铝1060 容器封头手工电弧焊工艺分析

罗玉娟 青海交通职业技术学院汽车工程系 810028

【文章摘要】

本文主要分析铝1060 容器的封头焊接工艺，1060 容器由于封头由六块瓜瓣和一块圆顶板装焊而成，焊接时焊条选用L109 作为焊材，焊接完成后并对产品进行了退火处理以便消除焊接应力。

【关键词】

铝1060 ；工艺分析；焊条电弧焊

0 引言

随着社会的发展，许许多多的液体、气体都需要用到容器来储存运输，容器在日常生活中也应用的越来越广泛，而容器所能承受的压力大小它的封头起着至关重要的作用。

封头是压力容器必不可少的一部分， 封头的种类很多，由于封头的加工不能一次压制成形，所以本产品是拼焊而成的。1060 铝有良好的延伸率以及抗拉强度，完全能够满足常规的加工要求（冲压，拉伸） 成型性高。可气焊、氢原子焊和接触焊, 不易钎焊；易承受各种压力加工和引伸、弯曲。

1 铝1060 焊接性分析

1.1 材料焊接性分析

铝1060 的理化性能及机械性能与钢有很大的差别，易氧化、导热快、热容量和线膨胀系数大、熔点低、高温强度小、固液态转变时无明显的颜色变化等特性。其焊接过程容易产生如下缺陷：

1.1.1 易氧化

铝1060 和氧的亲和能力很大，在常温下铝容易同氧化合，在铝的表面生成致密的三氧化二铝薄膜，能防止金属的继续氧化，对自然防腐蚀有利，但是给焊接带来了困难。

1.1.2 容易产生气孔

由于铝1060 中不含碳，不存在生成CO 气孔的条件，而氮又不溶于铝，因此一般认为铝1060 产生气孔的主要原因是氢。在铝的熔池凝固过程中析出氢一方面形成新的微小的小气泡，另一方面将扩展到已形成的微小气泡中，并使它发展长大。

1.1.3 焊接热裂纹

铝1060 非热处强化合金在杂质含量超过规定范围，或刚性很大的不利条件下会产生裂纹。铝1060 产生热裂纹的原因与它的成分和焊接应力有关。由于铝1060 的线膨胀系数比铁将近大一倍，而其凝固时收缩率又比铁大两倍，因此铝焊件的焊接应力大。

1.2 结构焊接性分析

（1）纯铝容器在空气和氧化性水溶液介质中，其表面以产生致密的氧化膜和钝化膜它在一些氧化性介质中具有良好的耐蚀性。

（2）纯铝是面心立方晶格，没有同素异构体，低温下不存在像铁素体钢那样的脆性转变，铝容器的最低设计温度可达-269℃。纯铝常作为制作低温容器的材料，而且均不要求进行冲击韧性检验。

（3） 纯铝的规定非比例伸长应力很低，在小的载荷下即会产生塑性变形。铝容器在使用与运输时，应注意防止碰撞剧烈振动发生塑性变形。

2 焊接工艺

2.1 焊接材料分析

铝1060 焊接时可以选用焊条E1100( 型号L109)。该焊条的成分与母材相同，且强度与母材相近，价格也比较便宜，所以选择焊条L109 作为焊材。

L109（型号E1100）是以纯铝为焊芯、药皮为盐基型的铝焊条。用于焊接铝板、纯铝容器及要求不高的铝合金构件。

2.2 焊前准备

2.2.1 设备的选取

由于铝的热导率比较大，所以焊接时必须要有足够的热输入能量，并要保证电弧要足够的稳定。所以为了稳定电弧，达到阴极破碎的作用，提高焊接质量，因此焊接采用直流反接电源。

2.2.2 备料

该产品采用铝1060（L2）工业纯铝。由于封头的板材比较厚大所以采用数控等离子切割下料，不宜采用气割。采用数控等离子切割，速度比气割快，精度高、质量好，坡口不易挂渣（下料尺寸见备料工艺卡）。划线、号料时应考虑焊接收缩变形量及零件加工余量，且号料和划线的尺寸公差应符合铝制压力容器制造标准。

2.2.3 清理

封头坡口的化学清洗的工艺参数见表3

3 焊接工艺要点

因封头为厚大铝件，为使坡口附近达到所需的焊接温度，以防变形和减少气孔等缺陷，焊前用两把大号焊炬（氧- 乙炔焰）进行预热，温度为250 ～ 350℃左右。由于铝在高温时不变色，预热时可在铝件上划红色粉笔线，当线条颜色与铝相近时，即可开始焊接（点固焊时也需要预热）。

焊接时，为保证焊缝不出夹渣、未焊透等缺陷，在焊完外侧所有焊缝的1、2 层后，将封头翻转，用薄砂轮清理所有的焊根，然后焊接3、4、5 各层，最后翻转焊接第6 层。每一层，必须将药皮清除掉，并用电动钢丝轮打，磨干净为防止结构较大的变形，内外侧焊缝可采用对称焊接， 如图1 所示。

图1 对称焊接

焊接时，封底焊焊条不作摆动，填充焊和盖面焊应作一定的摆动，以增加容宽。铝焊条极易受潮，所以使用前应在100 ～ 150℃烘干后再使用。否则在焊接中，因水分的蒸发而使焊缝产生气孔。焊接工艺参数如表4 所示：

4 结论

通过分析表明，在焊接铝1060 过程中只要采取手工电弧焊焊机采用直流反接法；采用合理的焊接方法及合理的焊接工艺，包括焊条选择、焊接工艺参数、焊后处理等技术措施，就可避免焊接过程中产生的焊接气孔和晶间腐蚀等缺陷，从而获得良好的焊接质量。

【参考文献】

[1] 焊接手册，中国机械工程学会焊接学会. 北京：化学工业出版社2006.3

[2] 周万盛，姚君山等. 铝及铝合金的焊接. 北京：机械工业出版社2006.1

[3] 英若采. 熔焊原理及金属材料的焊接, 北京：机械工业出版社2000.5

[4] 雷世明. 焊接方法与设备［M］, 北京：机械工业出版社2004.

【作者简介】

罗玉娟，青海交通职业技术学院，汽车工程系，讲师，佳木斯大学，研究方向：材料成型及控制工程。

表3 封头坡口的化学清洗的工艺参数

表4 焊接工艺参数023