鋁合金工業(yè)型材MIG激光焊接工藝評(píng)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(jì)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(shí)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(shí)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(diǎn)。經(jīng)公司技術(shù)部門爭(zhēng)論打算承受MIG激光焊接工藝，自行組織焊接工藝評(píng)定，保證焊接質(zhì)量，同時(shí)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(jiàn)以下圖：三、工程具體內(nèi)容〔包括立項(xiàng)背景、技術(shù)方案、應(yīng)用狀況、實(shí)施效果等〕一、立項(xiàng)背景焊接技術(shù)雖然是機(jī)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(shí)針對(duì)不同工程作業(yè)環(huán)境、使用環(huán)境均不一樣，所以針對(duì)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(píng)定，依據(jù)評(píng)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(guò)度平穩(wěn)，焊縫成形均勻、美觀。目前，國(guó)外鋁合金的焊接90%以上承受MIG方法。鋁合金激光焊接常見(jiàn)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(shí)也引起應(yīng)力集中，降低焊接接頭的動(dòng)載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。熱裂紋。熱裂紋形成于熔池金屬凝固過(guò)程中，是鋁合金激光焊接較為常見(jiàn)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(guò)程中光致等離子體易于過(guò)熱和擴(kuò)展，造成焊接過(guò)程不穩(wěn)定。此外液態(tài)鋁合金流動(dòng)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(guò)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(guó)產(chǎn)化過(guò)程中的工藝不穩(wěn)定。二、焊接工藝評(píng)定總體方案焊接工藝評(píng)定是指為驗(yàn)證擬定的焊接工藝正確性而進(jìn)展的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果評(píng)價(jià),同時(shí)驗(yàn)證施焊單位作業(yè)力量。鋁合金材料依據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)確保結(jié)6061-6T型鋁合金材料含AI-MG-SI會(huì)隨加熱溫度的提高和溶質(zhì)原子的充分固溶而提高,延長(zhǎng)率也會(huì)因時(shí)效強(qiáng)化而發(fā)生顯著變化。假設(shè)時(shí)效溫度過(guò)高，時(shí)效時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)使鋁合金的強(qiáng)度大幅降低。總體來(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō)，激光束的聚焦參數(shù)越小，聚焦斑點(diǎn)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(huì)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(zhǎng)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(guó)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(diǎn)。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(lái)保護(hù)電弧進(jìn)展焊接。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)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(shí)的間隙搭橋力量，同時(shí)降低了單激光對(duì)坡口的制備和裝備精度要求；填充材料通過(guò)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(guó)產(chǎn)ER5356數(shù)及成形性見(jiàn)下表：激光功率 焊接參數(shù) 焊接速度正面焊縫及成編號(hào)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(cè)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(shì)。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(jiǎn)潔溢出，最終造成氣孔數(shù)量增多。拉伸強(qiáng)度6061-T鋁合金母材拉伸強(qiáng)度為293.5MPa接頭拉伸強(qiáng)度平均值可到達(dá)母材強(qiáng)度60%以上。抗彎性能抗彎試驗(yàn)中將接頭彎曲角度設(shè)置為180°，圓弧變形過(guò)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(jiàn)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(píng)定結(jié)果及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制完成焊接工藝評(píng)定報(bào)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(píng)定結(jié)果及焊接工藝評(píng)定報(bào)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(zhǎng)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(diǎn)21世紀(jì)高性能長(zhǎng)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(gè)方面具有無(wú)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(guò)焊接工藝評(píng)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?jī)?yōu)良，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)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(wèn)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(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)、科技論文等〕暫無(wú)六、工程應(yīng)用狀況、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益1、推廣應(yīng)用狀況〔概述〕一、應(yīng)用狀況按評(píng)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(wú)損檢測(cè)及力學(xué)性能試驗(yàn)，該工藝焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，并體現(xiàn)出優(yōu)良的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)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(dòng)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(hào)鋁合金MIG焊接供給指導(dǎo)性文件，可用于該型號(hào)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(shí)施效果本次秦皇島港國(guó)際旅游港一期工程-游艇臨時(shí)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(píng)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(wú)損檢測(cè)及力學(xué)試驗(yàn)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(jì)要求的風(fēng)浪影響后，仍能保證主體構(gòu)造完好無(wú)損，這也充分檢驗(yàn)了浮碼頭主體構(gòu)造的安全牢靠，間接檢驗(yàn)了骨架構(gòu)造的焊接質(zhì)量。成品構(gòu)造見(jiàn)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(wàn)元單位：萬(wàn)元人民幣年份增利潤(rùn)節(jié)約本錢2023024累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益的有關(guān)說(shuō)明和各欄目的計(jì)算依據(jù)：使用該項(xiàng)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(fèi)：15