鋁硅合金套筒裂紋修復(fù)

 引言
隨著時(shí)代的不斷發(fā)展和新材料的研發(fā)并投入到國(guó)防建設(shè)生產(chǎn)中，有色金屬材料以其特有的共性，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著無(wú)可替代的作用。徐州市四方鋁業(yè)集團(tuán)有限公司新進(jìn)鋁箔分卷機(jī)，因設(shè)備不配套，鋁硅合金套筒來(lái)回往返在承重5T鋁卷時(shí)高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、斷開，導(dǎo)致整個(gè)鋁卷下道工序無(wú)法使用，形成廢卷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文以多年現(xiàn)場(chǎng)焊接經(jīng)驗(yàn)介紹了鋁硅合金套筒返修缺陷位置和采用工藝方法等實(shí)用的焊縫裂紋返修方案。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)取得了滿意的焊縫質(zhì)量，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
1 相關(guān)知識(shí)
1.1 材料分析 工業(yè)純鋁是指工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)出的純鋁，其純度為98～99.7%，其中含有主要雜質(zhì)是Fe和Si，嚴(yán)格講應(yīng)把工業(yè)純鋁視為Al-Fe-Si三元合，純鋁熔點(diǎn)只有660°，熔化時(shí)不呈現(xiàn)任何顏色變化。鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，在空氣中能很快與氧結(jié)合，形成致密堅(jiān)固，熔點(diǎn)極好的耐腐蝕性。純鋁無(wú)磁性，密度2.7g/cm3，純鋁無(wú)同素異構(gòu)變化，不能用熱處理來(lái)改變性能，但對(duì)雜質(zhì)很敏感，有少量的鐵或硅就易在晶界上生成復(fù)雜化合物或共晶體，嚴(yán)重影響耐腐蝕性。
1.2 焊接應(yīng)力及變形易產(chǎn)生熱裂紋 鋁的線脹系數(shù)約為低碳鋼的2倍，而凝固時(shí)的收縮率又比鋼大2倍，加之導(dǎo)熱快，加熱時(shí)間長(zhǎng)受熱面積大，所以鋁及鋁合金焊后產(chǎn)生的應(yīng)力和變形都很大，同時(shí)鋁和鋁合金高溫時(shí)塑性較差，焊接時(shí)容易形成低熔點(diǎn)共晶物，容易產(chǎn)生裂紋，尤其是進(jìn)行多層焊時(shí)，更容易產(chǎn)生氣孔和裂紋，且成形差，因此，采用交流鎢極氬弧焊，通過(guò)陰極破碎來(lái)?yè)舸┭趸ね瓿珊附印?
2 焊接工藝
2.1 焊前準(zhǔn)備 ①焊接設(shè)備及焊絲型號(hào)。要求焊接設(shè)備穩(wěn)定輸出較大的電流，選用WSE-400交直流逆變焊機(jī)進(jìn)行焊接，確認(rèn)焊機(jī)引弧性能和焊接工藝參數(shù)調(diào)整方便靈活，焊機(jī)上的電流表、電壓表指示準(zhǔn)確。焊絲選用上海生產(chǎn)的斯米克S311鋁硅焊絲，直徑？準(zhǔn)3.0mm。②缺陷裂紋定位及焊接順序。返修時(shí)首先確定裂紋位置。用機(jī)械設(shè)備配合，使裂紋處于微受壓狀態(tài)。對(duì)于裂紋的清除長(zhǎng)度，兩側(cè)均應(yīng)超出50mm，以確保裂紋的徹底清除。對(duì)于長(zhǎng)度不長(zhǎng)的裂紋，應(yīng)連續(xù)焊接完成；對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的裂紋，應(yīng)采用分段清除和分段焊接的方法，清除和焊接順序見(jiàn)圖1。采用打磨一段焊接一段的返修順序，首先清除和焊接BC段，再焊接AB和CD段，這樣就形成了一個(gè)止裂段，可有效防止裂紋的擴(kuò)展。在BC段填充焊道全部焊完后，再分別清除和焊接AB和CD段，一定要謹(jǐn)記清除一段焊接一段，這種方法對(duì)裂紋的返修是很成功的。蓋面焊道的焊接可從D點(diǎn)連續(xù)焊接到A點(diǎn)，這可保證蓋面焊道的連續(xù)、完整和美觀。③坡口及清理。沿裂紋處使用角向磨光機(jī)開30°V型坡口，用丙酮等清除坡口及兩側(cè)內(nèi)外表面10～20mm范圍內(nèi)的氧化膜及其它油污，直至露出金屬光澤。用紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)鋁硅合金套筒預(yù)熱溫度為280℃左右。
2.2 焊接工藝參數(shù)（表1）
2.3 焊接操作 ①引弧、熄弧、接頭。引弧預(yù)送氬氣3～5s，采用高頻法引弧，引弧后氬弧拉向待焊部位，將母材加熱，等形成熔孔后，立即填加焊絲。熄弧后應(yīng)繼續(xù)將噴嘴對(duì)準(zhǔn)焊接熔池部位，氬氣滯后5～8s，待鎢極和焊縫冷卻后再移開焊槍，為保證質(zhì)量應(yīng)盡量避免在焊接過(guò)程中?；。瑴p少接頭次數(shù)。②送絲方法。送絲采用連絲法，即將鋁焊絲連續(xù)送進(jìn)熔池，送絲動(dòng)作要輕，不得攪動(dòng)氬氣保護(hù)層，防止空氣侵入，注意填充焊絲與工件表面夾角應(yīng)盡量的小，一般10～15°為宜。③焊接要點(diǎn)。為保證根焊層背面成型良好，關(guān)鍵在于調(diào)整合適的焊接速度，以控制熔池溫度和熔孔大小。電弧向前移動(dòng)，焊絲在管內(nèi)也隨著移動(dòng)并不斷添加。形成焊道。應(yīng)注意運(yùn)弧與送絲的配合，即將氬弧在左右方向作輕微擺動(dòng)，同時(shí)焊絲也作輕微擺動(dòng)將熔滴滴到熔池兩邊。平焊部位易出現(xiàn)背面焊瘤，操作時(shí)除了注意輕微擺弧，向熔池兩邊續(xù)絲外，還要特別注意氬弧的前進(jìn)速度不能過(guò)慢，焊接時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察熔池的變化情況，發(fā)現(xiàn)熔池溫度過(guò)高應(yīng)將氬弧稍向前引帶，使熔池降溫，然后再將氬弧拉向原處繼續(xù)焊接。接頭時(shí)，應(yīng)將已經(jīng)冷卻的熔池用角向磨光機(jī)打磨成斜坡，引弧后，應(yīng)從熔池的后部約5mm處開始焊接，與原熔池重疊后開始添加焊絲，但是要比正常焊接時(shí)少一些。將根焊層焊道清理干凈后進(jìn)行填充、蓋面焊接。填充與蓋面層的焊槍角度、焊絲角度與封底層相同。鎢極伸出長(zhǎng)度應(yīng)比根焊層稍短些。④焊后清理、檢驗(yàn)。工件焊完后套筒內(nèi)清除余高及表面打磨拋光。焊縫按焊接工藝規(guī)范進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)焊縫表面無(wú)裂紋，咬邊深度不大于1mm，進(jìn)行X射線拍片，焊縫合格。修復(fù)成功。
3 結(jié)論
通過(guò)使用合適的焊接工藝和熟練的焊接技術(shù)，筆者為生產(chǎn)車間修復(fù)的鑄造鋁硅套筒，大量應(yīng)用到鋁箔分卷機(jī)上，使用效果較理想，提高生產(chǎn)效率，為廠里節(jié)約了大量資金，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。