鋁合金工業(yè)型材MIG激光焊接工藝評定

--1-二、工程綜述2023年3工程涵蓋郵輪、游艇帆船及游船碼頭改造工程。其中秦皇島港西58共由3條主浮橋、29構(gòu)骨架-面板的設(shè)計形式，其中鋁合金構(gòu)造骨架承受焊接工藝制作。建浮碼頭面積約1400m2,需用鋁合金約28t,焊接作業(yè)工程量巨大,同時焊接質(zhì)量好壞是打算浮碼頭工程安全使用功能的重要因素。由于焊接工程量巨大，焊接母材較為特別，同時浮碼頭環(huán)境條件特別，承受海浪沖擊力較大，工程部將焊接作業(yè)作為質(zhì)量控制重點。經(jīng)公司技術(shù)部門爭論打算承受MIG激光焊接工藝，自行組織焊接工藝評定，保證焊接質(zhì)量，同時確保浮碼頭整體骨架滿足安全使用功能。浮碼頭布置狀況見以下圖：三、工程具體內(nèi)容〔包括立項背景、技術(shù)方案、應(yīng)用狀況、實施效果等〕一、立項背景焊接技術(shù)雖然是機電工程中最常用的技術(shù)之一，但是隨著科技的進(jìn)展各種型材料層出不窮，同時針對不同工程作業(yè)環(huán)境、使用環(huán)境均不一樣，所以針對特定材料特定作業(yè)環(huán)境和使用環(huán)境有必要進(jìn)展焊接工藝評定，依據(jù)評定結(jié)果編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書，指導(dǎo)焊接作業(yè)和焊后熱處理。MIG激光焊接是一種以惰性氣體作為引弧介質(zhì)，并保護(hù)金屬容滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的熔化焊接方法。該工藝本錢MIG電弧燃燒穩(wěn)定、容滴向熔池過度平穩(wěn)，焊縫成形均勻、美觀。目前，國外鋁合金的焊接90%以上承受MIG方法。鋁合金激光焊接常見缺陷：氣孔。氣孔是鋁合金激光焊接中消滅最多和最主要的一類缺陷，尺度從幾百微米到幾毫米不等。氣孔不僅減弱焊縫的有效工作斷面，同時也引起應(yīng)力集中，降低焊接接頭的動載強度和疲勞強度。熱裂紋。熱裂紋形成于熔池金屬凝固過程中，是鋁合金激光焊接較為常見的缺陷類型之一。其產(chǎn)生的緣由主要與其自身的特性和焊接工藝有關(guān)。咬邊與焊穿。鋁合金的電離能較低，焊接過程中光致等離子體易于過熱和擴(kuò)展，造成焊接過程不穩(wěn)定。此外液態(tài)鋁合金流動性好、外表張力小常需要較大的保護(hù)氣流和激光輸出功率，焊-3---4-接過程穩(wěn)定性變差，從而導(dǎo)致消滅咬邊和焊穿等缺陷。夾渣。夾渣的產(chǎn)生主要源于焊件和焊絲外表的氧化物以及鋁合金材料國產(chǎn)化過程中的工藝不穩(wěn)定。二、焊接工藝評定總體方案焊接工藝評定是指為驗證擬定的焊接工藝正確性而進(jìn)展的實驗過程及結(jié)果評價,同時驗證施焊單位作業(yè)力量。鋁合金材料依據(jù)設(shè)計要求浮橋主材選用6061-6T構(gòu)造鋁合金構(gòu)造具有重量輕，削減材料和能源消耗，同時確保結(jié)6061-6T型鋁合金材料含AI-MG-SI會隨加熱溫度的提高和溶質(zhì)原子的充分固溶而提高,延長率也會因時效強化而發(fā)生顯著變化。假設(shè)時效溫度過高，時效時間過長，將會使鋁合金的強度大幅降低。總體來說該合金有較好的耐腐蝕性和焊接性能。激光焊接設(shè)備激光器的特性參數(shù)較多,等，其中激光束參數(shù)乘積〔BPP〕打算了激光加工的質(zhì)量范圍BPP=λ/πκk=λM2/π式中：λk為光束傳播系數(shù)0.1-1.M光束衍射極限倍數(shù)1-1。一般來說，激光束的聚焦參數(shù)越小，聚焦斑點就越小，光束能量密度越大，用于鋁合金深熔焊接加工的功率閾值也會降低。此外，材料與激光的相互作用打算了焊接質(zhì)量。為此為提高鋁合金激光焊接的效率和質(zhì)量，一方面可承受大功率激光熱源，另一--7-方面可承受適宜的外表處理工藝，以及選擇適宜的接頭細(xì)節(jié)。目前用于鋁合金焊接的激光器有氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器以及光纖激光器CO2激光器是目前種類最多、波長分布區(qū)域最寬和應(yīng)用最為廣泛的一類激光器，為提高激光器的輸出功率和工作效率，還參加肯定含量的N2、CO、H2等關(guān)心氣體。以下圖為本次焊接選用的德國Rofin公司的集中冷卻式CO2激光器，該激光器具有構(gòu)造緊湊、光束質(zhì)量高、氣體消耗小、維護(hù)本錢低等優(yōu)點。激光焊接方法鋁及鋁合金的熔化極惰性氣體保護(hù)焊，也稱MIG焊，是GMAW氣體保護(hù)焊的一種，這種焊接方法是利用連續(xù)送絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬噴出的氣體來保護(hù)電弧進(jìn)展焊接。目前國內(nèi)針對厚板鋁合金的焊接普遍承受MIG這種焊接方法。激光-MIG復(fù)合焊接能焊接的板厚度更大、工程適應(yīng)性更高。MIG電弧的參加有助于提高焊接時的間隙搭橋力量，同時降低了單激光對坡口的制備和裝備精度要求；填充材料通過復(fù)合熔池加入，可以改善焊縫微觀組織，提高焊縫的綜合力學(xué)性能。試樣預(yù)備及焊接參數(shù)6061-6T250*125*4mm3、250*125*6mm3、250*125*8mm3250*125*10mm3,焊接填充材料承受φ1.6mm的國產(chǎn)ER5356數(shù)及成形性見下表：激光功率 焊接參數(shù) 焊接速度正面焊縫及成編號1#/kW3.0脈沖單脈沖功率=A*V130*20/〔m/min〕0.83形性連續(xù)，魚鱗明顯2#2.5單脈沖130*200.83連續(xù)，魚鱗明顯3#2.2單脈沖130*200.83連續(xù)，魚鱗明顯4#2.0單脈沖170*200.83連續(xù)，魚鱗明顯5#2.0單脈沖160*200.64成形不連續(xù)6#1.8單脈沖180*200.83成形連續(xù)7#1.8單脈沖160*200.64連續(xù)，魚鱗明顯8#2.0單脈沖110*200.64成形連續(xù)9#1.5單脈沖180*200.64成形不連續(xù)10#1.3單脈沖210*200.64成形連續(xù)焊縫成形及力學(xué)性能檢測氣孔依據(jù)試樣焊接結(jié)果，隨著激光功率增大，氣孔數(shù)量和尺寸都有增大趨勢。這是由于激光功率越大，焊縫熔深越大，熔池金屬中的氣體更不簡潔溢出，最終造成氣孔數(shù)量增多。拉伸強度6061-T鋁合金母材拉伸強度為293.5MPa接頭拉伸強度平均值可到達(dá)母材強度60%以上?？箯澬阅芸箯澰囼炛袑⒔宇^彎曲角度設(shè)置為180°，圓弧變形過度良好。沖擊韌性沖擊位置在焊縫處的沖擊功分別為7J、6.8J、6.1J，沖擊位置在母材側(cè)的沖擊功分別為12J、13J、11.2J。分析可見接頭在焊縫位置處的沖擊功比母材處低，接頭的沖擊韌性比母材低。依據(jù)工藝評定結(jié)果及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制完成焊接工藝評定報告為確定焊接工藝規(guī)程供給技術(shù)性數(shù)據(jù)。6、焊接作業(yè)指導(dǎo)書依據(jù)焊接工藝評定結(jié)果及焊接工藝評定報告編制完成《6061-6T鋁合金材料MIG激光焊接作業(yè)指導(dǎo)書》指導(dǎo)本次浮碼頭鋁合金骨架焊接作業(yè)。焊接作業(yè)指導(dǎo)書主要技術(shù)參數(shù)如下：焊絲直徑保護(hù)氣體氣體流量焊絲直徑保護(hù)氣體氣體流量L/min焊絲伸長度(mm)焊接電流(A)電弧電焊接速度〔m/min〕1.6mmAr+20%CO15-2010-15160-21020640-830不同的焊接電流所適用的母材厚度和焊接位置焊接電流〔A〕120-130180-200240-300焊接位置立焊橫焊平焊2-56-8≥10-10---11-四、主要技術(shù)創(chuàng)點21世紀(jì)高性能長壽命鋁合金構(gòu)造的先進(jìn)制造技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的弧焊技術(shù)相比，在裝備精度、焊接效率、工藝柔性等多個方面具有無可比較的優(yōu)越性。本次激光焊接方案在焊接速度、保護(hù)氣體上均是一次全的嘗試，增加焊接線能量提高焊接速度以提高作業(yè)效率，承受氬氣和二氧化碳混合保護(hù)氣體以提高更好的焊接保護(hù)。經(jīng)過焊接工藝評定形成以上“焊接作業(yè)指導(dǎo)書”指導(dǎo)焊接，焊接外觀質(zhì)量優(yōu)良，經(jīng)試驗檢測滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求可廣泛用于鋁合金焊接作業(yè)，指導(dǎo)生產(chǎn)。五、工程獲得學(xué)問產(chǎn)權(quán)授權(quán)及發(fā)表論文狀況〔包括制造專利、有用型專利、計算機軟件著作權(quán)、科技論文等〕暫無六、工程應(yīng)用狀況、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益1、推廣應(yīng)用狀況〔概述〕一、應(yīng)用狀況按評定后的焊接工藝指導(dǎo)施焊，電弧燃燒穩(wěn)定，有效掌握氣泡和裂紋產(chǎn)生，焊縫成形均勻美觀；經(jīng)無損檢測及力學(xué)性能試驗，該工藝焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，并體現(xiàn)出優(yōu)良的拉伸強度、彎曲強度、沖擊韌性；MIG激光焊接熱輸入和焊接變形小，能夠?qū)崿F(xiàn)大速度自動化焊接，生產(chǎn)效率獲得了大幅提高。形成的《6061-6T鋁合金材料MIG激光焊接作業(yè)指導(dǎo)書》為該型號鋁合金MIG焊接供給指導(dǎo)性文件，可用于該型號鋁合金激光焊接作業(yè)指導(dǎo)，在行業(yè)具有參考意義。二、實施效果本次秦皇島港國際旅游港一期工程-游艇臨時浮碼頭建設(shè)工程浮碼頭鋁合金構(gòu)造焊接作業(yè)，全部承受本次焊接工藝評定形成的“焊接作業(yè)指導(dǎo)書”施焊，成品構(gòu)造焊縫飽滿美觀，經(jīng)無損檢測及力學(xué)試驗焊縫內(nèi)部構(gòu)造及力學(xué)性能優(yōu)良。另外在八月中旬本期浮碼頭全部安裝完成后，秦皇島受百年設(shè)計要求的風(fēng)浪影響后，仍能保證主體構(gòu)造完好無損，這也充分檢驗了浮碼頭主體構(gòu)造的安全牢靠，間接檢驗了骨架構(gòu)造的焊接質(zhì)量。成品構(gòu)造見以下圖：-13---14---16-2、經(jīng)濟(jì)效益近三年經(jīng)濟(jì)效益工程總投資額5萬元單位：萬元人民幣年份增利潤節(jié)約本錢2023024累計經(jīng)濟(jì)效益的有關(guān)說明和各欄目的計算依據(jù)：使用該項焊接技術(shù)節(jié)約工期約50天，材料損耗率削減3%。本次工程節(jié)約：人工費：15