鋁硅合金套筒裂紋修復

 引言
隨著時代的不斷發(fā)展和新材料的研發(fā)并投入到國防建設生產(chǎn)中，有色金屬材料以其特有的共性，為國民經(jīng)濟發(fā)展起著無可替代的作用。徐州市四方鋁業(yè)集團有限公司新進鋁箔分卷機，因設備不配套，鋁硅合金套筒來回往返在承重5T鋁卷時高速旋轉過程中產(chǎn)生裂紋、斷開，導致整個鋁卷下道工序無法使用，形成廢卷，造成巨大的經(jīng)濟損失。本文以多年現(xiàn)場焊接經(jīng)驗介紹了鋁硅合金套筒返修缺陷位置和采用工藝方法等實用的焊縫裂紋返修方案。經(jīng)實踐檢驗取得了滿意的焊縫質量，具有一定的應用價值。
1 相關知識
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%，其中含有主要雜質是Fe和Si，嚴格講應把工業(yè)純鋁視為Al-Fe-Si三元合，純鋁熔點只有660°，熔化時不呈現(xiàn)任何顏色變化。鋁的化學性質很活潑，在空氣中能很快與氧結合，形成致密堅固，熔點極好的耐腐蝕性。純鋁無磁性，密度2.7g/cm3，純鋁無同素異構變化，不能用熱處理來改變性能，但對雜質很敏感，有少量的鐵或硅就易在晶界上生成復雜化合物或共晶體，嚴重影響耐腐蝕性。
1.2 焊接應力及變形易產(chǎn)生熱裂紋 鋁的線脹系數(shù)約為低碳鋼的2倍，而凝固時的收縮率又比鋼大2倍，加之導熱快，加熱時間長受熱面積大，所以鋁及鋁合金焊后產(chǎn)生的應力和變形都很大，同時鋁和鋁合金高溫時塑性較差，焊接時容易形成低熔點共晶物，容易產(chǎn)生裂紋，尤其是進行多層焊時，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，通過陰極破碎來擊穿氧化膜完成焊接。
2 焊接工藝
2.1 焊前準備 ①焊接設備及焊絲型號。要求焊接設備穩(wěn)定輸出較大的電流，選用WSE-400交直流逆變焊機進行焊接，確認焊機引弧性能和焊接工藝參數(shù)調(diào)整方便靈活，焊機上的電流表、電壓表指示準確。焊絲選用上海生產(chǎn)的斯米克S311鋁硅焊絲，直徑？準3.0mm。②缺陷裂紋定位及焊接順序。返修時首先確定裂紋位置。用機械設備配合，使裂紋處于微受壓狀態(tài)。對于裂紋的清除長度，兩側均應超出50mm，以確保裂紋的徹底清除。對于長度不長的裂紋，應連續(xù)焊接完成；對于長度較長的裂紋，應采用分段清除和分段焊接的方法，清除和焊接順序見圖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，這樣就形成了一個止裂段，可有效防止裂紋的擴展。在BC段填充焊道全部焊完后，再分別清除和焊接AB和CD段，一定要謹記清除一段焊接一段，這種方法對裂紋的返修是很成功的。蓋面焊道的焊接可從D點連續(xù)焊接到A點，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開30°V型坡口，用丙酮等清除坡口及兩側內(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。用紅外線測溫儀檢測鋁硅合金套筒預熱溫度為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。熄弧后應繼續(xù)將噴嘴對準焊接熔池部位，氬氣滯后5～8s，待鎢極和焊縫冷卻后再移開焊槍，為保證質量應盡量避免在焊接過程中?；。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)送進熔池，送絲動作要輕，不得攪動氬氣保護層，防止空氣侵入，注意填充焊絲與工件表面夾角應盡量的小，一般10～15°為宜。③焊接要點。為保證根焊層背面成型良好，關鍵在于調(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，焊絲在管內(nèi)也隨著移動并不斷添加。形成焊道。應注意運弧與送絲的配合，即將氬弧在左右方向作輕微擺動，同時焊絲也作輕微擺動將熔滴滴到熔池兩邊。平焊部位易出現(xiàn)背面焊瘤，操作時除了注意輕微擺弧，向熔池兩邊續(xù)絲外，還要特別注意氬弧的前進速度不能過慢，焊接時應仔細觀察熔池的變化情況，發(fā)現(xiàn)熔池溫度過高應將氬弧稍向前引帶，使熔池降溫，然后再將氬弧拉向原處繼續(xù)焊接。接頭時，應將已經(jīng)冷卻的熔池用角向磨光機打磨成斜坡，引弧后，應從熔池的后部約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少一些。將根焊層焊道清理干凈后進行填充、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。鎢極伸出長度應比根焊層稍短些。④焊后清理、檢驗。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)范進行外觀檢查，確認焊縫表面無裂紋，咬邊深度不大于1mm，進行X射線拍片，焊縫合格。修復成功。
3 結論
通過使用合適的焊接工藝和熟練的焊接技術，筆者為生產(chǎn)車間修復的鑄造鋁硅套筒，大量應用到鋁箔分卷機上，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)濟效益。