铝硅合金套筒裂纹修复

 引言
随着时代的不断发展和新材料的研发并投入到国防建设生产中，有色金属材料以其特有的共性，为国民经济发展起着无可替代的作用。徐州市四方铝业集团有限公司新进铝箔分卷机，因设备不配套，铝硅合金套筒来回往返在承重5T铝卷时高速旋转过程中产生裂纹、断开，导致整个铝卷下道工序无法使用，形成废卷，造成巨大的经济损失。本文以多年现场焊接经验介绍了铝硅合金套筒返修缺陷位置和采用工艺方法等实用的焊缝裂纹返修方案。经实践检验取得了满意的焊缝质量，具有一定的应用价值。
1 相关知识
1.1 材料分析 工业纯铝是指工业规模生产出的纯铝，其纯度为98～99.7%，其中含有主要杂质是Fe和Si，严格讲应把工业纯铝视为Al-Fe-Si三元合，纯铝熔点只有660°，熔化时不呈现任何颜色变化。铝的化学性质很活泼，在空气中能很快与氧结合，形成致密坚固，熔点极好的耐腐蚀性。纯铝无磁性，密度2.7g/cm3，纯铝无同素异构变化，不能用热处理来改变性能，但对杂质很敏感，有少量的铁或硅就易在晶界上生成复杂化合物或共晶体，严重影响耐腐蚀性。
1.2 焊接应力及变形易产生热裂纹 铝的线胀系数约为低碳钢的2倍，而凝固时的收缩率又比钢大2倍，加之导热快，加热时间长受热面积大，所以铝及铝合金焊后产生的应力和变形都很大，同时铝和铝合金高温时塑性较差，焊接时容易形成低熔点共晶物，容易产生裂纹，尤其是进行多层焊时，更容易产生气孔和裂纹，且成形差，因此，采用交流钨极氩弧焊，通过阴极破碎来击穿氧化膜完成焊接。
2 焊接工艺
2.1 焊前准备 ①焊接设备及焊丝型号。要求焊接设备稳定输出较大的电流，选用WSE-400交直流逆变焊机进行焊接，确认焊机引弧性能和焊接工艺参数调整方便灵活，焊机上的电流表、电压表指示准确。焊丝选用上海生产的斯米克S311铝硅焊丝，直径？准3.0mm。②缺陷裂纹定位及焊接顺序。返修时首先确定裂纹位置。用机械设备配合，使裂纹处于微受压状态。对于裂纹的清除长度，两侧均应超出50mm，以确保裂纹的彻底清除。对于长度不长的裂纹，应连续焊接完成；对于长度较长的裂纹，应采用分段清除和分段焊接的方法，清除和焊接顺序见图1。采用打磨一段焊接一段的返修顺序，首先清除和焊接BC段，再焊接AB和CD段，这样就形成了一个止裂段，可有效防止裂纹的扩展。在BC段填充焊道全部焊完后，再分别清除和焊接AB和CD段，一定要谨记清除一段焊接一段，这种方法对裂纹的返修是很成功的。盖面焊道的焊接可从D点连续焊接到A点，这可保证盖面焊道的连续、完整和美观。③坡口及清理。沿裂纹处使用角向磨光机开30°V型坡口，用丙酮等清除坡口及两侧内外表面10～20mm范围内的氧化膜及其它油污，直至露出金属光泽。用红外线测温仪检测铝硅合金套筒预热温度为280℃左右。
2.2 焊接工艺参数（表1）
2.3 焊接操作 ①引弧、熄弧、接头。引弧预送氩气3～5s，采用高频法引弧，引弧后氩弧拉向待焊部位，将母材加热，等形成熔孔后，立即填加焊丝。熄弧后应继续将喷嘴对准焊接熔池部位，氩气滞后5～8s，待钨极和焊缝冷却后再移开焊枪，为保证质量应尽量避免在焊接过程中停弧，减少接头次数。②送丝方法。送丝采用连丝法，即将铝焊丝连续送进熔池，送丝动作要轻，不得搅动氩气保护层，防止空气侵入，注意填充焊丝与工件表面夹角应尽量的小，一般10～15°为宜。③焊接要点。为保证根焊层背面成型良好，关键在于调整合适的焊接速度，以控制熔池温度和熔孔大小。电弧向前移动，焊丝在管内也随着移动并不断添加。形成焊道。应注意运弧与送丝的配合，即将氩弧在左右方向作轻微摆动，同时焊丝也作轻微摆动将熔滴滴到熔池两边。平焊部位易出现背面焊瘤，操作时除了注意轻微摆弧，向熔池两边续丝外，还要特别注意氩弧的前进速度不能过慢，焊接时应仔细观察熔池的变化情况，发现熔池温度过高应将氩弧稍向前引带，使熔池降温，然后再将氩弧拉向原处继续焊接。接头时，应将已经冷却的熔池用角向磨光机打磨成斜坡，引弧后，应从熔池的后部约5mm处开始焊接，与原熔池重叠后开始添加焊丝，但是要比正常焊接时少一些。将根焊层焊道清理干净后进行填充、盖面焊接。填充与盖面层的焊枪角度、焊丝角度与封底层相同。钨极伸出长度应比根焊层稍短些。④焊后清理、检验。工件焊完后套筒内清除余高及表面打磨抛光。焊缝按焊接工艺规范进行外观检查，确认焊缝表面无裂纹，咬边深度不大于1mm，进行X射线拍片，焊缝合格。修复成功。
3 结论
通过使用合适的焊接工艺和熟练的焊接技术，笔者为生产车间修复的铸造铝硅套筒，大量应用到铝箔分卷机上，使用效果较理想，提高生产效率，为厂里节约了大量资金，创造了良好的经济效益。