经验，当含硅5％～6％时可不产生热裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5％～6％）焊丝会有更好的抗裂性。
（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。
高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。
（5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。
在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。
弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。
因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。
（6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。
（7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。
（8）铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。
铝锰合金属于非热处理强化铝合金，特点是强度中等，塑性及耐蚀性好。
2、焊接方法及焊接材料的选择
2.1、焊接方法的选择
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。
气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。
气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。
焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。
惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。
铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。
铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。
熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）。
在这里我们主要用到的焊接方法是交流TIG焊。
交流TIG焊在焊接铝及铝合金薄件时，以利用“阴极清理”作用来减小氧化膜的危害，电弧更为稳定，可调参数增多，所得焊缝致密，焊接接头的强度、塑性、韧性较好，且不存在焊后残留熔剂腐蚀问题，便于焊接热循环的调节和控制，零件适焊厚度范围增大，焊接变形减小，母材热影响区变窄，它特别适于薄型工件的焊接、全位置焊接、对热敏感的热处理。
2.2、焊接材料的选择
（1）焊丝选用的焊丝应使焊缝金属的抗拉强度不低于母材（非热处理强化铝为退火状态，热处理强化铝为指定值）的标准抗拉强度下限值或指定值，并使焊缝金属的塑性和耐蚀性不低于或接近于母材，或满足图样要求。
为保证焊缝的耐蚀性，在焊接纯铝时宜用纯度与母材相近或纯度比母材稍高的焊丝。
在焊接铝镁合金或铝锰合金等耐蚀铝合金时，宜采用含镁量或含锰量与母材相近或比母材稍高的焊丝。
在这里我们用到的材料是铝锰合金，所以采用的焊丝应为含锰量与母材相近或比母材稍高的焊丝。
如HS311、HS321。
（2）保护气体常用的保护气体有氩气和氮气，其气体纯度应大于99.9％。
氩气应符合GB/T4842－1995《纯氩》的要求。
氩气瓶压低于0.5MPa后压力不足，不能使用。
（3）钨极氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。
由于铈钨极化学稳定性好，阴极斑点小，压降低，烧损少，易于引弧，电弧稳定性好。
宜选用铈钨极。
3、焊接顺序及焊接参数
3.1、焊接顺序
焊接顺序的原则是先纵缝，后环缝。
因为我们所做的球罐直径为400mm,板厚为4mm。
具体图形见附录。
所以具体焊接顺序为：
上温带纵缝焊接——下温带纵缝焊接——赤道带环缝焊——上、下极带环缝焊接接——局部焊缝返修
3.2、焊接参数
在铝及铝合金交流TIG焊时，由于不同的焊接接头形式，工件尺寸，具体焊工的操作特点也不一样，所以采用的焊接参数也不尽相同。
铝及铝合金对接接头交流TIG焊的焊接参数见下表：
铝及铝合金对接接头交流TIG焊的焊接参数
板厚
/mm
坡口形式
焊丝直径
/mm
钨极直径
/mm
喷嘴直径
/mm
焊接电流
/A
氩气流量
L/min
焊接层数
形状
间隙
/mm
钝边
/mm
4
I
0.5～2
－
2～2.5
2～2.5
7～12
120～150
6～10
1
4、焊接过程
4.1、焊前清理
铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。
我们采用的方法是用钢丝刷子刷工件表面，刷到露出金属光泽为止。
焊丝是用砂纸磨去表面氧化膜。
4.2、纵缝的焊接
由于我们所焊的球罐相对较薄。
所以焊接层数为一道。
纵缝焊时，焊道采取分段焊，先焊上半段，后焊下半段。
如下图所示：
4.3、环缝的焊接
环缝焊时，先点固两端，再分段焊中间，逐渐向两边加密，后连接成一条。
每层焊肉高度要基本相等，高出的地方用磨光机去除，低凹处应补焊平齐。
因为我们所选的焊接材料为铝锰合金，所以在焊接时要注意控制冷却速度。
如果条件允许可将工件放入水里，只需将焊缝漏出即可。
4.4、焊后处理
我们要求焊后要对工件进行抛光。
首先，我们先用抛光片进行打磨，待除去表面杂物后再用砂纸打磨，先用粗砂纸打磨一遍，再用细砂纸打磨，最终打磨要求为焊缝与工件表面基本平行，工件表面露出金属光泽。
5、焊接缺陷的防止
（1）必须熟练氩弧焊工艺，且经过专门技术培训。
（2）焊接时观察熔池部位前端必须形成小孔，小孔直径为0.5左右，加丝后熔化成形。
（3）焊丝能稳定均匀加入熔池，其与工件夹角10～15°，焊件与工件的后倾夹角70～80°，焊枪焊丝与工件缝隙成平面同一直线左向焊法。
（4）加丝时，焊丝应在熔池边缘，0.5～1mm位置加丝后焊丝基本不离开熔池，反复连续加丝。
（5）焊枪前进速度为直线微动往返运进，加丝后推进1～2mm，加深熔透深度，钨极尖端保持与工件距离2～3mm。
（6）焊接接头时应在熔池后5mm起弧稍作后移动预热形成光亮点熔池后，出现前端小孔，即加丝正常焊接。
（7）立焊、横焊位置焊接，焊接电流减少10～15%，氩气保护流量增加10～20%，横焊焊枪后倾夹角70～80°，其垂直平面与工件夹角90°，否则造成偏向保护不良，产生焊缝内部气孔。
（8）防止夹钨缺陷，当钨极与工件接触短路时，钨极端部烧损熔化产生夹钨，必须用砂轮机打磨干净后再进行焊接。
（9）焊接时采用引弧板和熄弧板，不允许在工件上引弧。
（10）焊接过程如发现定位焊开裂，造成板错位或间隙变化时，应立即停止焊接。
修复后方可继续施焊。
6、焊缝质量要求
（1）焊缝不允许焊穿、裂纹、气孔存在。
（2）焊缝有一定的加强高度，控制在1～2mm范围内，且光滑过渡，不允许低于工件表面。
（3）焊接后允许校正，用木头锤垫胶片敲打校正平顺，焊缝不允许有捶打凹陷存在
三、结论
综上所述，通过制定铝锰合金球罐的工艺，使我知道了对一种材料在焊接前要做的准备。
对于不同的材料要做出相对应的分析，只有正确的做出了分析才能得到良好的焊缝成形和焊缝质量。
通过这次分析使我们在焊接球罐时少走了不少弯路，最终使我们做出的产品得到了我们预期的效果，老师对我们也做出了很好的评价。
参考文献：
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湖南科学技术出版社.2004
邓红军.焊接结构生产[M].北京：
机械工业出版社.2004.1
焊接信息论坛网焊接资料交流区
中国焊接咨询网焊接资料交流区
王新民.焊接技能实训.北京:
机械工业出版社.2004.1
冯明河.焊工技能训练.中国劳动社会保障出版社
王长忠.高级焊工技能训练.北京.中国劳动社会保障出版社.2006
附录
致谢
论文的最后，我想对我的恩师王艳老师表示深深的敬意和真挚的感谢！
贾老师在学术上的成绩一直使我敬慕不已，做了他的学生之后，我更敬佩导师那严谨、科学、正直的作风以及孜孜不倦的学习态度，在我做论文的每一个阶段，贾老师都严格把关，容不得半点马虎，他对科研及教学事业一丝不苟、执着追求的精神给我留下了深深的印象。
对我的论文，贾老师倾注了大量的心血，由于担任重要领导职务，管理上的工作很多，但贾老师从来都是一丝不苟，挤出时间来悉心指导我的工作，我想对这几年来给予我极大关怀和帮助的贾老师，表示深深的谢意！
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