CN103182590A - 一种控制铝合金管路焊接背部反透的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种控制铝合金管路焊接背部反透的方法，采用可调控压装置向待焊管路内连续充惰性气体，保证充气流量与未焊接头的放气流量相互协调，使管路内部压力达到一个宏观准稳态，实现对焊接熔池施加一个稳定向外的力，阻止熔池背部下榻变形，从而有效的控制焊缝背部反透量。该方法不受管路形状的复杂程度限制，同时内部惰性气体还可起到保护气的作用，有利于焊缝成形保证焊接质量，可实现壁厚为1.0mm～3.0mm、外径为22mm～40mm的薄壁复杂多弯管路焊接。

Description

一种控制铝合金管路焊接背部反透的方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种铝合金焊接方法，更具体地涉及一种控制铝合金管路焊接背部反透的方法，亦可应用于其它类似焊接相关领域中。

背景技术

铝合金焊接结构具有重量轻、耐腐蚀性好、便于加工等优良综合性能，广泛应用于航天航空、国防军工等领域的产品中。随着型号产品的不断发展，对铝合金焊接结构的要求日趋严格，尤其是产品内部油、气管路，不但要考虑其工作压力，还要控制焊缝背部反透，保证管内油、气流量满足设计要求，因此对铝合金管路的焊接工艺也提出了越来越高的要求。

铝合金具有熔点低、高温强度小的特点，因此在焊接过程中常常会出现焊缝背部反透较大的缺陷，尤其在焊接壁厚较小的铝合金管路时更为明显。在实际生产中常采用内部施加刚性芯轴的方法来避免这种缺陷，但采用这种方法一方面会受到管路复杂程度的限制，连续弯管的对接难以采用刚性芯轴；另一方面焊接不同直径的管路需要不同直径的刚性芯轴配套，增加了生产成本。因此采用刚性芯轴的方法即无法完全满足当今复杂铝合金管路的焊接要求，又会增加生产成本，不能保证管路焊接质量。

随着铝合金产品结构形状日趋复杂化，产品内部管路的形状也越来越复杂，对管路内部流量的控制也越来越严格，铝合金管路氩弧焊时焊缝背部成形不良、反透量过大，难以满足通球试验要求等。采用刚性芯轴的方法不能完全控制背部反透，保证管路焊接质量，限制了铝合金复杂管路结构产品焊接生产上的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提出一种控制铝合金管路氩弧焊环焊缝内部反透，不受管路复杂程度的限制，可有效控制铝合金管路焊缝背部反透，并有利于焊缝成形的方法。

本发明的所采用的技术方案如下：

一种控制铝合金管路焊接背部反透的方法，工作原理：通过在管路焊接时向管路内部充一定压力的惰性气体的方法，向液态熔池施加一个向上的力，使这个力与液态熔池受到的自身重力、电弧吹力以及熔池表面张力相互平衡。焊接过程中通过控压装置对充气流量进行实时调节以保证管路内部气压动态稳定，为焊接提供一个压力相对稳定的工作环境。

本发明中所称的准稳态，是指管路内部气体压力动态稳定，管路内部气压大于外部气压600Pa±5%，即管路内外压差保持在600Pa±5%内。压力上下波动不超过内部气压的±5%时，可有效控制管路内部反透。

整个管路焊接过程包括两个阶段：点固充气阶段和焊接调压阶段。其中：

(1)点固充气阶段，是将待焊接管路对接装配好后点固，然后封堵管路两端，向管路内充惰性气体，使管路内部空气从待焊接缝处的间隙排出，替换管路内原有空气，使管路内部充满惰性气体，并在管路内部形成一个准稳态的惰性气体压力相对稳定的环境；管路点固后的初始充气流量可根据不同的管路直径按下式进行调节，充气时间可根据管路粗细、长短以及具体环境进行适当调整，

$Q=7\·\frac{D}{22}$

式中：Q为管路点固后的初始充气流量，D为管路外径。

(2)焊接调压阶段，当管路内部充满惰性气体并形成一个准稳态的稳定气压环境后开始焊接，保证焊接位置始终处于平焊位置；焊接过程中，由于管路接头待焊接缝处，未焊接部位逐渐减小，此时充气流量不变而泄气流量减小使得内部压力有增大的趋势，为了保证焊缝过程中成形稳定，就需要用控压装置对充气流量进行动态调节，使管路内部气压保持准稳态的动态平衡；

焊接过程中，不同时刻的充气气体流量Q_t可按下式进行调整：

$Q_t=Q\·(1-\frac{\mathrm{vt}}{\mathrm{d\π}})$

式中：Q_t为充气流量，Q为管路点固后的初始充气流量；v为焊接速度；t为焊接时间；d为管路中径。

本发明所提出的控制铝合金管路氩弧焊背部反透的方法，是采用内部充惰性气体的方式代替刚性芯轴，保证充气流量与未焊接头的放气流量相互协调，使管路内部压力达到一个宏观的准稳态，在管路内部形成一个准稳态的惰性气体压力相对稳定的环境，对焊接熔池施加一个稳定向外的力，向上托住液态熔池，阻止熔池背部下榻变形，避免液态金属过渡下榻造成的背部反透量大，同时内部惰性气体还可起到保护气的作用，有利于焊缝成形保证焊接质量。本发明采用内部气压代替刚性芯轴的方法，优点是内部充气，不受管路形状和复杂程度的限制，可有效控制铝合金管路焊缝背部反透，并有利于焊缝成形，获得良好的管路焊缝，可实现壁厚为1.0mm～3.0mm、外径为22mm～40mm的薄壁复杂多弯管路焊缝内部反透控制，保证焊接质量。试验证明：采用本发明提出的焊缝反透控制方法，在焊接铝合金管路时可有效的控制焊缝背部反透量，所焊接管路满足QJ919A-1998导管制造验收通用技术条件中的通球要求，同时焊缝背部成形良好，克服了未融合、未焊透等缺陷，实现了控制铝合金管路焊接背部反透过大等缺陷问题，获得良好的焊缝成形质量，并对不同直径的管路具有通用性，大量节约了生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1焊接熔池受力示意图；

图2管路内部充压示意图；

图中标记分别表示：

F1—电弧吹力，F2—熔池表面张力，F3—熔池重力，F4—管内气体压力；

1—母材，2—熔池，3—电弧，4—密封堵头，5—待焊管路，6—待焊接缝，7—焊枪，8—充气堵头，9—控压装置，10—气管，11—气瓶。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对发明的实施方式作进一步的说明。

具体实施时，可采用美国Miller公司生产的Miller 350LX型焊接电源进行焊接，管路内部充填99.99%高纯氩气。

如附图1、2所示，为使管路内形成准稳态的相对稳定的压力环境，采用前述的技术方案。

将待焊管路5对接装配好后点固，然后用密封堵头4和充气堵头8封堵管路两端，向管路内充惰性气体，惰性气体由气瓶11经气管10再经控压装置9充入待焊管路5内，充气流量、充气时间可根据管路粗细、长短以及所希望的背部反透量进行调整，保证管路内部原有空气从待焊接缝6处的间隙排出，同时在管路内部形成一个准稳态的惰性气体压力相对稳定的环境。

当管路内部充满惰性气体并形成一个准稳态的压力后开始焊接，保证焊接位置始终处于平焊位置。焊接过程中用控压装置9对充气流量进行动态调节，使管路内部气压形成准稳态的相对动态平衡。

具体实施例如下：

实施例1：5A06铝合金管路对接氩弧焊

母材：外径为38mm，壁厚为1.5mm的5A06铝合金管路，对接氩弧焊。将整个焊接过程分成两个阶段：点固充气阶段和焊接调压阶段。管路装配合适并点固后管路两端封堵，开始向管路内部充氩气，氩气流量为12L/min，充气1-2分钟后焊接，焊接电流为50A，随着焊接的进行逐渐减小充气流量，保证内部气压动态稳定。最终所获得的管路焊缝成形均匀美观，无未焊透、未熔合等缺陷，焊缝背部反透量合适，可满足QJ919A-1998中通Φ32mm钢球的要求。

实施例2：5A03铝合金管路对接氩弧焊

母材：外径为22mm，壁厚为1.0mm的5A03铝合金管路，对接氩弧焊。将整个焊接过程分成两个阶段：点固充气阶段和焊接调压阶段。管路装配合适并点固后管路两端封堵，开始向管路内部充氩气，氩气流量为7L/min，充气1-2分钟后焊接，焊接电流为40A，随着焊接的进行逐渐减小充气流量，保证内部气压动态稳定。最终所获得的管路焊缝成形均匀美观，无未焊透、未熔合等缺陷，焊缝背部反透量合适，可满足QJ919A-1998中通Φ17mm钢球的要求。

实施例3：5A02铝合金管路对接氩弧焊

母材：外径为40mm，壁厚为3.0mm的5A02铝合金管路，对接氩弧焊。将整个焊接过程分成两个阶段：点固充气阶段和焊接调压阶段。管路装配合适并点固后管路两端封堵，开始向管路内部充氩气，氩气流量为12.7L/min，充气1-2分钟后焊接，焊接电流为55A，随着焊接的进行逐渐减小充气流量，保证内部气压动态稳定。最终所获得的管路焊缝成形均匀美观，无未焊透、未熔合等缺陷，焊缝背部反透量合适，可满足QJ919A-1998中通Φ30mm钢球的要求。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种控制铝合金管路焊接背部反透的方法，包括两个阶段：点固充气阶段和焊接调压阶段，具体为：

(1)点固充气阶段，将待焊接管路对接装配好后点固，然后封堵管路两端，向管路内充惰性气体，使管路内部充满惰性气体，并在管路内部形成一个准稳态的惰性气体环境；

(2)焊接调压阶段，当管路内部充满惰性气体并形成一个准稳态的惰性气体环境后开始焊接，焊接过程中，用控压装置对充气流量进行动态调节，使管路内部气压保持准稳态。

2.根据权利要求1所述的一种控制铝合金管路焊接背部反透的方法，其特征在于，在所述点固充气阶段，管路点固后的初始充气流量可根据不同的管路直径按下式进行调节：

$Q=7\·\frac{D}{22}$

式中：Q为管路点固后的初始充气流量，D为管路外径。

3.根据权利要求1所述的一种控制铝合金管路焊接背部反透的方法，其特征在于，在所述的焊接调压阶段，焊接过程中，充气流量可通过按下式进行调整：

$Q_t=Q\·(1-\frac{\mathrm{vt}}{\mathrm{d\π}})$

式中：Q_t为充气流量，Q为管路点固后的初始充气流量，v为焊接速度，t为焊接时间，d为管路中径。

Images