CN102848057A - 一种铝及铝合金焊缝的返修方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝及铝合金设备或管道的焊缝返修工艺方法。本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，包括如下步骤：1）、确定焊件的焊缝处焊接缺陷位置，在缺陷位置形成穿透性开口，所述开口上设置坡口，坡口间隙小于等于8毫米；2）、在焊件内壁的开口处安装固定或者可移动的临时衬垫，保持衬垫与焊件内壁紧密贴合，所述衬垫采用熔点高于铝或铝合金焊件的熔点的非金属或金属材料制作，衬垫在焊接过程中不会燃烧，衬垫与铝或铝合金不存在焊接互溶；3）、采用钨极氩弧焊方式进行根部焊道焊接；4）、采用钨极氩弧焊方式进行填充焊道和盖面层焊道焊接。本方法能够有效的解决铝或铝合金的焊接返修问题，提高返修的合格率，减少返修次数。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝及铝合金的焊接方法，特别是涉及一种铝及铝合金设备或管道的焊缝返修工艺方法，适用于工业纯铝及铝合金设备或管道焊缝深埋缺陷的返修焊接。
背景技术
由于铝及铝合金具有良好的耐蚀性且不会有铁污染物料；具有超低温使用性能（即使在-269℃仍不存在脆性转变）；用它制造设备和管道具有相对重量最轻等特点，所以在石油化工、冶金、电力、船舶等行业的设备和管道工程中广泛应用。例如：目前大多数空气分离装置的设备和管道主要采用铝合金材料；许多化工装置的腐蚀性物料贮存设备也大量采用了铝及铝合金材料。其中铝及铝合金设备和管道的现场焊接已成为这些工程中至关重要的施工环节。
铝及铝合金设备和管道的焊接难题是易出现焊接气孔、未熔合、未焊透、裂纹等焊接缺陷，加之现场作业环境与条件的限制，造成现场焊接一次合格率较低，返修量较大。铝及铝合金熔点低、在高温下流动性强，易导致产生塌陷、焊瘤等缺陷，根部焊道成形困难。焊接熔池金属由固态变成液态时没有明显的色泽变化，使焊工不易分辨出熔池和母材，容易产生焊接缺陷。采用砂轮机等工具打磨缺陷时很容易掩盖混淆尚未清除的缺陷，造成老缺陷不易清除干净。由于大尺寸设备和管道焊接热裂纹倾向大，焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。当进行这些缺陷的焊接返修时，随着铝焊缝的焊接返修次数增加，造成焊缝晶粒粗大，焊缝反复加热造成其软化程度加重，不仅影响接头强度，而且焊缝成形越来越困难，焊接缺陷也随之增多。因此返修过程中新的缺陷产生也成为铝及铝合金焊接返修十分头痛的问题，而且随着返修次数增多，新缺陷出现的机率也加大。
因此，对于铝及铝合金设备和管道的焊接，必须有效解决其焊接返修问题，提高返修合格率，减少返修次数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种操作简便的铝及铝合金焊缝的返修方法，能够有效的解决铝或铝合金的焊接返修问题，提高返修的合格率，减少返修次数。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，包括如下步骤：
1）、确定焊件的焊缝处焊接缺陷位置，在缺陷位置形成穿透性开口，所述开口上设置坡口，坡口间隙小于等于8毫米，坡口位于焊件外壁上；
2）、在焊件内壁的开口处安装固定或可移动的临时衬垫，保持衬垫与焊件内壁紧密贴合，所述衬垫采用熔点高于铝或铝合金焊件的熔点的非金属或金属材料制作，衬垫在焊接过程中不会燃烧，衬垫与铝或铝合金不存在焊接互溶；
3）、采用钨极氩弧焊方式进行根部焊道焊接；
4）、采用钨极氩弧焊方式进行填充焊道和盖面层焊道焊接。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述开口的长度在100毫米至600毫米之间。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述衬垫采用不锈钢制作。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述步骤2）中，衬垫通过夹具固定在焊件内壁的开口处。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述步骤3）中，随着焊接电弧的不断向前移动，所述衬垫也被控制着同步向前移动，从而完成根部焊道的焊接。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述步骤4）中，在焊接横焊位置的盖面层时，采用由上向下或上下交替的窄焊道焊接。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述步骤2）中，所述衬垫从焊件的开口处伸入，紧贴焊件内壁的起弧处，在所述步骤3）中，从开口的一端开始焊接，随着焊接电弧的不断向前移动，所述衬垫也被控制着同步向前移动，当焊接到接近该开口的另一端时，暂停焊接，保留一个豁口，将衬垫从豁口内取出，然后在豁口处采用钨极氩弧焊填加焊丝进行堆焊，将该豁口堆焊成不熔合的缝隙线，最后加大焊接电流，用氩弧加热熔化该缝隙线，使熔池金属均匀地向组对缝隙里渗透，同时添加少量焊丝，把缝隙线充分地熔合。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述衬垫的厚度小于等于3毫米。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述豁口的长度为10-40毫米。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其中所述豁口处堆焊时采用窄焊道焊接。
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法与现有技术不同之处在于本发明利用铝及铝合金材料软、容易切削加工的特性，采用圆盘合金刀片等工具，对焊接缺陷部位的焊缝进行打磨切除，形成局部穿透性的开口，分别采取内加不锈钢临时衬垫的组合焊接法和无间隙焊接法完成补焊。本专利不仅方法简单、适用，焊工容易掌握，而且可防止铝及铝合金焊缝同一部位多次返修出现软化等现象，很好地解决了返修前后的新、老气孔和裂纹等焊接缺陷问题，可大大提高一次返修合格率，保证焊缝一次返修合格率98%以上（常规返修方法的一次返修合格率为70%左右），减少了返修次数，避免了因多次返修造成焊接接头强度的降低，提高了返修工效，返修成本大为降低。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法固定衬垫时的焊接结构示意图；
图2为本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法移动衬垫时的焊接结构示意图。
具体实施方式
本发明一种铝及铝合金焊缝的返修方法主要用于对于焊接缺陷的返修，特别是用于缺陷深埋于焊缝根部或接近于根部1/2以内的深埋型焊接缺陷的返修。本方法利用铝及铝合金材料软、容易切削加工的特性，采用圆盘合金刀片等工具，对焊接缺陷部位的焊缝进行打磨切除，形成穿透性的开口，分别采取内加衬垫的组合焊接法完成补焊。
其具体操作过程为：
1）、确定焊件的焊缝处焊接缺陷位置，在缺陷位置形成穿透性开口，在开口上设置坡口，坡口间隙小于等于8毫米，坡口位于焊件外壁上。
（1）确定一次性返修的焊缝长度（一次性开口长度），长度不低于100mm，不超过600mm。当需返修的焊缝长度大于600mm时，应进行分段返修，每段长度不超过600mm。
（2）确定缺陷位置，用圆盘合金刀片等工具对焊接缺陷部位的焊缝进行打磨切除，形成局部穿透性的开口。在切割打磨时，要控制焊缝的切割深度，当切割至只剩下一点薄皮时，使用扁刀破开，将薄皮取出，防止切割杂物进入设备或管道内部影响清洁度。
（3）用内磨机修整出符合焊接要求的坡口形状和尺寸。当坡口间隙过大时，先在两侧坡口上堆焊长肉，然后修整坡口，保证坡口间隙在8毫米以内。
（4）对于开口长度为400～600mm的焊缝的返修，应加装工装夹具，防止焊接变形。
2）、在焊件内壁的开口处安装衬垫，保持衬垫与焊件内壁紧密贴合，衬垫采用熔点高于铝或铝合金焊件的熔点的非金属或金属材料制作，衬垫在焊接过程中不会燃烧。
其中衬垫可以采用陶瓷或耐火砖或者铜或者钢等材料制作，本实施例中在焊件内壁的开口处安装不锈钢衬垫，保持衬垫与焊件内壁紧密贴合：
（1）对方便于焊后拆除衬垫的返修焊缝（如转动焊口），如图1所示，沿整个开口部位临时安装不锈钢衬垫1，并用夹具2固定在焊件3上。衬垫的厚度小于等于3毫米，一般为2-3mm，宽度20-30mm，长度比开口长度大30-50mm，通过工装夹具临时固定在设备或管道的内壁上。焊工利用不锈钢固定衬垫作为焊接衬托，从坡口侧进行补焊，保持熔融金属不下坠和良好熔合、成形，完成整个开口部位根部焊缝的单面焊双面成形的过程。
（2）对不方便于拆除衬垫的返修焊缝（如现场管道固定焊口），或者当返修焊缝的局部部位不方便安装固定衬垫时，使用不锈钢衬垫移动焊接，由助手（另一人）从焊缝外侧通过开口处将衬垫伸入到焊缝内侧紧贴内壁，或者助手直接进入焊件内部将衬垫紧贴焊件内壁。其中衬垫的厚度小于等于3mm，以方便移动。衬垫的厚度可为2mm、2.5mm或3mm。衬垫的宽度可为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm，以方便于从不同尺寸的豁口中自由取出。
3）、采用钨极氩弧焊方式进行根部焊道焊接。
（1）当采用临时固定衬垫时，焊工在衬有不锈钢衬垫的坡口内自始至终采用手工钨极氩弧焊方法进行根部焊道焊接。采用的焊接电流和起弧方法应防止击穿、击伤不锈钢衬垫，防止不锈钢熔融金属熔进铝焊缝。已击穿的不锈钢衬垫应及时更换，并清除干净铝焊缝中夹入的不锈钢熔融金属。清理根部焊缝时应小心操作，防止打磨工具伤及不锈钢衬垫。当根部焊道全部完成后，拆除焊件内侧的固定衬垫。
（2）当焊件的直径或内部空间较大时，人能够进入其内部，如图2所示，焊工在衬有不锈钢衬垫4的坡口5内焊接，随着焊接电弧的不断向前移动，另一人手持活动衬垫同步向前移动，从而完成根部焊道6的焊接。采用的焊接电流和起弧方法应防止击穿、击伤不锈钢衬垫，防止不锈钢熔融金属熔进铝焊缝。已击穿的不锈钢衬垫应及时更换，并清除干净铝焊缝中夹入的不锈钢熔融金属。清理根部焊道时应将活动衬垫移开，防止打磨工具伤及不锈钢衬垫。
（3）当焊件的直径或内部空间较小时，人不能够进入其内部，衬垫通过焊件上的开口伸入，本实施例中通过在衬垫上安装把手方式实现，焊工在衬有不锈钢衬垫的坡口内焊接，随着焊接电弧的不断向前移动，另一人在焊件的焊缝外侧从开口处手持把手，使活动衬垫同步向前移动。采用的焊接电流和起弧方法应防止击穿、击伤不锈钢衬垫，防止不锈钢熔融金属熔进铝焊缝。已击穿的不锈钢衬垫应及时更换，并清除干净铝焊缝中夹入的不锈钢熔融金属。清理根部焊道时应将活动衬垫移开，防止打磨工具伤及不锈钢衬垫。当焊接到接近该开口的另一端时，暂停焊接，保留一个豁口，为了方便于取出衬垫，豁口的长度为1040毫米。将衬垫从豁口内取出，然后在豁口处采用钨极氩弧焊填加焊丝进行堆焊，将该豁口堆焊成不熔合的缝隙线，最后加大焊接电流，用氩弧加热熔化该缝隙线，使熔池金属均匀地向组对缝隙里渗透，同时添加少量焊丝，把缝隙线充分地熔合，完成内外表面平整光洁的根部收口焊缝。堆焊采用窄焊道，横焊位置的堆焊可采用由上向下或上下交替窄焊道。
4）、采用钨极氩弧焊方式进行填充焊道和盖面层焊道焊接。
目视检查根部焊道的表面质量，用圆盘不锈钢丝刷、不锈钢清洁球等工具清理焊道表面。在焊接下一填充焊道或盖面层焊道前，用同样方法检查并清理上一填充焊道表面。手工钨极氩弧焊起弧并形成熔池后，均匀地添加焊丝并移动焊枪，使焊丝端部始终处于氩气保护范围之内，防止氧化膜形成。较大壁厚焊件的填充盖面层采用多层多道焊、小摆动等操作方法，每道焊肉不要太厚、太宽。横焊位置的盖面层采用由上向下或上下交替窄焊道（至少焊两至三道）的方法防止裂纹和气孔。
在焊接过程中要不断监测焊件的几何尺寸变化和焊接变形、以及设备的直线度、垂直度等指标。一旦发现超标应立即停止返修焊接，采取补救措施。在前一长度段返修焊接完成并检测合格后，方可进行下一长度段的返修。
本专利一种铝及铝合金焊缝的返修方法不仅方法简单、适用，焊工容易掌握，而且可防止铝及铝合金焊缝同一部位多次返修出现软化等现象，很好地解决了返修前后的新、老气孔和裂纹等焊接缺陷问题，可大大提高一次返修合格率，保证焊缝一次返修合格率98%以上（常规返修方法的一次返修合格率为70%左右），减少了返修次数，避免了因多次返修造成焊接接头强度的降低，提高了返修工效，返修成本大为降低。同时有效地控制了铝材的焊接应力和变形，保证了设备和管道的安装几何尺寸，也改善了焊接操作环境和焊工的职业健康。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）、确定焊件的焊缝处焊接缺陷位置，在缺陷位置形成穿透性开口，所述开口上设置坡口，坡口间隙小于等于8毫米，所述坡口位于焊件外壁上；
2）、在焊件内壁的开口处安装固定或可移动的临时衬垫，保持衬垫与焊件内壁紧密贴合，所述衬垫采用熔点高于铝或铝合金焊件的熔点的非金属或金属材料制作，所述衬垫在焊接过程中不会燃烧，所述衬垫与铝或铝合金不存在焊接互溶；
3）、采用钨极氩弧焊方式进行根部焊道焊接；
4）、采用钨极氩弧焊方式进行填充焊道和盖面层焊道焊接。
2.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述步骤2）中，衬垫通过夹具固定在焊件内壁的开口处。
3.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述步骤3）中，随着焊接电弧的不断向前移动，所述衬垫也被控制着同步向前移动，从而完成根部焊道的焊接。
4.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述衬垫从焊件的开口处伸入，紧贴焊件内壁的起弧处，在所述步骤3）中，从开口的一端开始焊接，随着焊接电弧的不断向前移动，所述衬垫也被控制着同步向前移动，当焊接到接近该开口的另一端时，暂停焊接，保留一个豁口，将衬垫从豁口内取出，然后在豁口处采用钨极氩弧焊填加焊丝进行堆焊，将该豁口堆焊成不熔合的缝隙线，最后加大焊接电流，用氩弧加热熔化该缝隙线，使熔池金属均匀地向组对缝隙里渗透，同时添加少量焊丝，把缝隙线充分地熔合。
5.根据权利要求4所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述豁口的长度为10-40毫米。
6.根据权利要求4所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述豁口处堆焊时采用窄焊道焊接。
7.根据权利要求3或4所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述衬垫的厚度小于等于3毫米。
8.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述开口的长度在100毫米至600毫米之间。
9.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述衬垫采用不锈钢制作。
10.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金焊缝的返修方法，其特征在于：所述步骤4）中，在焊接横焊位置的盖面层时，采用由上向下或上下交替的窄焊道焊接。
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