一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法

2023-05-08 19:11:46

專利名稱：一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁及鋁合金的焊接方法，特別是涉及一種鋁及鋁合金設備或管道的焊縫返修工藝方法，適用於工業純鋁及鋁合金設備或管道焊縫深埋缺陷的返修焊接。
背景技術：
由於鋁及鋁合金具有良好的耐蝕性且不會有鐵汙染物料；具有超低溫使用性能(即使在_269°C仍不存在脆性轉變)；用它製造設備和管道具有相對重量最輕等特點，所以在石油化工、冶金、電力、船舶等行業的設備和管道工程中廣泛應用。例如目前大多·數空氣分離裝置的設備和管道主要採用鋁合金材料；許多化工裝置的腐蝕性物料貯存設備也大量採用了鋁及鋁合金材料。其中鋁及鋁合金設備和管道的現場焊接已成為這些工程中至關重要的施工環節。鋁及鋁合金設備和管道的焊接難題是易出現焊接氣孔、未熔合、未焊透、裂紋等焊接缺陷，加之現場作業環境與條件的限制，造成現場焊接一次合格率較低，返修量較大。鋁及鋁合金熔點低、在高溫下流動性強，易導致產生塌陷、焊瘤等缺陷，根部焊道成形困難。焊接熔池金屬由固態變成液態時沒有明顯的色澤變化，使焊工不易分辨出熔池和母材，容易產生焊接缺陷。採用砂輪機等工具打磨缺陷時很容易掩蓋混淆尚未清除的缺陷，造成老缺陷不易清除乾淨。由於大尺寸設備和管道焊接熱裂紋傾向大，焊接熔池凝固時容易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。當進行這些缺陷的焊接返修時，隨著鋁焊縫的焊接返修次數增加，造成焊縫晶粒粗大，焊縫反覆加熱造成其軟化程度加重，不僅影響接頭強度，而且焊縫成形越來越困難，焊接缺陷也隨之增多。因此返修過程中新的缺陷產生也成為鋁及鋁合金焊接返修十分頭痛的問題，而且隨著返修次數增多，新缺陷出現的機率也加大。因此，對於鋁及鋁合金設備和管道的焊接，必須有效解決其焊接返修問題，提高返修合格率，減少返修次數。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種操作簡便的鋁及鋁合金焊縫的返修方法，能夠有效的解決鋁或鋁合金的焊接返修問題，提高返修的合格率，減少返修次數。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，包括如下步驟I)、確定焊件的焊縫處焊接缺陷位置，在缺陷位置形成穿透性開口，所述開口上設置坡口，坡口間隙小於等於8毫米，坡口位於焊件外壁上；2)、在焊件內壁的開口處安裝固定或可移動的臨時襯墊，保持襯墊與焊件內壁緊密貼合，所述襯墊採用熔點高於鋁或鋁合金焊件的熔點的非金屬或金屬材料製作，襯墊在焊接過程中不會燃燒，襯墊與鋁或鋁合金不存在焊接互溶；3)、採用鎢極氬弧焊方式進行根部焊道焊接；4)、採用鎢極氬弧焊方式進行填充焊道和蓋面層焊道焊接。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述開口的長度在100毫米至600毫米之間。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述襯墊採用不鏽鋼製作。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述步驟2)中，襯墊通過夾具固定在焊件內壁的開口處。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述步驟3)中，隨著焊接電弧的不斷向前移動，所述襯墊也被控制著同步向前移動，從而完成根部焊道的焊接。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述步驟4)中，在焊接橫焊位置的蓋面層時，採用由上向下或上下交替的窄焊道焊接。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述步驟2)中，所述襯墊從焊件的 開口處伸入，緊貼焊件內壁的起弧處，在所述步驟3)中，從開口的一端開始焊接，隨著焊接電弧的不斷向前移動，所述襯墊也被控制著同步向前移動，當焊接到接近該開口的另一端時，暫停焊接，保留一個豁口，將襯墊從豁口內取出，然後在豁口處採用鎢極氬弧焊填加焊絲進行堆焊，將該豁口堆焊成不熔合的縫隙線，最後加大焊接電流，用氬弧加熱熔化該縫隙線，使熔池金屬均勻地向組對縫隙裡滲透，同時添加少量焊絲，把縫隙線充分地熔合。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述襯墊的厚度小於等於3毫米。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述豁口的長度為10-40毫米。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其中所述豁口處堆焊時採用窄焊道焊接。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法與現有技術不同之處在於本發明利用鋁及鋁合金材料軟、容易切削加工的特性，採用圓盤合金刀片等工具，對焊接缺陷部位的焊縫進行打磨切除，形成局部穿透性的開口，分別採取內加不鏽鋼臨時襯墊的組合焊接法和無間隙焊接法完成補焊。本專利不僅方法簡單、適用，焊工容易掌握，而且可防止鋁及鋁合金焊縫同一部位多次返修出現軟化等現象，很好地解決了返修前後的新、老氣孔和裂紋等焊接缺陷問題，可大大提高一次返修合格率，保證焊縫一次返修合格率98%以上(常規返修方法的一次返修合格率為70%左右)，減少了返修次數，避免了因多次返修造成焊接接頭強度的降低，提高了返修工效，返修成本大為降低。下面結合附圖對本發明作進一步說明。


圖I為本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法固定襯墊時的焊接結構示意圖；圖2為本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法移動襯墊時的焊接結構示意圖。
具體實施例方式本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法主要用於對於焊接缺陷的返修，特別是用於缺陷深埋於焊縫根部或接近於根部1/2以內的深埋型焊接缺陷的返修。本方法利用鋁及鋁合金材料軟、容易切削加工的特性，採用圓盤合金刀片等工具，對焊接缺陷部位的焊縫進行打磨切除，形成穿透性的開口，分別採取內加襯墊的組合焊接法完成補焊。其具體操作過程為I )、確定焊件的焊縫處焊接缺陷位置，在缺陷位置形成穿透性開口，在開口上設置坡口，坡口間隙小於等於8毫米，坡口位於焊件外壁上。(I)確定一次性返修的焊縫長度(一次性開口長度)，長度不低於IOOmm，不超過600mm。當需返修的焊縫長度大於600mm時,應進行分段返修,每段長度不超過600mm。(2)確定缺陷位置，用圓盤合金刀片等工具對焊接缺陷部位的焊縫進行打磨切除，形成局部穿透性的開口。在切割打磨時，要控制焊縫的切割深度，當切割至只剩下一點薄皮時，使用扁刀破開，將薄皮取出，防止切割雜物進入設備或管道內部影響清潔度。(3)用內磨機修整出符合焊接要求的坡口形狀和尺寸。當坡口間隙過大時，先在兩側坡口上堆焊長肉，然後修整坡口，保證坡口間隙在8毫米以內。(4)對於開口長度為400 600mm的焊縫的返修，應加裝工裝夾具，防止焊接變形。2)、在焊件內壁的開口處安裝襯墊，保持襯墊與焊件內壁緊密貼合，襯墊採用熔點高於鋁或鋁合金焊件的熔點的非金屬或金屬材料製作，襯墊在焊接過程中不會燃燒。 其中襯墊可以採用陶瓷或耐火磚或者銅或者鋼等材料製作，本實施例中在焊件內壁的開口處安裝不鏽鋼襯墊，保持襯墊與焊件內壁緊密貼合( I)對方便於焊後拆除襯墊的返修焊縫(如轉動焊口)，如圖I所示，沿整個開口部位臨時安裝不鏽鋼襯墊1，並用夾具2固定在焊件3上。襯墊的厚度小於等於3毫米，一般為2-3mm，寬度20_30mm，長度比開口長度大30_50mm，通過工裝夾具臨時固定在設備或管道的內壁上。焊工利用不鏽鋼固定襯墊作為焊接襯託，從坡口側進行補焊，保持熔融金屬不下墜和良好熔合、成形，完成整個開口部位根部焊縫的單面焊雙面成形的過程。(2)對不方便於拆除襯墊的返修焊縫(如現場管道固定焊口)，或者當返修焊縫的局部部位不方便安裝固定襯墊時，使用不鏽鋼襯墊移動焊接，由助手(另一人)從焊縫外側通過開口處將襯墊伸入到焊縫內側緊貼內壁，或者助手直接進入焊件內部將襯墊緊貼焊件內壁。其中襯墊的厚度小於等於3mm,以方便移動。襯墊的厚度可為2mm、2. 5mm或3mm。襯墊的寬度可為5mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm,以方便於從不同尺寸的豁口中自由取出。3 )、採用鎢極氬弧焊方式進行根部焊道焊接。(I)當採用臨時固定襯墊時，焊工在襯有不鏽鋼襯墊的坡口內自始至終採用手工鎢極氬弧焊方法進行根部焊道焊接。採用的焊接電流和起弧方法應防止擊穿、擊傷不鏽鋼襯墊，防止不鏽鋼熔融金屬熔進鋁焊縫。已擊穿的不鏽鋼襯墊應及時更換，並清除乾淨鋁焊縫中夾入的不鏽鋼熔融金屬。清理根部焊縫時應小心操作，防止打磨工具傷及不鏽鋼襯墊。當根部焊道全部完成後，拆除焊件內側的固定襯墊。(2)當焊件的直徑或內部空間較大時，人能夠進入其內部，如圖2所示，焊工在襯有不鏽鋼襯墊4的坡口 5內焊接，隨著焊接電弧的不斷向前移動，另一人手持活動襯墊同步向前移動，從而完成根部焊道6的焊接。採用的焊接電流和起弧方法應防止擊穿、擊傷不鏽鋼襯墊，防止不鏽鋼熔融金屬熔進鋁焊縫。已擊穿的不鏽鋼襯墊應及時更換，並清除乾淨鋁焊縫中夾入的不鏽鋼熔融金屬。清理根部焊道時應將活動襯墊移開，防止打磨工具傷及不鏽鋼襯墊。(3)當焊件的直徑或內部空間較小時，人不能夠進入其內部，襯墊通過焊件上的開口伸入，本實施例中通過在襯墊上安裝把手方式實現，焊工在襯有不鏽鋼襯墊的坡口內焊接，隨著焊接電弧的不斷向前移動，另一人在焊件的焊縫外側從開口處手持把手，使活動襯墊同步向前移動。採用的焊接電流和起弧方法應防止擊穿、擊傷不鏽鋼襯墊，防止不鏽鋼熔融金屬熔進鋁焊縫。已擊穿的不鏽鋼襯墊應及時更換，並清除乾淨鋁焊縫中夾入的不鏽鋼熔融金屬。清理根部焊道時應將活動襯墊移開，防止打磨工具傷及不鏽鋼襯墊。當焊接到接近該開口的另一端時，暫停焊接，保留一個豁口，為了方便於取出襯墊，豁口的長度為1040毫米。將襯墊從豁口內取出，然後在豁口處採用鎢極氬弧焊填加焊絲進行堆焊，將該豁口堆焊成不熔合的縫隙線，最後加大焊接電流，用氬弧加熱熔化該縫隙線，使熔池金屬均勻地向組對縫隙裡滲透，同時添加少量焊絲，把縫隙線充分地熔合，完成內外表面平整光潔的根部收口焊縫。堆焊採用窄焊道，橫焊位置的堆焊可採用由上向下或上下交替窄焊道。4)、採用鎢極氬弧焊方式進行填充焊道和蓋面層焊道焊接。目視檢查根部焊道的表面質量，用圓盤不鏽鋼絲刷、不鏽鋼清潔球等工具清理焊道表面。在焊接下一填充焊道或蓋面層焊道前，用同樣方法檢查並清理上一填充焊道表面。 手工鎢極氬弧焊起弧並形成熔池後，均勻地添加焊絲並移動焊槍，使焊絲端部始終處於氬氣保護範圍之內，防止氧化膜形成。較大壁厚焊件的填充蓋面層採用多層多道焊、小擺動等操作方法，每道焊肉不要太厚、太寬。橫焊位置的蓋面層採用由上向下或上下交替窄焊道(至少焊兩至三道)的方法防止裂紋和氣孔。在焊接過程中要不斷監測焊件的幾何尺寸變化和焊接變形、以及設備的直線度、垂直度等指標。一旦發現超標應立即停止返修焊接，採取補救措施。在前一長度段返修焊接完成並檢測合格後，方可進行下一長度段的返修。本專利一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法不僅方法簡單、適用，焊工容易掌握，而且可防止鋁及鋁合金焊縫同一部位多次返修出現軟化等現象，很好地解決了返修前後的新、老氣孔和裂紋等焊接缺陷問題，可大大提高一次返修合格率，保證焊縫一次返修合格率98%以上(常規返修方法的一次返修合格率為70%左右)，減少了返修次數，避免了因多次返修造成焊接接頭強度的降低，提高了返修工效，返修成本大為降低。同時有效地控制了鋁材的焊接應力和變形，保證了設備和管道的安裝幾何尺寸，也改善了焊接操作環境和焊工的職業健康。以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。
權利要求
1.一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於包括如下步驟 I )、確定焊件的焊縫處焊接缺陷位置，在缺陷位置形成穿透性開口，所述開口上設置坡口，坡口間隙小於等於8毫米，所述坡口位於焊件外壁上； 2)、在焊件內壁的開口處安裝固定或可移動的臨時襯墊，保持襯墊與焊件內壁緊密貼合，所述襯墊採用熔點高於鋁或鋁合金焊件的熔點的非金屬或金屬材料製作，所述襯墊在焊接過程中不會燃燒，所述襯墊與鋁或鋁合金不存在焊接互溶； 3)、採用鎢極氬弧焊方式進行根部焊道焊接； 4)、採用鎢極氬弧焊方式進行填充焊道和蓋面層焊道焊接。
2.根據權利要求I所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述步驟2)中，襯墊通過夾具固定在焊件內壁的開口處。
3.根據權利要求I所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述步驟3)中，隨著焊接電弧的不斷向前移動，所述襯墊也被控制著同步向前移動，從而完成根部焊道的焊接。
4.根據權利要求I所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述步驟2)中，所述襯墊從焊件的開口處伸入，緊貼焊件內壁的起弧處，在所述步驟3)中，從開口的一端開始焊接，隨著焊接電弧的不斷向前移動，所述襯墊也被控制著同步向前移動，當焊接到接近該開口的另一端時，暫停焊接，保留一個豁口，將襯墊從豁口內取出，然後在豁口處採用鎢極氬弧焊填加焊絲進行堆焊，將該豁口堆焊成不熔合的縫隙線，最後加大焊接電流，用氬弧加熱熔化該縫隙線，使熔池金屬均勻地向組對縫隙裡滲透，同時添加少量焊絲，把縫隙線充分地熔合。
5.根據權利要求4所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述豁口的長度為10-40毫米。
6.根據權利要求4所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述豁口處堆焊時採用窄焊道焊接。
7.根據權利要求3或4所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述襯塾的厚度小於等於3暈米。
8.根據權利要求I所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述開口的長度在100毫米至600毫米之間。
9.根據權利要求I所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述襯墊採用不鏽鋼製作。
10.根據權利要求I所述的一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，其特徵在於所述步驟4)中，在焊接橫焊位置的蓋面層時，採用由上向下或上下交替的窄焊道焊接。
全文摘要
本發明涉及一種鋁及鋁合金設備或管道的焊縫返修工藝方法。本發明一種鋁及鋁合金焊縫的返修方法，包括如下步驟1)、確定焊件的焊縫處焊接缺陷位置，在缺陷位置形成穿透性開口，所述開口上設置坡口，坡口間隙小於等於8毫米；2)、在焊件內壁的開口處安裝固定或者可移動的臨時襯墊，保持襯墊與焊件內壁緊密貼合，所述襯墊採用熔點高於鋁或鋁合金焊件的熔點的非金屬或金屬材料製作，襯墊在焊接過程中不會燃燒，襯墊與鋁或鋁合金不存在焊接互溶；3)、採用鎢極氬弧焊方式進行根部焊道焊接；4)、採用鎢極氬弧焊方式進行填充焊道和蓋面層焊道焊接。本方法能夠有效的解決鋁或鋁合金的焊接返修問題，提高返修的合格率，減少返修次數。
文檔編號B23K9/02GK102848057SQ20121037049
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者夏節文, 陳家林, 蘇玉賢 申請人:中國化學工程第三建設有限公司