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铝合金的焊接的方法是什么,有什么特点?

作者:admin     发布日期: 2020-09-27     二维码分享

详解铝及铝合金的焊接特点及方法:

焊接技术峰会 4月20日铝及铝合金的焊接特点

(1)铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、非常稳定,不易去除。阻碍母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理,清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护,防止其氧化。钨极氩弧焊时,选用交流电源,通过“阴极清理”作用,去除氧化膜。气焊时,采用去除氧化膜的焊剂。

(2)铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中,大量的热量能被迅速传导到基体金属内部,因而焊接铝及铝合金时,能量除消耗于熔化金属熔池外,还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位,这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著,为了获得高质量的焊接接头,应当尽量采用能量集中、功率大的能源,有时也可采用预热等工艺措施。

(3)铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大,焊件的变形和应力较大,因此,需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下,可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大,随着硅含量增加,合金结晶温度范围变小,流动性显著提高,收缩率下降,热裂倾向也相应减小。根据生产经验,当含硅5%~6%时可不产生热裂,因而采用SAlSi條(硅含量4.5%~6%)焊丝会有更好的抗裂性。

(4)铝对光、热的反射能力较强,固、液转态时,没有明显的色泽变化,焊接操作时判断难。高温铝强度很低,支撑熔池困难,容易焊穿。

(5)铝及铝合金在液态能溶解大量的氢,固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中,氢来不及溢出,极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分,都是焊缝中氢气的重要来源。因此,对氢的来源要严格控制,以防止气孔的形成。

(6)合金元素易蒸发、烧损,使焊缝性能下降。母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时,焊接热会使热影响区的强度下降。

(7) 铝为面心立方晶格,没有同素异构体,加热与冷却过程中没有相变,焊缝晶粒易粗大,不能通过相变来细化晶粒。

焊接方法:

几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金,但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同,各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法,设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊,惰性气体保护焊(TIG或MIG)方法是应用.广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊,铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛。

铝及铝合金焊接的基本要求,适用于铝及的手工钨极氩弧焊或气焊或熔化极氩弧焊等焊接的铝及铝合金制单层容器、衬铝容器的铝焊接工艺。

一、焊接要求

1.持证焊工应按焊接工艺文件和其它文件焊接。

2.在焊接环境出现下列情况之一时,应采取有效防护措施,否则不准施焊:

(1)焊接环境不清洁,有灰尘、烟雾;

(2)焊接环境风速大于或等于1.5m/s;

(3)焊接环境相对湿度大于80%;

(4)下雨、下雪的室外作业;

(5)焊接温度低于5℃;

3.铝材产品焊接设在专门的场地,场地应铺设橡胶或绒布;焊接时应远离通风口和门窗以避免影响气体保护效果。

4.用手工钨极氩弧焊焊接铝材一般都使用交流,以便产生阴极雾化的作用;熔化极氩弧焊则用直流反接。对焊缝表面由于焊剂熔剂残留物或氧化而形成的白色膜可用钢丝刷或抹布醮热水擦去。

5.焊前预热:由于铝材导热性能很强,因此一般手工钨极氩弧焊焊接大于10mm厚度时,焊前都应预热,但不超过100℃,焊时层间温度也不超过100℃。可视具体情况用火焰或远红外线板进行加热。

6.在焊接过程中焊丝的填入点不应位于电弧正下方,而应位于熔池边部,距电弧中心线约0.5~1.0mm处,焊丝填入点不得高于熔池表面或在电弧下横向摆动,以避免影响母材熔化,破坏气体保护而使金属氧化;焊丝回撤时勿使焊丝未端露出气体保护区外,以免焊丝未端被氧化后再度送进时随之带入熔池。焊接时若钨极碰到焊缝金属应立即停止焊接,用金属磨头清除污染,并修磨钨极;无论焊前还是焊接过程中,都应先切除焊丝端部已氧化的部分再焊。

7. 一条焊缝应尽量一次焊完,不得已中途停焊后重新焊接时,应重叠10~20 mm。多层焊缝在进行下一道焊缝前,对前道焊缝进行表面颜色检查,只允许银白色;并彻底清除表面污染、夹渣等缺陷。弧坑应填满,接弧处应熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法:收弧时匀速抬高电弧,同时加速填充焊丝,直至电弧熄灭,使熄弧处焊缝局部凸出,必要时打磨超标的余高。在焊机上有衰减装置时,此熄弧方法效果更好。

二、焊前准备

1.铝材坡口加工应采用机械方法(含剪切),如采用等离子火焰方法加工应从变色部分机械加工去掉不少于3mm,加工后的坡口表面应平整、光滑,不得有裂纹、分层、夹杂、毛刺、飞边和氧化色。坡口表面应呈银白色的金属光泽;必要时对坡口及两侧不少于50 mm范围内进行....PT。

2.焊丝、坡口表面及其两侧不少于50 mm范围内必须进行表面清理(包括去表面氧化膜、鳞片、污染和不合格的氧化色)。打磨可用φ0.15~0.2不锈钢丝盘刷、金属磨头(即电动铣刀)、手工盘铣机、锉刀(应是铝专用弧形锉刀)、刮刀和丙酮(沾丙酮的白布应干净,不要使用棉布或棉纱,以避免擦拭时带出毛绒),但应注意这些工具在使用前应被清理干净,清理时也应注意不要把氧化膜以压入母材内,因此清理时不要太用力;但不准用砂轮或普通砂纸打磨,因为铝材很软而导致砂粒留在铝材里,焊后就易产生气孔和夹渣等缺陷。

3.对于外委热加工的部件,如封头等,原则上在进厂后应对铝材表面进行....PT,必要时对不能确定的部位进行RT。

4.焊丝表面可用不锈钢丝刷或干净的油砂纸擦洗;对表面氧化皮较厚的焊丝在焊前打磨后还需要化学清理。化学清理:用70℃、5%~10%的NaOH溶液浸泡0.5~3min左右后用清水冲洗,接着用15%左右的HNO3溶液在常温下浸泡约1~2min后用温水冲洗,再用手持式吹风机(不能用空气压缩机,因为空气中有水和油)吹干再放入烘箱中100℃烘干即可使用。对铝材也可参考此法。

5.清理干净的焊丝和焊件应保持清洁和干燥,不得用手触摸和口吹焊接部位,焊工一般戴白色的焊工手套;焊前严禁污染,否则应重新进行清理,局部污染可局部重新清理;.好用白纸覆盖在坡口用两侧。一般机械清理后应立即焊接,如清理后4h之内未焊,焊前就应重新清理。

6.焊件装配应准确,如果装配不良时,应考虑换部件,而不得强行组对,以避免造成过大的应力。在正式焊接前应对坡口尺寸进行检查,合格后方可施焊。

7.定位焊选用的焊丝及采取的工艺措施与焊接工艺相同。

8.定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷,否则必须清除重焊。重焊应在附近区域进行,而不要在原处点焊;对接焊缝间隙在工艺没规定时,可按2~4mm。

9.对于会熔入..焊缝的定位焊缝必须保证焊透和清除其表面的氧化层(只允许银白色),并使焊缝两端平滑过渡以便于接弧,否则就应修整。在冷态零件上施焊时,电弧应在始焊稍作停留一下,待母材边缘开始熔化时,再及时加丝焊接,以保证始焊点焊透。

10.铝焊接变形和焊时易产生塌陷,因此在焊前应有针对性地制作夹具和垫板。采用夹具时一般零件正反面都需要夹紧,并且夹具的刚性和夹紧力大小要适中,因为过小取不到控制变形作用,过大则焊缝拘束度太强易导致焊缝开裂,夹紧力按350Kg/100mm为宜。

三、焊缝返修

1.对需要返修的缺陷应当分析产生原因,提出改进措施,编制焊接返修工艺(应考虑加工装防焊接变形)后才能开始返修,且焊缝同一部位返修次数不宜超过2次。

2.一般用金属磨头清除缺陷和开坡口。如果缺陷较深时,可先用规定的手工铣打磨,再用金属磨头打磨坡口表面。坡口应宽度均匀、表面平滑和便于施焊的凹槽,凹槽两端有一定的坡度(一般不大于1:4)。

3.返修前需将缺陷清除干净,一般应进行....PT确认(若缺陷是裂纹,则必须进行....PT)。补焊时只需将缺陷除尽即可,不要挖得太深,必要时进行RT进行确认缺陷已完全清除。补焊时先不填丝,用电弧对补焊区金属熔化;填丝后电弧应稍偏向焊丝,防补焊区金属过热,电弧可在补焊长度方向上适度往复移动,以延长熔池存在时间,以利于氢气泡从熔池逸出。

4.铝焊接主要焊缝缺陷是气孔和裂纹:

气孔产生原因:铝焊接气孔主要是氢进入焊接熔池而形成的。氢来源有:材料、焊丝、保护气体、送丝机构、焊工的手套和环境湿度太高等,如焊丝被污染、材料及焊丝本身的氧化膜、送丝机构上有油污或汗渍等。


预防措施:

(1)材料及焊丝内的含氢量≤0.4mL /100g;

(2)被焊件表面应去除油污及氧化膜,存放时间不超过4h。表面清理后应用干燥、洁净、不起毛的物件覆盖坡口及两侧;

(3)焊丝尽量使用抛光焊丝,不然处理方法同上; 保护气体内杂质含量:H2≤0.001%;O2≤0.02%;N2≤0.1%;H2O≤0.02%;

(4)保护气体管路:一般采用不锈钢管或铜管,软管采用塑料管而不能用橡胶等易吸水的软管;焊前应检查冷却水管道,确保不会漏水;当环境湿度很大时,应对保护气体进行加热对管路进行吹扫;

(5) 送丝机构:不得有油污,送丝管采用聚四氟乙烯管或尼龙,并焊前清理管内污染和冷凝水;

(6)现场环境:温度不宜超过25℃,相对湿度不超过50%,保持环境清洁;

(7)焊工:工作服装尽量是白色的,以便能及时发现和清理污染。焊时注意汗水和油渍不要再次污染焊件;

(8) 在焊前都应在试板上试焊,以便检查保护气体和管路是否合格。

(9)焊接工艺上预防措施:用双面焊代替单面焊;每道焊缝薄时比厚时有利于气孔逸出;大直径焊丝有利于减少气孔;焊前预热、焊后缓冷;降低电弧电压、增大电流、降低焊接速度,有利于减少气孔。


裂纹产生原因:材料焊接性较差;选择焊丝时没考虑抗裂性;结构的拘束度过大。

预防措施:

(1)对焊接性较差的铝材在焊接前应考虑其抗裂性而不能只考虑强度;必要时可考虑对焊件进行退火后焊接,焊后再淬火时效。

(2) 选择抗裂纹性好的焊丝,如含Si等低熔点元素的焊丝。

(3)尽量减少焊接接头的拘束度,合理安排焊接顺序,让焊缝能够有横向收缩余量,以减小焊接应力。没有必要定位焊的就不要焊定位焊,能双面定位焊的就不要单面定位焊。

(4)尽量改单面焊为双面焊。

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