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6.2 焊接工艺


6.2.1 铝合金结构焊接工艺应符合现行国家标准《铝及铝合金气体保护焊的推荐坡口》GB/T 985.3、《焊接及相关工艺方法代号》GB/T 5185、《铝及铝合金弧焊推荐工艺》GB/T 22086和《铝及铝合金弧焊接头 缺欠质量分级指南》GB/T 22087的规定,必要时应进行工艺试验。
6.2.2 坡口形式和尺寸应根据接头形式、母材厚度、焊接位置、焊接方法、有无垫板、使用条件及焊接工艺评定的结果确定,焊接接头坡口形式与尺寸应符合本规程附录A的有关规定。
6.2.3 当铝合金结构焊接采用大电流密度熔化极氩弧焊时,对接接头钝边可增大,坡口可减小。搭接或T形接头宜采用焊脚稍小的双边连续焊缝,不宜采用单边焊缝。
6.2.4 铝合金结构工程焊接施工中可根据结构形式、焊接位置及施工条件,在焊缝背面加临时垫板。垫板可使用不锈钢、碳钢或铜等对焊缝质量无不良影响的材料。焊缝背面加保留垫板时,应采用与母材同材质的材料。
6.2.5 施焊前可采用下列方法清除焊丝、焊件坡口及其附近表面和垫板表面的油污和氧化膜:
    1 用丙酮或四氯化碳等有机溶剂除去表面油污,坡口两侧的清除范围不应小于50mm。
    2 清除油污后,焊丝应采用化学法,坡口宜采用机械法或化学法清除表面氧化膜。
6.2.6 气焊、碳弧焊用焊粉应除去氧化膜及其他杂质。
6.2.7 清理好的焊件和焊丝,在焊前应保持清洁,并应在8h内施焊,否则,应采取有效的防护措施。
6.2.8 不同厚度板材对接时,薄板端面应位于厚板端面之内。当表面错边量超过3mm或单面焊焊缝根部错边量超过2mm时,应将较厚板的一面或两面加工成斜面。斜面长度应大于厚度差,且其坡度不应大于1:4(图6.2.8)。
图6.2.8 不同厚度板材对接
图6.2.8 不同厚度板材对接
L——斜坡长度;S1——厚板板厚;S2——薄板板厚;i——斜面坡度
6.2.9 手工钨极氩弧焊应采用交流电。熔化极氩弧焊应采用直流电,直流焊接时焊丝应接正极。
6.2.10 铝合金构件焊接时应采取合理的施焊方法和顺序,宜进行刚性固定,并应考虑收缩余量。
6.2.11 铝合金构件焊接应确保焊缝熔透和熔合良好。在焊接工艺规程允许范围内宜采用大电流、快焊速施焊。焊丝的横向摆动幅度不宜超过其直径的3倍。
6.2.12 多层焊焊接时层间温度不宜高于100℃。钨极氩弧焊焊厚大于5mm、熔化极焊焊厚大于25mm、焊件温度低于-10℃等情况下,且从焊缝向焊件的焊接热输入低于补偿时,宜对焊件进行焊前预热。
6.2.13 钨极氩弧焊焊接过程中焊丝端部不应离开氩气保护区,焊丝送进时与焊缝表面的夹角宜为14°~16°。焊枪与焊缝表面的夹角宜为80°~90°。对厚度不小于4mm的立焊和横焊焊缝,底层焊接宜采用双面同步氩弧焊工艺。
6.2.14 焊接过程中,焊层间的氧化膜、过高焊肉及其他焊接缺陷应采用机械法清除。
6.2.15 纵焊缝两端应设置铝制的引弧板和引出板。纵、环焊缝清理弧坑后接续焊时宜在引弧板上引燃电弧,待电弧燃烧稳定后焊接。
6.2.16 当喷嘴上有明显阻碍气流流通的飞溅物附着时,应清除飞溅物或更换喷嘴。当钨极端部出现污染、形状不规则等现象时,应修整或更换钨极。
6.2.17 单层铝板加劲肋的固定可采用电栓钉,铝板外表面不得变形、褪色,固定应牢固。
条文说明
6.2.1 关于焊接工艺参数,一般焊接标准及有关资料中都有规定,但数值差距往往比较大,很难统一。实际上工艺参数可在比较宽的范围内选用,在此范围内不应出现什么特殊问题,但选用时也应根据焊工的施焊经验、焊接电流与焊速的配合灵活掌握,必要时还应通过适当的焊接试验,将工艺参数限制在较小的更适合施工条件的范围之内。
    根据国内外应用现状,在铝合金结构焊接中,通常采用两种惰性气体保护电弧焊,即MIG焊和TIG焊。由于TIG焊使用永久钨极,电流大小受钨极直径的限制,故仅适用于较薄构件的焊接连接;而MIG焊电极为焊丝本身,可以使用比TIG焊大得多的电流,对构件的厚度就没有限制,可用于厚度50mm以内构件的焊接连接。
    各种牌号铝或铝合金的焊接通常可选用若干牌号的填充材料。填充材料如选用不当,往往是产生热裂缝、接头强度及塑性低下、耐腐蚀性不良的重要原因。
6.2.4 垫板用于支撑焊缝根部的熔化金属以防止烧穿和产生未焊透,可降低焊接操作的难度,使用临时垫板又可大大减小清理焊根的工作量,故在施工中经常采用。焊缝背面加保留垫板,增加了结构的重量和成本,若使用异种金属材料垫板又有可能对使用造成不利影响,因此应征得原设计单位同意。
6.2.5~6.2.7 焊丝与坡口表面氧化膜的清除质量,对防止焊缝中形成气孔和未熔合等缺陷是十分重要的。实践证明,用机械法清除坡口表面氧化膜效果较好,一般可采用不锈钢丝或刮刀进行清理,不宜用砂轮或纱布等打磨,因为沙粒留在金属表面,焊接时会产生夹渣等缺陷。
    机械法:坡口及其附近表面可用锉削、刮削、铣削或用直径为0.2mm左右的不锈钢丝刷清除至露出金属光泽,两侧的清除范围距坡口边缘不应小于30mm,使用的钢丝刷应定期进行脱脂处理。
    化学法:用约5%~ 10%的NaOH(700℃)溶液浸泡30s~60s,然后用约15%的HNO3(常温)浸泡约2min后用温水洗净,并使其完全干燥,也可采用其他类似方法。
    对已经过可靠表面处理,并未被氧化或未受污染的焊丝可直接使用,不需再进行上述清理。
    焊丝清洗应采用整体浸泡,熔焊焊件应清洗或清理坡口及其两侧不小于20mm部分。可采用化学法或机械法(表1、表2)。铝锰合金及硬铝气焊后1h内需经热水、铬酸水溶液清洗,然后热水洗净、烘干,以免焊丝被残留焊剂腐蚀。
表1 铝合金焊焊前表面清理方法(1)
表1 铝合金焊焊前表面清理方法(1)
    注:清洗后到焊接的间隔时间一般不超过24h。
表2 铝合金焊焊前表面清理方法(2)
表2 铝合金焊焊前表面清理方法(2)
6.2.8 关于焊缝接头形式及坡口尺寸有关资料的描述之间有微小的差别,按现行国家标准《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB 50236的规定执行。
6.2.9 熔化极氩弧焊采用直流电源反接法施焊,而不采用交流电源或直流电源正接法,手工钨极氩弧焊应采用交流电。
    直流反接法熔化极氩弧焊的基本特点是:
    1 电弧有阴极雾化作用,熔深大。
    2 焊道表面光滑,焊波细小美观。
    3 电弧有自动调节作用。
    手工钨极氩弧焊时,为使电弧既具有清除其周围基体金属表面氧化膜的阴极雾化作用,同时使钨极具有较大的电流承载能力,施工中采用交流电源。
6.2.11 采用大电流快焊速施焊,是铝及铝合金焊接的重要特点,是防止和减少焊缝产生气孔的措施之一。
6.2.12 铝材焊接均要求较低的层间温度,即焊前应尽量避免进行预热。层间温度低不仅有利于焊道表面成形,也有利于防止气孔产生。为了既保证焊缝接头质量,又能提高生产效率,层间温度要求控制在100℃之内。
    对厚度超过5mm需要进行焊接前预热或焊后热处理的焊缝,其预热或后热处理温度一般为100℃~150℃。预热区在焊道两侧,每侧宽度均应大于焊件厚度的1.5倍以上,且不应小于100mm;后热处理应在焊后立即进行,保温时间应根据板厚按每25mm板厚1h确定。
    所谓应进行焊前预热的特殊要求,一般是指:①当焊件较厚通过适当加大焊接电流仍不能使焊接正常进行,即焊接过程中热量从接头处传导的速度快于焊接所能提供的热量时;②焊件表面存在冷凝水。
6.2.13 在铝板材焊接施工中,对立焊和横焊位置底层焊缝的焊接,已广泛采用手工钨极双面同步氩弧焊工艺。与单面焊接相比较,其优点是;①可较充分地利用电弧热量从而降低能耗;②熔池两面始终处于氩气保护下,周围空气不易侵入且两侧的电弧对熔池都存在着搅拌作用,有利于夹杂物、气体从熔池中分离出去,焊缝质量高;③焊后不用清根,生产效率高且焊件变形量小。
6.2.17 单层铝板固定加劲肋时,可以采用焊接种植螺栓的办法,但在焊接的部位正面不应出现焊接的痕迹,更不能发生变形、褪色等现象,并应焊接牢固。
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铝合金结构工程施工规程 JGJ/T216-2010
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