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發布時間：2020-11-06 11:09
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大型箱體焊接變形的控制方法
解決問題的途徑
通過工藝分析及焊接變形影響因素的分析，采取了以下措施控制焊接變形，保證幾何尺寸。
1 下料時焊縫坡口所在板通過計算和試驗，寬度方向合理留出焊接收縮量。由于焊縫橫向產生橫向縮短，產生橫向收縮大約為焊縫截面平均寬度的10%。焊縫產生縱縮短，在長度方向留出合理余量（一般為20mm），構件制作完畢后，進行二次下料。
2 減小主焊縫的坡口截面尺寸，降低受熱量。
箱型構件四角主焊縫設計采用50°單邊V型坡口，鈍邊2mm，組隊間隙2mm的焊縫形式。在保證焊縫質量的前提下，實際采用45°±5°V型坡口, 從而減小了主焊縫的坡口截面，降低了受熱量，減少了焊縫收縮量。
3 減小焊接線熱能
箱型內部原采用手工電弧焊，現改用線熱能較低的CO2氣體保護焊，四角主焊縫采用CO2氣體保護焊打底兩遍, 埋弧自動焊蓋面一遍，改變了圖紙全部埋弧自動焊焊接的工藝，有效降低了焊接線熱能。
4 確定合理的施焊順序
4.1 采用對稱焊接：箱型構件四角主焊縫及縱向加肋板都是對稱布置，施焊中采用對稱焊接。
4.2 內部橫向短肋板先用胎具制作成隔板框，保證尺寸的準確性，減小組對成箱型整體后內部焊接量。
4.3 筋板、橫隔板與箱體構件的焊縫采用分段、分散對稱焊，減小變形。長直焊縫采用分段退焊法，每段焊縫長度為350mm。
4.4 嚴格工藝規范：為確保構件加工質量，每次施工前，必須通過分析和試驗，確定合理的施工工藝方案。
確定所必須的工裝配置。
焊接工藝參數的確定：焊接材料、焊接設備、焊接人員、焊道清理、焊接順序、焊接電源、焊接電壓、焊接速度。
減小焊接變形及應力采取的措施：采用分段、分散對稱焊。對每一具體構件規定嚴格的焊接順序。
制定檢驗規程：規定各項質量控制點的檢驗內容、方法、手段及檢驗標準。
隨著金屬焊接加工的發展，金屬焊接加工技術日益趨于成熟。然而，在實際焊接生產過程中，也會因為各種原因而產生各樣的問題。如何辨別問題出現的原因，如何解決質量問題的出現，這是生產工藝管理過程中非常重要的一環。
首先，要對焊接品質進行檢查焊接品質的檢查。鋁合金焊接生產儲存環境和輔助材料使用的要求一、生產儲存溫度濕度的要求鋁合金的生產和儲存環境必須防塵、防水、干燥。一般有目視檢驗和破壞性檢驗兩種方法。目視檢驗顧名思義，是工作人員根據自己豐富的工作經驗來判定焊接產品是否合格，但若憑此檢驗就下結論，還不充分，這就需要進行破壞性檢驗，即撕開焊接母材進行確認。另外，也可利用拉伸儀進行拉伸強度的檢驗。
其次，根據現象進行原因分析。為了改善接頭的性能，有時需要將下列各項中的一項或多項加以考慮：。一般來說，若出現焊接加工不良，可能材料有問題，需要在檢查材料質量后更換材料或改變激光焊接機波形設定工藝條件進行解決；若所焊接產品的同一部位連續出現焊接不良，很可能是工作臺和夾具有問題；若偶爾有焊穿和虛焊現象，可以檢查焊接機的能量穩定性或工作臺及夾具是否存在問題。
再次，加強焊接品質保證管理。但硬鋁合金的耐腐蝕性不好，通常需要進行陽極化處理，或使其表面形成（包覆一層純鋁，成為包鋁。在焊接過程中，一要經常用壓力測試儀對焊接壓力進行測試，以使壓力保持不變，同時，要經常對焊接機頭的動作狀況進行檢查；二要加強對電流的監測，避免出現電源電壓的波動、焊接機超載運作而引起的過熱使電流輸出減少、工件接觸不良導致電流減少、焊接機性能不良等問題；三要考慮工件厚度、鍍層厚度、金屬成分等的變化，避免焊接不良品的出現。
鋁及鋁合金的mig焊焊接性良好，如能控制好焊接氣孔缺陷，便可用于鋁制厚壁壓力容器的焊接。
1 母材性能
鋁的化學活潑性強，與空氣接觸時，會在其表面生成一層致密的al2o3薄膜，這層氧化膜可防止硝算及***的腐蝕，耐腐蝕性好，如加入一些硅、銅、鎂、鋅等合金元素后，可獲得不同性能的合金，鋁合金的抗低溫性能也很好。如何在滿足鋁鎂合金材料使用的前提下，消除焊縫中的氣孔是鋁鎂合金焊接工藝質量前提保證，也是我們在日常工作中需要正視的問題。如鋁鎂合金和鋁錳合金，它們的特點是強度中等，塑性及耐蝕性好，故通常稱為防銹鋁，焊接性好，是目前鋁合金焊接結構中應用廣的鋁合金材料。特別是機械行業的空分設備，屬深冷技術產品，主要的塔體容器均采用鋁鎂合金，如5083-h112，其抗拉強度rm可達270～275 mpa。鋁鎂合金也廣泛用于石化產品中，較之不銹鋼在比強度和性價比上有較大優勢，已在空分和石化設備中廣泛使用。以前鋁合金的焊接大都采用手工操作，如手工ya弧焊，但隨著產品設備的越來越大，越來越厚，手工ya弧焊的焊接方法已不再適合了。壁厚30 mm以上的材料，因鋁合金的導熱系數、比熱容等都很大，約比鋼大一倍多，在焊接過程中大量的熱能被迅速傳導到母材內部，因此焊接時比鋼要消耗更多的熱量。為獲得高質量的焊接接頭，必須采用能量集中、功率大的熱源，使焊槍鎢棒容易燒損，需采用預熱，甚至需邊焊邊熱等工藝措施，給焊接時帶來很多麻煩。因此純手工ya弧焊已不再適合較厚的鋁合金材料，直徑大的鋁合金容器，可采用自動mig焊焊接，但如石化產品，往往是壓力高，直徑小，壁厚（30 mm以上）及經過壓制的厚壁容器封頭（因要壓制不宜采用焊接功率大的自動mig焊），采用熔化極半自動ya弧焊可以彌補以上缺陷。
2 焊接工藝性分析
2.1 鋁合金mig焊
熔化極半自動ya弧焊是利用焊絲與工件間產生的電弧作熱源將金屬熔化的焊接方法。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發動機氣缸或其他耐磨零件。焊接過程中，電弧熔化焊絲和母材形成的熔池及焊接區域在惰性氣體ya或氦的保護下，有效地阻止周圍環境空氣的有害作用。用焊絲作為電極，用ya氣作為保護氣體，電源采用直流反接，使熱量集中，但電弧功率又沒有自動mig焊的大。熔化極半自動ya弧焊有很多優點，操作方便，能焊接各種位置的焊縫和不同厚度的鋁合金，特別是焊接中厚板容器接管角焊縫更有著明顯的優勢。但由于鋁及鋁合金對焊接氣孔特別敏感，尤其在使用雜質含量較多的國產焊絲，故用于壓力容器的a，b類承壓焊縫時有一定的困難。為此筆者成立攻關組，經過反復試驗和研討，終于使問題迎刃而解，并順利應用到產品中。
2.2 氣孔產生機理及解決措施
熔化極半自動ya弧焊焊接時產生的缺陷主要是氣孔，而氣孔生成機理是很復雜的。一般來說在約束環境下，水平管仰焊接頭部位可采用交叉接頭法，有利于焊縫質量的保證，避免氣孔的產生。由于鋁與氧的親和力很大，在空氣中極易與氧結合生成致密結實的al2o3薄膜，這層氧化膜還會吸附水份。而產生氣孔的重要因素是氫，屬氫致擴散氣孔，由于鋁及鋁合金的物理本質特征，使得它們在液態時可溶解相當量的氫，而在固態時幾乎不能溶解，因此在熔池的結晶和冷卻過程中氫無法及時逸出，而殘留在焊縫內形成氣孔。
2.2.1 氫的來源
氫的來源有以下幾個方面：在焊材和母材中溶解的氫；焊材和母材表面的氧化膜、油污、水分等；保氣氛中的氫和水份；在保護條件不完善時卷入電弧氣氛中的空氣所帶有的氫和水分。
2.2.2 氣孔控制措施
待焊區的清理工作完善與否是控制焊接氣孔的基礎，母材坡口及其兩側以及焊絲必須去油、去污，表面氧化膜需用鏟刀、銑刀等工具予以去凈，使之露出金屬本色；空氣相對濕度宜控制在70%以下，空氣相對濕度較高以及工件壁厚較大時，焊前在焊接區須進行預熱，預熱溫度一般在100 ℃左右；工件壁厚較大時以采用多層焊或多層多道焊為宜；宜選用雜質盡可能少的焊絲（進口焊絲常優于國產焊絲，如牌號為5083母材，可選用er5183，1.6 mm焊絲）和≥99.99%的高純亞作為保護氣體。而主要針對低碳鋼點焊問題所提出的以保證熔核大小穩定為目標的各種控制方法并不適合與鋁合金點焊，尤其是對工件電極的粘連問題和焊點表面成形質量差的問題更是無能為力。熔化極半自動ya弧焊在條件允許范圍內可以代替手工ya弧焊在鋁制壓力容器中的焊接，特別是小直徑厚壁容器的縱環焊縫和須經壓制的封頭縱焊縫的焊接，經無損檢測可以達到jb/t4730.2―2005ii要求，也能代替手工ya弧焊在容器接管角焊縫的焊接，經100%著色檢測，可以達到jb/t 4730.5―2005i的要求，在受壓件與非受壓件間的結構件角焊縫的焊接，更有著其明顯的優勢，效率可提高2倍以上。必須指出，除了設計恰當焊接坡口，選擇已經驗證的合理焊接參數以外，選擇含雜質較少的適配焊絲、適當預熱和焊接區的充分清理都是減少及至杜絕氣孔的有較手段。
