CN113199118A - 一种大厚度铝合金法兰盘焊接方法 - Google Patents

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李�浩
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缪勇
颉平平
李兴
汪鹏举
唐瑜
张万春
裴利程
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Abstract

本发明提供一种大厚度铝合金法兰盘焊接方法，针对大厚度2219铝合金法兰盘焊接，采用直流氦弧TIG焊打底+变极性钨极氩弧摆动填充和盖面的焊接工艺方法，将传统钨极氩弧焊4‑6层焊接变为3层，提高了焊接效率；同时有效减小法兰盘焊接热输入和焊接变形，保证了法兰盘焊接质量和几何形位尺寸精度。使用直流氦弧打底焊接，不添加焊丝，可节约生产成本，利用了氦弧较高的阳极功率密度和电弧收缩效应，可以焊接成低缺陷高质量的焊接接头，且背部无需铲除焊漏，三道次焊接残余应力和焊接变形小，焊接质量好。

Description

一种大厚度铝合金法兰盘焊接方法
技术领域
本发明属于焊接制造技术领域，具体涉及一种针对椭球箱底上大厚度大直径铝合金法兰盘，采用直流氦弧TIG焊打底+变极性钨极氩弧焊填充和盖面的焊接工艺及方法。
背景技术
箱底椭球面上的法兰为封闭式焊缝结构，因为法兰为锻造后整体机加产品，其自身刚性较大，在箱底圆环椭球面上装配焊接法兰盘后焊缝部位受约束较大，应力集中和应力峰值水平较高。并且，因为手工焊接法兰过程中无法一次完成大直径铝合金法兰盘封闭焊缝，多次起弧和收弧后形成较多的焊接接头，造成了焊缝应力集中的薄弱区和风险区，使得椭球箱底后续在液压试验过程中容易出现开裂，造成椭球箱底失效乃至报废。
2219铝合金法兰盘焊接较多采用交流钨极氩弧焊和变极性钨极氩弧焊焊接工艺。其中，变极性钨极氩弧焊目前是航天产品贮箱的主流焊接方式，其焊接过程稳定，其焊接过程中的电流强度和作用时间易于控制，且能有效减少钨极烧损、有效清理焊接试件氧化膜，进而保证焊缝良好的成形和接头质量。
随着航天产品结构厚度的增加，常规的变极性钨极氩弧焊已经不能满足产品在焊接制造上的工艺需求。因为变极性钨极氩弧焊的自由电弧收缩能力较差，造成电弧在阳极上能量密度较低，电弧的穿透能力较弱，使得焊缝熔深浅、焊接效率低下；针对15mm厚度的椭球箱底和法兰盘焊接需采用变极性钨极氩弧焊焊接工艺方法，至少需要单面4-6层的多层多道施焊，方可保证焊缝填满，无明显可见咬边缺陷。且变极性钨极氩弧焊在大厚度法兰盘焊接过程中往往因为电弧挺度差、穿透能力弱等因素，使椭球箱底上法兰盘焊接过程热输入冗余，造成焊缝组织过热过烧，最终出现法兰盘焊缝抗拉强度和延伸率等性能下降；且大厚度铝合金法兰盘多层多道焊接将造成焊缝位置产生较大的残余应力和焊接变形，严重影响了椭球箱底的几何形位尺寸，增加了液压试验和其服役过程中开裂的风险。
钨极氦弧焊是一种将氦气作为保护气体的钨极惰性气体保护焊接工艺，其优点是焊缝熔深较深、熔覆效率较高。相较于氩弧，氦弧因为氦气的电离能更高使得氦弧的电场强度(电弧电压)更大，造成氦弧在阳极待焊金属表面能量密度更高，增加了焊缝深宽比，减小了熔池体积和熔合比，将更有利于大厚度椭球箱底上铝合金法兰盘焊接
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种大厚度铝合金法兰盘焊接方法。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种大厚度铝合金法兰盘焊接方法,包括以下步骤：
一、待焊接的法兰盘和箱底圆环对接位置加工焊接坡口，法兰盘和箱底圆环沿坡口对接；
二、采用钨极氦弧焊进行打底焊接，焊接电流280±20A，焊接速度180mm/min，氦气流量12-16L/min，焊接钝边10mm厚度；
三、采用变极性钨极氩弧焊进行填充层焊接，焊接电流EN：415±10A EP：365±10A，送丝速度1200±300mm/min，焊接速度115mm/min，横摆宽度7-8mm，氩气流量12-16L/min；
四、采用变极性钨极氩弧焊进行盖面层焊接，焊接电流EN：380±20A EP：330±20A，送丝速度1200±500mm/min，焊接速度110mm/min，横摆宽度12-16mm，氩气流量12-16L/min；
其中，箱底圆环为厚15mm的2219-T87椭球形铝合金贮箱箱底圆环，法兰盘为15mm厚度的2219铝合金锻件。
具体的，所述法兰盘上加工向内凹陷的半U+I形坡口，所述箱底圆环上加工与法兰盘适配的半U+I形坡口，对接装配时候形成“U+I”形焊接坡口，可以有效拘束电弧，控制熔宽的同时，减少焊丝添加量。
具体的，步骤二中打底焊接的钨极打磨成45°尖锥状，保护气体使用99.999％工业纯氦气。
具体的，步骤三、四中变极性钨极氩弧焊采用扁平钨极尖端形状，保护气体使用99.999％工业纯氩气。
本发明的有益效果为：
(1)、本发明提供的大厚度铝合金法兰盘焊接方法，针对大厚度2219铝合金法兰盘焊接，采用直流氦弧TIG焊打底+变极性钨极氩弧焊填充和盖面的焊接工艺方法，将传统钨极氩弧焊4-6层焊接变为3层，提高了焊接效率；同时有效减小法兰盘焊接变形，保证法兰盘焊接质量和几何形位尺寸精度。
(2)、本发明提供的大厚度铝合金法兰盘焊接方法，使用直流氦弧打底焊接，不添加焊丝，可节约生产成本，利用了氦弧较高的阳极功率密度和电弧收缩效应，可以焊接成低缺陷高质量的焊接接头，且背部无需铲除焊漏，三道次焊接残余应力和焊接变形小，焊接质量好。
附图说明
图1实施例中法兰盘和箱底圆环焊接坡口示意图；
具体实施方式
本实施例所使用的设备为：L型变位机，法兰盘焊接夹具、钨极氩弧焊机、45°尖锥角铈钨极、扁平状钨极尖端、99.999％氩气、99.999％氦气、填充焊丝ER 2325。
本实施例中所用的试验件为内径φ3338mm，厚15mm的2219-T87椭球形铝合金贮箱箱底圆环(以下简称圆环)，法兰盘为15mm厚度的2219铝合金锻件，如图1所示，法兰盘和圆环上分别加工向内凹陷的半U形坡口，坡口深度为5mm，余下板厚形成了对接适配的I形坡口；法兰盘和圆环沿坡口对接后形成U形口，U形口的底部为6mm的平面底，平面底两端形成半径为5mm的弧形口。
采用上述材料和设备进行贮箱箱底大厚度铝合金法兰盘焊接工艺过程如下：
(1)将圆环吊装至L型变位机上，并使用螺杆进行拉紧限位；
(2)将法兰盘和圆环沿坡口对接，使用法兰盘焊接夹具固定法兰盘和圆环的相对位置；
(3)使用砂轮机对距离待焊焊缝中心25mm内进行打磨，并使用丙酮擦除试件表面油污和杂质；
(4)接入99.999％纯氦气保护气体到焊枪，调节保护气体流量为15L/min，将铈钨极打磨至45°尖锥角装上焊枪，打开钨极氩弧焊机预热；
(5)在焊机上将电流模式调整为直流，开始直流氦弧打底焊接，具体焊接参数为：直流反接，焊接电流290A，焊接速度180mm/min，焊枪无摆动，不添加焊丝；
(6)待(5)中焊接完成后，使用风动钢丝刷将焊缝外表面进行打磨清理。
(7)更换99.999％纯氩保护气体并接入焊接，将铈钨极打磨至扁平钝头装上焊枪，同时在送丝系统添加直径为1.6mm的ER 2325光亮焊丝；
(8)调整焊接模式为交流，输入焊接参数至焊机，开始变极性钨极氩弧焊填充层焊接，具体焊接参数为：EN:410A，EP:360A，送丝速度1300mm/min，焊接速度115mm/min，焊枪摆动参数为：摆宽7mm，摆动时间0.5s，左边停留0.25s,右边停留0.25s；
(9)待(8)中焊接完成后，使用风动钢丝刷将焊缝外表面进行打磨清理；
(10)调节焊接参数，开始变极性钨极氩弧焊盖面层焊接，具体焊接参数为：EN:395A，EP:345A，送丝速度1200mm/min，焊接速度110mm/min，基值电流230A，焊枪摆动参数为：摆宽15mm，摆动时间0.5s，左边停留0.25s,右边停留0.25s；
(11)焊接完成后，使用风动钢丝刷对焊缝外表面进行轻微打磨，即可呈现成形美观光亮的“鱼鳞纹”焊缝；
本实施例中，使用直流氦弧打底焊接，不添加焊丝，可节约生产成本，利用了氦弧较高的阳极功率密度和电弧收缩效应，可以焊接成低缺陷高质量的焊接接头，且背部无需铲除焊漏；本实施例采用直流氦弧TIG焊打底+变极性钨极氩弧焊填充和盖面的焊接工艺方法，将传统钨极氩弧焊4-6层焊接变为3层，提高了焊接效率；同时有效减小法兰盘焊接变形，保证法兰盘焊接质量和几何形位尺寸精度，可以推广应用。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种大厚度铝合金法兰盘焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、待焊接的法兰盘和箱底圆环对接位置加工焊接坡口，法兰盘和箱底圆环沿坡口对接；
二、采用钨极氦弧焊进行打底焊接，焊接电流280±20A，焊接速度180mm/min，氦气流量12-16L/min，焊接钝边10mm厚度；
三、采用变极性钨极氩弧焊进行填充层焊接，焊接电流EN：415±10A EP：365±10A，送丝速度1200±300mm/min，焊接速度115mm/min，横摆宽度7-8mm，氩气流量12-16L/min；
四、采用变极性钨极氩弧焊进行盖面层焊接，焊接电流EN：380±20A EP：330±20A，送丝速度1200±500mm/min，焊接速度110mm/min，横摆宽度12-16mm，氩气流量12-16L/min；
其中，箱底圆环为厚15mm的2219-T87椭球形铝合金贮箱箱底圆环，法兰盘为15mm厚度的2219铝合金锻件。
2.根据权利要求1所述的大厚度铝合金法兰盘焊接方法，其特征在于，所述法兰盘上加工向内凹陷的半U+I形坡口，所述箱底圆环上加工与法兰盘适配的半U+I形坡口。
3.根据权利要求2所述的大厚度铝合金法兰盘焊接方法，其特征在于，所述U+I形坡口具体为：法兰盘和圆环上分别加工向内凹陷的半U形坡口，坡口深度为5mm，余下板厚形成了对接适配的I形坡口；法兰盘和圆环沿坡口对接后形成U形口，U形口的底部为6mm的平面底，平面底两端形成半径为5mm的弧形口。
4.根据权利要求1所述的大厚度铝合金法兰盘焊接方法，其特征在于，步骤二中打底焊接的钨极打磨成45°尖锥状，步骤三、四中变极性钨极氩弧焊采用扁平钨极尖端形状。
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