CN115582606B - 铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法。该焊接方法包括以下步骤：去除铝合金筒体需要焊接处的氧化膜和油污；调节TIG加丝焊枪位置，校正焊缝，进行TIG加丝焊接；调节TIG熔焊焊枪位置，对铝合金筒体进行TIG熔焊；清理焊缝焊渣及焊接飞溅，完成铝合金内表面螺旋形焊缝焊接。本发明采用TIG+丝焊接和TIG熔焊，改进焊接方法，改善传统焊接存在的焊缝质量问题，大大减少气孔、夹渣等缺陷，提高产值；大大提高焊接质量，成品合格率从50％‑60％提高到90％‑97％；内焊缝余高低于0.5mm，焊缝美观、并无需打打磨焊缝，减掉后序的打磨，从而降低了生产成本；内焊缝无需打磨，突破了螺旋焊管小口径的诞生，最小内径可达φ320mm。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法。
背景技术
在进行铝合金螺旋焊接内焊缝焊接时，传统焊接方法为：MIG(熔化极惰性气体保护焊)+丝焊接，焊接后焊缝容易产生气孔、针孔、夹渣等缺陷，焊缝余高在3mm，焊接质量不能保质，同时MIG+丝焊接方法筒体最小内径为φ 500mm，适用范围小。在螺旋焊管生产线生产产品时很难发现问题，因为焊缝在内表面，重新焊接的难度大，报废率高。若螺旋焊管生产线采用MIG焊接，焊接合格率低，生产率也非常低，所以MIG也不适合螺旋焊管生产线。
因此，需要一种新的焊接方式进行铝合金螺旋焊接内焊缝焊接，以减少气孔、针孔、夹渣的出现，降低焊缝余高，适用于更小内径的筒体。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，改进焊接方法，改善传统焊接存在的焊缝质量问题，大大提高焊接质量，提高成品合格率。
按照本发明的技术方案，所述铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，包括以下步骤，
S1：去除铝合金筒体需要焊接处的氧化膜和油污；
S2：调节TIG加丝焊枪位置，校正焊缝，进行TIG(非熔化极惰性气体保护焊)加丝焊接；
S3：调节TIG熔焊焊枪位置，对铝合金筒体进行TIG熔焊；
S4：清理焊缝焊渣及焊接飞溅，完成铝合金内表面螺旋形焊缝焊接。
本发明采用了TIG+丝焊接和TIG熔焊接，这样焊接方法，解决了焊缝焊接后的气孔、针孔、夹渣，等缺陷，提高了焊接质量，减掉了内焊缝打磨的工序，大大提高了产品的焊接质量和生产效率，并且减少了人力物力，节约了生产成本；同时，突破了小管径的螺旋焊管的生产，管道内径最小可达到φ320mm，且能保证焊接质量。
具体的，由于铝与氧的亲和力很大，任何温度下都会氧化，在铝或铝合金表面生成难熔致密的Al2O3氧化膜。这种高熔点(2050℃)氧化膜严重妨碍焊丝金属与熔池金属的相互熔合，因为焊接时氧化膜浮于熔池表面隔离着焊丝金属与熔池金属的相互熔合并容易在熔敷金属中造成夹渣等缺陷。同时，Al2O3氧化膜又极易吸收水分，即Al2O3与结晶水共存(Al2O3·H2O，Al2O3·3H2O)故此氧化膜不但妨碍焊缝的良好熔合，而且是生成气孔的主要原因。所以铝合金焊接中，对焊丝及母材表面的污染十分敏感，这是由于液态铝能溶解大量氢，而固态铝则几乎不溶解氢，在焊接过程中熔池快速冷却凝固，气体来不及逸出而聚集在焊缝中形成氢气孔。因此，需要去除铝合金筒体需要焊接处的氧化膜和油污，以避免气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷产生。
进一步的，所述步骤S1的具体操作为：采用不锈钢钢丝轮清理，使铝合金需要焊接处的表面漏出纯金属光。采用不锈钢钢丝轮清理有效避免了其他清理方式，如纱布、砂纸或砂轮等，造成的砂粒及粘结剂压入母材导致污染的问题。
具体的，清理时控制用力大小，以免将清理下的氧化膜重新压入母材。
进一步的，所述步骤S1中，清理范围为铝合金筒体需要焊接处周围50mm 表面。
进一步的，所述TIG加丝焊枪和所述TIG熔焊焊枪固定在支架上，并连接焊机控制系统；TIG加丝焊枪包括第一激光跟踪仪、送丝机、第一TIG焊枪和第一摄像机；TIG熔焊焊枪包括第二激光跟踪仪、第二TIG焊枪和第二摄像机。
进一步的，所述加丝焊枪和熔焊焊枪之间的距离为1100mm-1500mm。
进一步的，所述步骤S2中，自动焊接时，第一TIG焊枪和送丝机随第一激光跟踪仪进行调节，校正焊缝，然后进行TIG加丝焊接；手动焊接时，利用第一摄像机与焊机控制系统进行手动调整校正焊缝，然后进行TIG加丝焊接。
进一步的，所述步骤S3中，第二TIG焊枪根据第二激光跟踪仪或第二摄像机进行位置调整焊枪，对铝合金筒体进行TIG熔焊。
本发明焊枪根据机械自动跟踪仪进行调整焊枪的位置，对筒体进行熔焊。摄像机是手动调节，进行对焊枪的调整，这样解决了人不会直接对焊枪的枪光，避免了对人体的伤害和辐射。
进一步的，所述步骤S2中，TIG加丝焊接的焊丝选择主要依据母材(铝合金筒体)的化学成分，同时考虑防止焊接裂纹产生以及合金元素蒸发和烧损的补充，最终目的是使焊接接头的机械性能及耐蚀性达到或接近母材。截图的，其化学成分与铝合金筒体相同或相近。
进一步的，所述步骤S2中TIG加丝焊接和所述步骤S3中TIG熔焊的保护气体是氩气(Ar)和氦气(He)，采用氩气和氦气的混合气体能够保护焊铝及铝合金可增大熔深，减少气孔。
进一步的，所述步骤S4中，采用半自动钢丝轮或角磨机清理焊缝焊渣及焊接飞溅。
进一步的，所述步骤S4之后还包括焊缝外观检查、着色检测、X射线检测、超声波检测和圆度检测的操作。
具体的，焊缝外观检查包括：
(a)发现有孔穴、裂纹、未熔合、夹渣、弧坑和焊瘤等缺陷时，判为不合格；
(b)清理状态检查：飞溅及焊渣清理不良时，判为不合格；
(c)焊缝高度不齐：除了特殊指定焊缝形状为凹形角焊缝以外，焊缝长度在任意300mm范围内，焊缝凹凸的高低差大于0.5mm时判为不合格；
(d)焊缝宽度差：焊缝长度在任意300mm范围内，焊缝边缘直线度大于2mm 时判为不合格；
(e)咬边：容器内部焊缝不允许咬边，容器外部焊缝咬边深度不大于0.3mm，咬边连续长度不大于100mm；
(f)焊缝余高：外焊缝余高在大于0.5mm为不合格；
(g)焊缝宽度差：焊缝长度在任意300mm范围内，焊缝边缘直线度大于2mm 时判为不合格；
(h)焊缝错边：焊缝错边量不大于1mm。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明采用TIG+丝焊接和TIG熔焊，改进焊接方法，改善传统焊接存在的焊缝质量问题，大大减少气孔、夹渣等缺陷，提高产值；
2、大大提高焊接质量，成品合格率从50％-60％提高到90％-97％；；
3、内焊缝余高低于0.5mm，焊缝美观、并无需打打磨焊缝，减掉后序的打磨，使生产率提高、省工省时省耗材，从而降低生产成本；
4、内焊缝无需打磨，突破了螺旋焊管小口径的诞生，最小内径可达φ 320mm。
附图说明
图1为本发明方法所采用的焊接装置结构示意图。
图2为实施例1中焊接处的金相检测图。
附图标记说明：1-支架、2-第一激光跟踪仪、3-送丝机、4-第一TIG焊枪、 5-第一摄像机、6-第二激光跟踪仪、7-第二TIG焊枪、8-第二摄像机、9-第一调节架、10-第一安装支架、11-第二调节架、12-第二安装支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明方法所采用的焊接装置材质是铝合金(外形尺寸90× 60mm)：包括固定在支架1上的TIG加丝焊枪和TIG熔焊焊枪，以及用于控制 TIG加丝焊枪和TIG熔焊焊枪的焊机控制系统。
其中，TIG加丝焊枪和TIG熔焊焊枪之间的距离为1100mm-1500mm；TIG 加丝焊枪包括第一激光跟踪仪2、送丝机3、第一TIG焊枪4和第一摄像机5；第一TIG焊枪4通过第一调节架9安装现在支架1上，能够相对于支架1进行前后左右方向的移动；送丝机3安装在第一TIG焊枪4的焊接头处；第一激光跟踪仪2和第一摄像机5通过第一安装支架10安装在支架1上。
TIG熔焊焊枪包括第二激光跟踪仪6、第二TIG焊枪7和第二摄像机8；第二TIG焊枪7通过第二调节架11安装现在支架1上，能够相对于支架1进行前后左右方向的移动；第二激光跟踪仪6和第二摄像机8通过第二安装支架12安装在支架1上。
实施例
铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，采用上述焊接装置，包括以下步骤，
S1：采用不锈钢钢丝轮清理的方式，使铝合金筒体需要焊接处的表面漏出纯金属光；其中，铝合金筒体材质为5754铝镁合金，内径为320mm；
S2：调节TIG加丝焊枪位置，校正焊缝，采用氩气作为保护气体，进行TIG 加丝焊接；
其中，自动焊接时，第一TIG焊枪和送丝机随第一激光跟踪仪进行调节，校正焊缝，然后进行TIG加丝焊接；手动焊接时，利用第一摄像机与焊机控制系统进行手动调整校正焊缝，然后进行TIG加丝焊接；
焊丝(5183焊丝，表2)根据铝合金筒体材质(表1)进行选择，其化学组分如下表所示：
表1
表2
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti | Be | 其它 | Al |
| 0.4 | 0.40 | 0.10 | 0.5～1 | 4.3～5.2 | 0.05～0.25 | 0.25 | 0.15 | 0.0003 | 0.2 | 余量 |
S3：调节TIG熔焊焊枪位置，采用氩气作为保护气体，对铝合金筒体进行 TIG熔焊：第二TIG焊枪根据第二激光跟踪仪或第二摄像机进行位置调整焊枪，对铝合金筒体进行TIG熔焊；
S4：采用半自动钢丝轮或角磨机清理焊缝焊渣及焊接飞溅，完成铝合金内表面螺旋形焊缝焊接。
经检测，内焊缝余高为0.4mm；焊接处金相检测(检测依据为GB/T 3246.1-2012)结果如图2所示；弯曲实验(检测依据为GB/T 232-2010)结果显示：正面d＝24mm，a＝180，试样经弯曲试验后，弯曲外表面均无肉眼可见裂纹背面d＝24mm，a＝180，试样经弯曲试验后，弯曲外表面均无肉眼可见裂纹；拉伸(检测依据为GB/T 3880.2-2012)结果显示：规定非比例延伸强度为98MPa，拉伸强度为196MPa。
综上，本发明方法利用机械自动跟踪系统+TIG加丝焊接，无需人工校正焊接轨迹，焊接成本低；采用焊接装置结合焊接方法，大大提高了螺旋焊管的利用率，实现小管径产品的应用，提高了螺旋焊的使用范围；焊缝质量高，大大减少了气孔、夹渣等缺陷。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。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它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：去除铝合金筒体需要焊接处的氧化膜和油污；
S2：调节TIG加丝焊枪位置，校正焊缝，进行TIG加丝焊接；
S3：调节TIG熔焊焊枪位置，对铝合金筒体进行TIG熔焊；
S4：清理焊缝焊渣及焊接飞溅，完成铝合金内表面螺旋形焊缝焊接；
所述TIG加丝焊枪和所述TIG熔焊焊枪固定在支架上，并连接焊机控制系统；TIG加丝焊枪包括第一激光跟踪仪、送丝机、第一TIG焊枪和第一摄像机；TIG熔焊焊枪包括第二激光跟踪仪、第二TIG焊枪和第二摄像机；所述加丝焊枪和熔焊焊枪之间的距离为1100mm-1500mm；
所述步骤S2中，自动焊接时，第一TIG焊枪和送丝机随第一激光跟踪仪进行调节，校正焊缝，然后进行TIG加丝焊接；手动焊接时，利用第一摄像机与焊机控制系统进行手动调整校正焊缝，然后进行TIG加丝焊接；
所述步骤S3中，第二TIG焊枪根据第二激光跟踪仪或第二摄像机进行位置调整焊枪，对铝合金筒体进行TIG熔焊。
2.如权利要求1所述的铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，其特征在于，所述步骤S1的具体操作为：采用不锈钢钢丝轮清理，使铝合金筒体需要焊接处的表面漏出纯金属光。
3.如权利要求1所述的铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，其特征在于，所述步骤S2中，TIG加丝焊接的焊丝化学成分与铝合金筒体相同或相近。
4.如权利要求1所述的铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，其特征在于，所述步骤S2中TIG加丝焊接和所述步骤S3中TIG熔焊的保护气体是氩气和氦气。
5.如权利要求1所述的铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用半自动钢丝轮或角磨机清理焊缝焊渣及焊接飞溅。
6.如权利要求1所述的铝合金内表面螺旋形焊缝的焊接方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括焊缝外观检查、着色检测、X射线检测、超声波检测和圆度检测的操作。
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- 2022-10-31 CN CN202211365956.2A patent/CN115582606B/zh active Active
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