铝合金罐体焊接缺陷及工艺措施

2016-11-09王丽辉

电大理工 2016年3期

关键词：罐体层间气孔

王丽辉

辽宁装备制造职业技术学院（沈阳　110161）

铝合金罐体焊接缺陷及工艺措施

王丽辉

辽宁装备制造职业技术学院（沈阳110161）

超高压和特高压输变电设备市场需求日益加大，其隔离开关、断路器和母线罐体较多采用厚壁铝合金焊接而成，铝罐的焊接质量直接影响着产品的质量和进度。生产中发现铝罐焊接后时有气孔、焊接裂纹等缺陷出现，本文针对铝合金罐体的气孔、裂纹等缺陷原因，从工艺角度进行分析，并提出工艺改进方案，有效地保证罐体质量。

铝合金罐体；气孔；裂纹；工艺措施

随着电力行业的发展，输变电设备的电压等级越来越高，特别是高压和超高压开关设备的断路器和母线罐体，均采用重量轻、防腐性能好，特别是通流几乎不影响温升的铝合金作为罐体材质。因此铝合金罐体的焊接质量制约着设备的整体质量。生产制造过程中，在焊接后对铝合金罐体环焊缝进行射线检验和着色检验时发现，焊接后的铝罐时有气孔、夹钨和热裂纹缺陷，本文针对上述缺陷原因进行分析，并在此基础以上制定合理的工艺，有效杜绝此类缺陷的再次发生，保证了铝罐的质量。

1　铝罐缺陷

铝合金罐体焊后射线检验时发现气孔（图1、图2）、夹钨（图3），着色检验时发现有罐体出现焊缝纵裂纹（图4）。

2　缺陷原因分析

2.1铝合金焊接性

铝罐选用的材质为5083铝合金，该材质易被氧化，在表面生成高熔点、不导电、致密性高的Al2O3氧化膜。焊接时如果氧化膜去除不彻底，则不仅增加焊接难度，而且还会因氧化膜表面吸附大量水分易生成气孔。同时由于铝合金本身热传导性好，焊接时温度场变化大；热膨胀系数大，是钢的2倍，凝固收缩率约6.5%，在拘束条件下焊接应力大，易产生裂纹［1］。铝合金在固态向液态转化时无颜色变化，在焊接操作方面带来了一定的困难，过热时易导致接头软化，造成强度、塑性的降低。

2.2气孔

射线检测结果显示，铝罐的焊缝上存在链状气孔和密集型气孔，见图1、图2。图片显示，两种气孔均为白亮光洁状，经验得知，该气孔为氢气孔。铝合金焊接中在凝固点时氢的溶解度从0.69突降到0.036mL/100g，相差约20倍（在钢中只相差不到2倍），这是氢容易使焊缝产生气孔的重要原因之一［2］。铝罐主要采取TIG、MIG焊接方法，氢的主要来源为水分分解，水分来源包括母材氧化膜清理不彻底焊接接头所吸附的水分、焊丝有杂质所含水分及保护气纯度不达标或流量不当至空气中水分进入熔池。铝罐所用保护气体为纯度99.999%的氩气，所用焊丝为直径Φ1.6的ER5356。由此分析，可排除氩气纯度不足造成的水分超标。

图1　焊缝链状气孔

图2　密集型气孔

2.3夹钨

图3为环焊缝射线检验图像，图像显示焊缝中存在较集中的夹钨缺陷。夹钨多是由于高温下钨极尖端烧损残留在焊缝中或操作时钨极触碰到熔池所致，铝罐焊接采用的是MIG焊接2层、自动TIG盖面、背面清根后自动TIG焊接的多层焊焊接工艺，因此钨极烧损形成夹钨的可能性更大，而造成钨极烧损原因多是由于工艺参数选择不当。

2.4裂纹

图4着色检验显示铝罐裂纹为焊缝纵裂纹。铝合金裂纹多为热裂纹，从工艺角度考虑，铝罐采取的是多层焊接，层间熔合不良有夹杂或层间温度不当、收弧时弧坑未填满等都可能造成微裂纹；焊缝熔池凝固时产生较大的应力等都可增大热裂纹倾向。