一种节能增效的新型半自动打底焊接工艺
摘要：文章通过对带不锈钢衬垫的铝合金板材进行熔化极半自动（MIG）打底焊工艺（该技术已申请国家发明专利）试验，并将该新工艺与传统的手工钨极氩弧（TIG）打底焊进行对比试验，结果表明新工艺在防止厚板打底焊工艺中的底部咬边和衬垫击穿方面具有优异的表现，能有效地提高生产效率，降低能耗，减少生产成本。同时，该研究通过分析新工艺焊缝的机械性能和缺陷，获得该工艺的适用范围和应用局限性，为新工艺的生产实践提供指导。
关键词：铝合金；熔化极半自动焊接；打底焊；节能增效；对比试验 文献标识码：A
带不锈钢衬垫的铝合金半自动打底焊接工艺技术是我公司在生产过程中发现并总结的一套全新的技术，该技术在铝制压力容器制造最后一道封闭的环焊缝中应用具有极大的优势。其首次开发并应用在杭州杭氧低温液化公司制造的RS801～RS803等系列厚板压力容器筒体对接环焊缝打底焊接作业，效果显著，一次合格率很高，经总结归纳，该新技术已申报发明专利。因此验证该工艺方法焊缝机械性能，掌握其特点，有效发挥优点，控制不足之处，推广该项重要技术发明，突破传统手工钨极氩弧焊在不锈钢衬垫打底焊作业的单一方法，对生产节能降耗、降低劳动强度、减少成本具有重要
作用。
1 试验目的
目前铝合金板材的不锈钢垫板打底焊接技术工艺不足之处：不锈钢衬垫单面坡口焊接常常应用在容器封头与筒体、筒体与筒体组合的环焊缝。铝合金熔点不高，液态流动性良好，因此对打底焊接技术要求非常严格，焊枪角度和焊接速度控制等技能水平的高低对打底焊接质量有重要影响。电流过大、焊枪角度太过垂直、熔池停留时间过长，都将造成不锈钢衬垫击穿或焊缝内咬边缺陷。对一些较厚大的铝合金板材，应用手工钨极氩弧焊打底焊需要采用氧乙炔火焰加热，否则很难熔化母材，熔池不易形成，给焊接作业带来困难。如果应用传统的手工钨极氩弧焊，不但消耗大量的能源，而且焊接质量并不稳定，极易造成咬边和垫板击穿等现象。新MIG打底焊是为了克服原有技术存在的不足，而提供一种能避免不锈钢衬垫击穿或者击伤，有效解决打底焊内部质量不稳定等问题，提高一次成型合格率，提高生产效率，降低能源消耗，缩短生产周期，大大降低生产成本的铝合金板材的不锈钢衬垫半自动打底焊接
方法。
2 新MIG打底焊工艺介绍
所述的铝合金板材厚度须达10mm以上，采用的是熔化极半自动焊接的坡口焊缝，尤其在最后一道封闭焊缝中，采用不锈钢衬垫工艺措施发挥的效果更加显著；坡口设计60°～70°或U型，无钝边，焊缝底部间隙为4～5mm，并且不锈钢衬垫紧贴于坡口底部。
3 新工艺工装要求
采用该MIG方法在不锈钢衬垫上进行打底焊接时，我们分别将间隙控制在2mm和5mm进行试验做了对比，对比的结果见图3所示。因此，要求不锈钢衬垫贴实焊缝根部，衬垫离试板或工件底面间隙控制在2mm之内，否则焊接过程焊缝根部生产氧化物从根部间隙飞溅出来，难以清理，尤其是压力容器最后一道封闭环焊缝中，要求容器内部清洁，所以在实际应用中特别注意冷作装配要求，筒体圆整度，装配错变量要求很高。
4 试验方法
4.1 方案设计
每一种规格的试板分为两组分别采用TIG和MIG进行施焊，每组5付。
4.2 能耗对比
焊接消耗电能计算方法：Q=U×I×t
12mm试板打底层焊接参数及能耗对比如表1所示：
25mm试板打底层焊接参数及能耗对比如表2所示：
试板经过射线检测发现，这两种焊接方法，其内部合格率都非常高。但从实践应用过程中统计，新工艺采用的MIG打底焊对带衬垫的单面焊焊缝根部发生内咬边和衬垫击穿概率大大降低，在射线检测结果中这些缺陷几乎不存在，该方法利用焊道与水平面的角度合理设置，保证了熔池在重力作用下不会掩盖焊道根部未融化母材，避免了假焊、根部咬边缺陷，有效提高射线检测一次合格率。还有焊枪与焊道夹角合理设置及特殊的焊枪运动轨迹，保证了打底焊接背面成型质量，防止不锈钢衬垫受热时间过长被电弧击穿的可能，使得闭环焊缝背部衬垫击穿的可能性降到最低，几乎为零。而传统的带不锈钢衬垫TIG打底焊过程人为影响因素太多，难以保证。这在产品焊缝射线检测统计数据中得到证实。
4.4 焊缝机械性能对比
12mmMIG和TIG试样机械性能合格率对比如表3
所示：
25mmMIG和TIG试样机械性能对比如表4所示：
25mm试板理化数据从表4得知其结果和表3形成鲜明对比，虽然TIG手工钨极氩弧焊工艺，试板抗拉强度仍然略高于MIG半自动打底焊接工艺。但在面弯和背完性能测试中，MIG半自动打底焊完胜TIG手工钨极氩弧焊工艺的机械性能。由于厚板根部密集气孔缺陷在厚板焊缝金属横截面中所占比例很小，气孔造成的影响可以忽略不记。此时焊接热输入对焊缝性能影响占主要原因，TIG手工钨极氩弧焊焊前需要预热，焊接过程电流大，热输入高，合金烧损严重，晶粒粗化，焊缝金属组织韧性下降，导致焊缝弯曲性能不合格。
5 结语
综上所述，该带不锈钢衬垫的铝合金MIG单面打底焊工艺适用于材料厚度大于10mm以上的零件，而且越厚效果越明显。为了能达到优质焊缝，焊前的冷作工装技术必须高标准、严要求执行。这样才能极大地发挥新工艺的优点，切实对生产带来便利。
参考文献
[2] 陈淑惠.焊接方法与设备[M].北京：高等教育出版社，2009.