本發(fā)明屬于研究試驗堆核燃料元件制造技術領域，具體涉及一種變壁厚鋁合金管與異型接頭的焊接技術。

背景技術：

現(xiàn)有的鋁合金焊接技術主要針對等壁厚的合金板材、合金管材的焊接，而針對變壁厚的鋁合金管材焊接技術，未見相關報道。LT24鋁合金的化學活性很強，表面極易形成難溶的氧化膜(Al₂O₃熔點為2050℃，MgO熔點為2500℃)，加之此系列鋁合金導熱性強，焊接時易造成不熔合現(xiàn)象。由于氧化膜的密度和鋁的密度相近，也容易成為焊縫金屬的夾雜物。同時，氧化膜(特別是不很致密的氧化膜MgO)可吸收較多的水分成為焊縫氣孔的重要原因。此外，此系列鋁合金導熱性跟強且對氫的溶解度在不同的溫度下變化極大，因此不利于氣泡的浮出，更易于促使形成氣孔、微裂紋等焊接缺陷，在進行變壁厚LT24鋁合金管材材焊接時，由于材料厚度的變化，會導致局部受熱情況和其他焊接條件的變化，焊縫出現(xiàn)氣孔、微裂紋、未焊透等缺陷的風險更高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對變壁厚六角管與異型接頭的焊接需求，建立了一種LT24鋁合金變壁厚六角管與異型接頭的焊接方法，解決了焊接過程中容易出現(xiàn)焊接缺陷的問題，保證了焊接質量。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案：一種變壁厚鋁材焊接方法,該方法將鋁焊件六角形管與接頭焊接相連，其包括如下步驟：

(a)將鋁焊件六角形管進行開坡口處理，即分別在六角形管的六條棱邊處進行機械開坡口；

(b)對六角形管進行表面處理，以出去表面油污及氧化膜；然后對表面理后的六角形管進行烘干；

(c)將六角形管與待焊接的接頭、焊接卡具進行裝配，裝配好后在焊接前進行整體預熱，預熱溫度100～120℃，預熱時間45～60分鐘；

將整體預熱的焊件裝配好后，采用焊接電弧進行焊前局部預熱，電弧電流：100～120A，預熱時間10～20分鐘；

(d)實施焊接，采用鋁硅焊絲，焊絲直徑為Ф2～3mm；焊接工藝參數(shù)為焊接電流120～160A、保護氣氬氣流量5～15L/min。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其所述的六角形管是外方內圓結構，其中在棱邊尖角處壁厚最大，厚度最大為6～7mm；平面中間處壁厚最小，厚度最小為0.6～1.5mm。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其所述的焊接平面過度不是圓弧過度，而是以120°角直接過度。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其所述的鋁焊件六角形管與接頭為LT24鋁合金、或6061鋁合金。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其步驟(b)所述的對六角形管進行表面處理，是通過1～5分鐘堿洗、3～10分鐘酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其步驟(b)所述的將處表面理后的焊接件進行烘干，烘干裝置采用遠紅外線加熱鼓風循環(huán)烘干箱，烘干溫度為100～120℃，時間為20～40分鐘，烘干方式為熱風循環(huán)。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其步驟(c)所述的焊接卡具為銅材料，整體形成筒形結構，端部分為三瓣，筒形結構內表面為六邊形，外表面為錐形結構，通過與旋轉工裝配合使用，可抱緊焊件六角形管。

如上所述的一種變壁厚鋁材焊接方法，其步驟(a)所述的在六角形管的六條棱邊處進行機械開坡口，其坡口尺寸為(30～40)°×(2～4)mm。

本發(fā)明的效果在于：

本發(fā)明是一種變壁厚LT24鋁合金六角管與異型接頭的焊接方法，通過坡口尺寸設計、焊絲選擇、焊前清理方法、預熱溫度、氬氣流量等參數(shù)的合理選配，減少焊接氣孔和微觀裂紋的產生，同時焊縫熔深滿足要求，焊縫達到Ⅰ級焊縫標準，從而實現(xiàn)壁厚變化的鋁合金六角管與異型接頭的氬弧焊接。

本發(fā)明通過選擇合適的工藝參數(shù)組合，消除了此類規(guī)格材料氬弧焊接氣孔、未焊透、裂紋等焊接缺陷，滿足Ⅰ級焊縫要求，實現(xiàn)了LT24鋁合金六角管與異形接頭的焊接，為元件研制提供了保障。

附圖說明

圖1為六角形管結構剖視圖；

圖2為圖1六角形管側視圖；

圖3為焊接卡具主視圖；

圖4為圖3焊接卡具側視圖；

圖5為圖3焊接卡具剖視圖；

圖6為坡口角度、尺寸示意圖；

圖7為焊件裝配示意圖。

圖中：1.六角管；2.異型接頭；3.焊接卡具。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述的一種變壁厚鋁材焊接方法作進一步描述。

實施例1

由圖1和圖2所示，六角形管是外方內圓結構，其中在棱邊尖角處壁厚最大，厚度最大為6.4mm；平面中間處壁厚最小，厚度最小為1mm。

六角形管與接頭為LT24鋁合金，六角形管與接頭焊接相連，焊接接頭深度循環(huán)變化的，接頭深度最薄處的深度為1mm，而最大處為6.4mm，并且焊接平面過度不是圓弧過度，而是以120°角直接過度，這種結構給焊接過程帶來很大的困難。

采用本發(fā)明所述的一種變壁厚鋁材焊接方法將鋁焊件六角形管與接頭焊接相連，其包括如下步驟：

(a)將鋁焊件六角形管進行開坡口處理，即分別在六角形管的六條棱邊處進行機械開坡口，如圖6所示，坡口尺寸為35°×3mm。

(b)對六角形管進行表面處理，通過3分鐘堿洗、6分鐘酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后對表面理后的六角形管進行烘干；烘干裝置采用遠紅外線加熱鼓風循環(huán)烘干箱，烘干溫度為110℃，時間為30分鐘，烘干方式為熱風循環(huán)。

(c)如圖7所示，將六角形管與待焊接的接頭、焊接卡具進行裝配，裝配好后在焊接前進行整體預熱，預熱溫度110℃，預熱時間50分鐘；

將整體預熱的焊件裝配好后，采用焊接電弧進行焊前局部預熱，電弧電流：110A，預熱時間15分鐘；

如圖3至圖5所示，所述的焊接卡具為銅材料，整體形成筒形結構，端部分為三瓣，筒形結構內表面為六邊形，外表面為錐形結構，通過與旋轉工裝配合使用，可抱緊焊件六角形管。

(d)實施焊接，采用鋁硅焊絲，焊絲直徑為Ф2mm；焊接工藝參數(shù)為焊接電流140A、保護氣氬氣流量15L/min。

實施例2

由圖1和圖2所示，六角形管是外方內圓結構，其中在棱邊尖角處壁厚最大，厚度最大為6mm；平面中間處壁厚最小，厚度最小為0.6mm。

六角形管與接頭為6061鋁合金，六角形管與接頭焊接相連，焊接平面過度不是圓弧過度，而是以120°角直接過度。

采用本發(fā)明所述的一種變壁厚鋁材焊接方法將鋁焊件六角形管與接頭焊接相連，其包括如下步驟：

(a)將鋁焊件六角形管進行開坡口處理，即分別在六角形管的六條棱邊處進行機械開坡口，如圖6所示，坡口尺寸為30°×2mm。

(b)對六角形管進行表面處理，通過1分鐘堿洗、3分鐘酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后對表面理后的六角形管進行烘干；烘干裝置采用遠紅外線加熱鼓風循環(huán)烘干箱，烘干溫度為100℃，時間為40分鐘，烘干方式為熱風循環(huán)。

(c)如圖7所示，將六角形管與待焊接的接頭、焊接卡具進行裝配，裝配好后在焊接前進行整體預熱，預熱溫度100℃，預熱時間60分鐘；

將整體預熱的焊件裝配好后，采用焊接電弧進行焊前局部預熱，電弧電流：100A，預熱時間20分鐘；

如圖3至圖5所示，所述的焊接卡具為銅材料，整體形成筒形結構，端部分為三瓣，筒形結構內表面為六邊形，外表面為錐形結構，通過與旋轉工裝配合使用，可抱緊焊件六角形管。

(d)實施焊接，采用鋁硅焊絲，焊絲直徑為Ф3mm；焊接工藝參數(shù)為焊接電流120A、保護氣氬氣流量5L/min。

實施例3

由圖1和圖2所示，六角形管是外方內圓結構，其中在棱邊尖角處壁厚最大，厚度最大為7mm；平面中間處壁厚最小，厚度最小為1.5mm。

六角形管與接頭為LT24鋁合金，六角形管與接頭焊接相連，其包括如下步驟：

(a)將鋁焊件六角形管進行開坡口處理，即分別在六角形管的六條棱邊處進行機械開坡口，如圖6所示，坡口尺寸為40°×4mm。

(b)對六角形管進行表面處理，通過5分鐘堿洗、10分鐘酸洗以清理焊件表面油污及氧化膜；然后對表面理后的六角形管進行烘干；烘干裝置采用遠紅外線加熱鼓風循環(huán)烘干箱，烘干溫度為120℃，時間為20分鐘，烘干方式為熱風循環(huán)。

(c)如圖7所示，將六角形管與待焊接的接頭、焊接卡具進行裝配，裝配好后在焊接前進行整體預熱，預熱溫度120℃，預熱時間45分鐘；

將整體預熱的焊件裝配好后，采用焊接電弧進行焊前局部預熱，電弧電流：120A，預熱時間10分鐘；

如圖3至圖5所示，所述的焊接卡具為銅材料，整體形成筒形結構，端部分為三瓣，筒形結構內表面為六邊形，外表面為錐形結構，通過與旋轉工裝配合使用，可抱緊焊件六角形管。

(d)實施焊接，采用鋁硅焊絲，焊絲直徑為Ф3mm；焊接工藝參數(shù)為焊接電流160A、保護氣氬氣流量10L/min。

上述實施例1～3焊接后焊件射線檢測、金相檢測等結果均合格，滿足Ⅰ級焊縫要求。