徐升乾、吴振坤、刘春艳、王晶
摘要：根据参加全国各类焊接竞赛的经验和多年培训焊接学员的经历总结出一套铝镁合金管垂直位置对接单面焊双面成型的焊接工艺，包括焊接准备、焊接方法、焊接参数、焊接注意事项等，经过验证，此焊接工艺解决了铝管焊接容易出缺陷，焊接质量难于保证的问题，应用此焊接工艺焊接的管件完全符合检验标准的要求，探伤和外观都合格，力学性能试验也合格。
关键词：铝镁合金管； ER5356铝镁合金焊丝；高纯氩气；交流钨极氩弧焊； WSME—315Ⅲ交直流氩弧焊机；垂直对接；单面焊双面成型；
当前在社会生活中铝材、铝管的使用越来越多，在建筑工程、机电工程中也有大量的使用，铝管与人们的生产生活密不可分，很多地方需要完成铝管的焊接。每年全国和地方省市举办的焊工竞赛，铝管焊接几乎都会成为焊工比赛的一项。可以用于焊接铝及铝合金的方法有很多，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。
气焊和焊条电弧焊方法，设备比较简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铸件及铝薄板的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。
惰性气体保护焊(MIG或TIG)方法是目前应用最为广泛的铝及铝合金焊接方法。铝合金薄板、铝管都可采用交流钨极氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。
铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛(氩气或氩/氦混合气)本人经过多年的经验积累和实践以本文论述一下铝管垂直对接的焊接工艺，采用的焊接方法是交流钨极氩弧焊,母材是铝镁合金管(5A06)，焊材是ER5356铝镁合金焊丝(HS331)，具体实施步骤和各种工艺参数如下：
一、焊接前准备
（1）坡口加工
本焊接工艺使用的母材是铝镁合金管,材质：5A06，规格为φ89x6，坡口为单坡口30°-32°，顿边0.1-0.3mm，采用机加工坡口，具体形式如图1。
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图1
（2）试件清理的必要性及清理方法
铝镁合金的物理化学性能与纯铝有很多相似之处，在常温下被氧化形成致密的三氧化二铝氧化膜（AL2O3）熔点可达到2050℃，在焊接过程中容易造成夹渣，同时氧化膜还吸附一定的结晶水会造成焊缝出现气孔，所以在焊前必须做好清理工作。
清理可采用两种方法；一种化学清理法（适合批量清理）。一种物理清理方法，本工艺采用物理清理法，利用合金头或合金磨片把试件内外距坡口20mm范围内清理干净，焊丝用不锈钢清洁球清理干净并放在清洁干燥处。规定清理完毕的试件干燥环境下在24小时内焊完；在潮湿的环境下四小时内焊完以防试件再次被氧化污染。
（3）焊接设备的调试
焊接设备选用奥太WSME—315Ⅲ型焊机，采用交流恒流焊接。焊机保证接地牢固，气路通畅无泄漏、引弧良好，且有阴极破碎作用。保护气体使用纯度为99.99%的高纯氩气。焊机调试参数见表1。特别注意的是：根据铝镁合金管中镁的含量不同采用的工艺参数会发生一定的变化，镁的含量越高采用的参数应越小。铝镁合金管的厚度不同也应适当调整参数，厚度增大，参数也应适当提高。
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（4）钨极的选择与制作
本工艺焊接方法是交流钨极氩弧焊，钨极采用直径为2.4mm的铈钨极，将钨极打磨成锥形平端，端部直径为1.5mm。把焊机清理调制15—25其他数值符合表1.打底焊的参数对钨极进行烧制，使其端部熔化成圆形后停弧，钨极制作完成，钨极制作形状如图2，之所以将钨极如此制作是多年焊接总结出的经验，验证效果良好，如果钨极太尖锐焊接时容易烧损焊缝中会产生夹钨，如果钨极端头太粗电弧不够集中打底焊时不易焊透。
图2
二、试件组对
组对焊接焊丝选用ER5356铝镁合金焊丝，焊丝直径φ2.5mm，将准备好的管件利用可靠精确的定位夹具将试件定位组对，不留间隙两个管件顶紧，选用表1打底焊的参数对试件进行一处点固定位，且定位焊不熔透，焊接长度5mm左右。确保管件错边量小于0.2mm，如超出范围需要进行修磨，防止焊接时由于错边而造成烧穿。组对示意图见图3。
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图3
三、试件焊接
本工艺根据管材厚度选择分两层焊接，打底焊和盖面焊，当管材厚度较大时也可以多层多道焊接，中间层焊接参数可以选择表1盖面参数，只需将恒流适当加大。
（1）打底焊
打底时焊枪保护嘴采用6mm陶瓷喷嘴，钨极伸出长度3-4mm，采用左向焊法，起弧点应在点固点左侧管周长1/4~1/3处起弧，这样能避免焊接过程中管口任何位置不会因收缩应力问题而产生变形，导致远端间隙。引燃电弧后，钨极端距坡口根部保持在3mm左右（电弧长度）。焊接时焊枪、焊丝位置见图4，
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图4
焊枪水平不动，焊枪与焊缝切线方向垂直，偏差±5度，待试件坡口根部半融化状态时送丝融入一滴铝水，焊丝角度与水平面平行与焊缝切线夹角30度，送丝时要保证快进快出，防止焊丝没送到位就被熔化，这时电弧仍保持不动继续在熔池上加热等熔池向根部凹陷时电弧快速向熔池前方跳跃2~3mm保持不动。同时再快进快出送丝继续加热至熔池向根部凹陷,电弧再快速向熔池前方跳跃2至3mm，如此循环，此焊法为“跳跃式焊法”。随着焊接持续，温度升高可以加快循环频率，此焊法主要目的在于能控制好熔池温度，防止根部上侧咬边，能够保证根部焊透且不下坠，焊缝背面成型均匀，符合标准要求，实现单面焊双面成型。每枪焊完停弧时利用焊机衰减功能逐渐降低熔池温度同时加一小滴铝水，防止产生冷缩孔。
间断焊接重新起弧时，接头处要用锯条把收弧部分20mm处范围销薄确保接头处熔透衔接良好，同理点固点和第一枪起弧处也用锯条作销薄处理。在打底焊接过程中，由于焊接试件较小，温度上升比较快，采用每焊下一枪时恒流降低5~10A，保证在整个焊接过程中温度控制的合理性。打底焊完成后用铜刷清理焊道上的氧化膜，为盖面焊接打好基础。打底焊过程中重点要注意焊接手法，送丝频率控制，每一枪电流调节，接头处理。
（2）盖面焊
盖面焊焊枪保护嘴采用8mm陶瓷喷嘴，钨极伸出长度2mm左右，钨极至焊件的距离保持3-4mm(电弧长度)。焊枪与试件尽量保持垂直±5度范围内。焊丝与焊缝切线夹角为30度，与水平面夹角为20度，向斜上方送丝。送丝的位置在焊道中心上方二分之一处，起弧时依靠电弧的热量将焊缝加热至熔化形成熔池后送丝，电弧摆动轨迹见图5。
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图5
并把每一滴熔池铺开保证坡口上下边缘融合良好。每次送丝位置和幅度保持一致，确保焊缝成型均匀美观，最终焊缝高于母材表面0~1mm。在整个焊接过程中焊枪的角度随着管子角度的变化而不断变化，始终保持尽量垂直，身体的位置随着角度的变化而移动，保证视线观察清楚角度一致，能够更好的控制熔池形状从而得到优质的焊缝。在盖面焊接过程中重点要注意电弧运动轨迹，焊缝边缘融合，送丝频率均匀，送丝量一致，观察视线角度一致性。
总结来说，此套铝管垂直对接单面焊双面成型焊接工艺是经过多年经验积累和查阅大量焊接相关文献而总结出来的，经过了工作实践和多次焊工竞赛验证，利用此工艺焊接的铝管，射线探伤无夹渣、气孔、裂纹等缺陷，探伤符合质量标准，表面无气孔、咬边、未融合等现象，背面成型良好无缺陷，表面焊纹均匀一致。