一种变壁厚铝材焊接方法与流程

本发明属于研究试验堆核燃料元件制造技术领域，具体涉及一种变壁厚铝合金管与异型接头的焊接技术。

背景技术：

现有的铝合金焊接技术主要针对等壁厚的合金板材、合金管材的焊接，而针对变壁厚的铝合金管材焊接技术，未见相关报道。LT24铝合金的化学活性很强，表面极易形成难溶的氧化膜(Al₂O₃熔点为2050℃，MgO熔点为2500℃)，加之此系列铝合金导热性强，焊接时易造成不熔合现象。由于氧化膜的密度和铝的密度相近，也容易成为焊缝金属的夹杂物。同时，氧化膜(特别是不很致密的氧化膜MgO)可吸收较多的水分成为焊缝气孔的重要原因。此外，此系列铝合金导热性跟强且对氢的溶解度在不同的温度下变化极大，因此不利于气泡的浮出，更易于促使形成气孔、微裂纹等焊接缺陷，在进行变壁厚LT24铝合金管材材焊接时，由于材料厚度的变化，会导致局部受热情况和其他焊接条件的变化，焊缝出现气孔、微裂纹、未焊透等缺陷的风险更高。

技术实现要素：

本发明针对变壁厚六角管与异型接头的焊接需求，建立了一种LT24铝合金变壁厚六角管与异型接头的焊接方法，解决了焊接过程中容易出现焊接缺陷的问题，保证了焊接质量。

实现本发明目的的技术方案：一种变壁厚铝材焊接方法,该方法将铝焊件六角形管与接头焊接相连，其包括如下步骤：

(a)将铝焊件六角形管进行开坡口处理，即分别在六角形管的六条棱边处进行机械开坡口；

(b)对六角形管进行表面处理，以出去表面油污及氧化膜；然后对表面理后的六角形管进行烘干；

(c)将六角形管与待焊接的接头、焊接卡具进行装配，装配好后在焊接前进行整体预热，预热温度100～120℃，预热时间45～60分钟；

将整体预热的焊件装配好后，采用焊接电弧进行焊前局部预热，电弧电流：100～120A，预热时间10～20分钟；

(d)实施焊接，采用铝硅焊丝，焊丝直径为Ф2～3mm；焊接工艺参数为焊接电流120～160A、保护气氩气流量5～15L/min。

如上所述的一种变壁厚铝材焊接方法，其所述的六角形管是外方内圆结构，其中在棱边尖角处壁厚最大，厚度最大为6～7mm；平面中间处壁厚最小，厚度最小为0.6～1.5mm。

如上所述的一种变壁厚铝材焊接方法，其所述的焊接平面过度不是圆弧过度，而是以120°角直接过度。

如上所述的一种变壁厚铝材焊接方法，其所述的铝焊件六角形管与接头为LT24铝合金、或6061铝合金。

如上所述的一种变壁厚铝材焊接方法，其步骤(b)所述的对六角形管进行表面处理，是通过1～5分钟碱洗、3～10分钟酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；

如上所述的一种变壁厚铝材焊接方法，其步骤(b)所述的将处表面理后的焊接件进行烘干，烘干装置采用远红外线加热鼓风循环烘干箱，烘干温度为100～120℃，时间为20～40分钟，烘干方式为热风循环。

如上所述的一种变壁厚铝材焊接方法，其步骤(c)所述的焊接卡具为铜材料，整体形成筒形结构，端部分为三瓣，筒形结构内表面为六边形，外表面为锥形结构，通过与旋转工装配合使用，可抱紧焊件六角形管。

如上所述的一种变壁厚铝材焊接方法，其步骤(a)所述的在六角形管的六条棱边处进行机械开坡口，其坡口尺寸为(30～40)°×(2～4)mm。

本发明的效果在于：

本发明是一种变壁厚LT24铝合金六角管与异型接头的焊接方法，通过坡口尺寸设计、焊丝选择、焊前清理方法、预热温度、氩气流量等参数的合理选配，减少焊接气孔和微观裂纹的产生，同时焊缝熔深满足要求，焊缝达到Ⅰ级焊缝标准，从而实现壁厚变化的铝合金六角管与异型接头的氩弧焊接。

本发明通过选择合适的工艺参数组合，消除了此类规格材料氩弧焊接气孔、未焊透、裂纹等焊接缺陷，满足Ⅰ级焊缝要求，实现了LT24铝合金六角管与异形接头的焊接，为元件研制提供了保障。

附图说明

图1为六角形管结构剖视图；

图2为图1六角形管侧视图；

图3为焊接卡具主视图；

图4为图3焊接卡具侧视图；

图5为图3焊接卡具剖视图；

图6为坡口角度、尺寸示意图；

图7为焊件装配示意图。

图中：1.六角管；2.异型接头；3.焊接卡具。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种变壁厚铝材焊接方法作进一步描述。

实施例1

由图1和图2所示，六角形管是外方内圆结构，其中在棱边尖角处壁厚最大，厚度最大为6.4mm；平面中间处壁厚最小，厚度最小为1mm。

六角形管与接头为LT24铝合金，六角形管与接头焊接相连，焊接接头深度循环变化的，接头深度最薄处的深度为1mm，而最大处为6.4mm，并且焊接平面过度不是圆弧过度，而是以120°角直接过度，这种结构给焊接过程带来很大的困难。

采用本发明所述的一种变壁厚铝材焊接方法将铝焊件六角形管与接头焊接相连，其包括如下步骤：

(a)将铝焊件六角形管进行开坡口处理，即分别在六角形管的六条棱边处进行机械开坡口，如图6所示，坡口尺寸为35°×3mm。

(b)对六角形管进行表面处理，通过3分钟碱洗、6分钟酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后对表面理后的六角形管进行烘干；烘干装置采用远红外线加热鼓风循环烘干箱，烘干温度为110℃，时间为30分钟，烘干方式为热风循环。

(c)如图7所示，将六角形管与待焊接的接头、焊接卡具进行装配，装配好后在焊接前进行整体预热，预热温度110℃，预热时间50分钟；

将整体预热的焊件装配好后，采用焊接电弧进行焊前局部预热，电弧电流：110A，预热时间15分钟；

如图3至图5所示，所述的焊接卡具为铜材料，整体形成筒形结构，端部分为三瓣，筒形结构内表面为六边形，外表面为锥形结构，通过与旋转工装配合使用，可抱紧焊件六角形管。

(d)实施焊接，采用铝硅焊丝，焊丝直径为Ф2mm；焊接工艺参数为焊接电流140A、保护气氩气流量15L/min。

实施例2

由图1和图2所示，六角形管是外方内圆结构，其中在棱边尖角处壁厚最大，厚度最大为6mm；平面中间处壁厚最小，厚度最小为0.6mm。

六角形管与接头为6061铝合金，六角形管与接头焊接相连，焊接平面过度不是圆弧过度，而是以120°角直接过度。

采用本发明所述的一种变壁厚铝材焊接方法将铝焊件六角形管与接头焊接相连，其包括如下步骤：

(a)将铝焊件六角形管进行开坡口处理，即分别在六角形管的六条棱边处进行机械开坡口，如图6所示，坡口尺寸为30°×2mm。

(b)对六角形管进行表面处理，通过1分钟碱洗、3分钟酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后对表面理后的六角形管进行烘干；烘干装置采用远红外线加热鼓风循环烘干箱，烘干温度为100℃，时间为40分钟，烘干方式为热风循环。

(c)如图7所示，将六角形管与待焊接的接头、焊接卡具进行装配，装配好后在焊接前进行整体预热，预热温度100℃，预热时间60分钟；

将整体预热的焊件装配好后，采用焊接电弧进行焊前局部预热，电弧电流：100A，预热时间20分钟；

如图3至图5所示，所述的焊接卡具为铜材料，整体形成筒形结构，端部分为三瓣，筒形结构内表面为六边形，外表面为锥形结构，通过与旋转工装配合使用，可抱紧焊件六角形管。

(d)实施焊接，采用铝硅焊丝，焊丝直径为Ф3mm；焊接工艺参数为焊接电流120A、保护气氩气流量5L/min。

实施例3

由图1和图2所示，六角形管是外方内圆结构，其中在棱边尖角处壁厚最大，厚度最大为7mm；平面中间处壁厚最小，厚度最小为1.5mm。

六角形管与接头为LT24铝合金，六角形管与接头焊接相连，其包括如下步骤：

(a)将铝焊件六角形管进行开坡口处理，即分别在六角形管的六条棱边处进行机械开坡口，如图6所示，坡口尺寸为40°×4mm。

(b)对六角形管进行表面处理，通过5分钟碱洗、10分钟酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后对表面理后的六角形管进行烘干；烘干装置采用远红外线加热鼓风循环烘干箱，烘干温度为120℃，时间为20分钟，烘干方式为热风循环。

(c)如图7所示，将六角形管与待焊接的接头、焊接卡具进行装配，装配好后在焊接前进行整体预热，预热温度120℃，预热时间45分钟；

将整体预热的焊件装配好后，采用焊接电弧进行焊前局部预热，电弧电流：120A，预热时间10分钟；

如图3至图5所示，所述的焊接卡具为铜材料，整体形成筒形结构，端部分为三瓣，筒形结构内表面为六边形，外表面为锥形结构，通过与旋转工装配合使用，可抱紧焊件六角形管。

(d)实施焊接，采用铝硅焊丝，焊丝直径为Ф3mm；焊接工艺参数为焊接电流160A、保护气氩气流量10L/min。

上述实施例1～3焊接后焊件射线检测、金相检测等结果均合格，满足Ⅰ级焊缝要求。