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铝合金惯例焊接工艺详解

时间:2017-07-10 13:38来源:未知 作者:admin 点击:
铝合金惯例焊接工艺详解 1 铝及铝合金的焊接特色 1.1 氧化皮问题 铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、十分稳固,不易去除。妨碍母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易天生夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化
铝合金惯例焊接工艺详解

1 铝及铝合金的焊接特色

1.1 氧化皮问题

铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、十分稳固,不易去除。妨碍母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易天生夹渣、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,易使焊缝产活力孔。

(1)焊接前应采用化学或机械方式进行严格表面清理,肃清其表面氧化膜。在焊接过程增强掩护,防止其氧化。

(2)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。

(3)气焊时,采用去除氧化膜的焊剂。

(4)在厚板焊接时,可加大焊接热量,例如,氦弧热量大,应用氦气或氩氦混合气体保护,或者采用大标准的熔化极气体保护焊,在直流正接情况下,可不需要“阴极清理”。

1.2 导热性问题

(1)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。

(2)在焊接过程中,大量的热量能被敏捷传导到基体金属内部,因此焊接铝及铝合金时,能量除消耗于熔化金属熔池外,还要有更多的热量无谓消费于金属其余部位,这种无用能量的耗费要比钢的焊接更为明显。

(3)为了取得高质量的焊接接头,应该尽量采用能量集中、功率大的能源,有时也可采用预热等工艺措施。

1.3 热膨胀问题

(1)铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。

(2)铝凝固时的体积收缩率较大,焊件的变形和应力较大,因此,需采用防备焊接变形的措施。

(3)铝焊接熔池凝固时轻易发生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。出产中可采用调剂焊丝成分与焊接工艺的办法预防热裂纹的产生。在耐蚀性容许的情形下,可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。

(4)在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大,跟着硅含量增添,合金结晶温度范畴变小,流动性显着进步,压缩率下降,热裂倾向也相应减小。 根据生产教训,当含硅5%~6%时可不产生热裂,因而采用SAlSi条(硅含量4.5%~6%)焊丝会有更好的抗裂性。

1.4 焊穿问题

铝对光、热的反射才能较强,固、液转态时,没有显明的色泽变化,焊接操作时断定难。高温铝强度很低,支持熔池艰苦,容易焊穿。

1.5 气孔问题

铝及铝合金在液态能溶解大批的氢,固态简直不溶解氢。在焊接熔池凝固和疾速冷却的过程中,氢来不迭溢出,极易造成氢气孔。弧柱氛围中的水分、焊接资料及母材表面氧化膜吸附的水分,都是焊缝中氢气的主要起源。因而,对氢的来源要严厉把持,以避免气孔的构成。

1.6 烧损问题

合金元素易蒸发、烧损,使焊缝机能降落。

1.7 时效问题

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降低。

1.8 相变问题

铝为面心破方晶格,不同素异构体,加热与冷却进程中没有相变,焊缝晶粒易粗大,不能通过相变来细化晶粒。

 

 

2 铝合金焊接方法

2.1 概说

多少乎各种焊接方法都能够用于焊接铝及铝合金,然而铝及铝合金对各种焊接办法的适应性不同,各种焊接方法有其各自的利用场所。

2.2 气焊与弧焊

气焊和焊条电弧焊方法,装备简略、操作便利。

(1)气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。

(2)焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。

(3)铝及铝合金气焊时不宜采用搭接接头和T形接头,由于这些接头易于残留气焊熔剂和焊渣,不便焊后清理,其接头形式见下图:

图1 铝合金焊接接头形式

(4)火焰跟焊嘴号码 :气焊时火焰可采取中性焰 (或稍微碳化焰),焊嘴号码依据铝板厚度进行抉择,见表1。

表1   铝及铝合金气焊焊接工艺参数

焊件厚度(mm)

1.2

1.5~2.0

3.0~4.0

5.0~7.0

7.0~10.0

10.0~20.0

焊丝直径(mm)

1.5~2.0

2.0~2.5

2.0~3.0

4.0~5.0

5.0~6.0

5.0~6.0

射吸式焊炬型号

H01~6

H01~6

H01~6

H01~12

H01~12

H01~20

焊嘴号码

1

1~2

3~4

1~3

2~4

4~3

焊嘴孔径(mm)

0.9

0.9~1.0

1.1~1.3

1.4~1.8

1.6~2.0

3.0~3.2

乙炔气消耗量(L/h)

75~150

150~300

300~500

500~1400

1400~2000

~2500

(5)定位焊:定位焊时的工艺参数见表2。

表2   铝及铝合金气焊定位焊工艺参数

焊件厚度(mm)

<1.5

1.5~2,海王星官网.0

3~4

5~7

7~10

10~16

>16

定位焊间距

10~30

30~50

50~70

80~100

100~120

120~180

180~240

定位焊缝长度

5~8

6~10

10~15

20~30

30~40

4050

50~60

定位焊缝余高

1~1.2

1.2~2

2.5~3

3~5

3~5

5~7

6~8

(6)焊嘴和焊丝倾角:焊薄板时,焊嘴倾角约为30°~45°,焊丝倾角约为40°~50°;焊厚板时,焊嘴倾角应为50°左右,焊丝倾角为40°~50°。

2.3 氩弧焊

惰性气体保护焊(TIG或MIG)方法是运用最普遍的铝及铝合金焊接方法。

(1)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。

(2)铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混杂钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。

(3)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(氩气或氩/氦混合气)。

(4)MIG焊铝常采用亚射流过渡--在射流过渡的电弧成分中调试出3-5%的短途经渡成分,以保障电弧长度较短、电弧不漂移、气体维护和阴极雾化后果好、产朝气孔的偏向小、焊缝内在质量高。

(5)MIG焊铝的工艺困难重要有:a. 铝及铝合金的熔点低(纯铝 660℃),海王星官网,表面生成高熔点氧化膜( AL2O3     2050℃),容易造成焊接不熔合。b. 低熔点共晶物和焊接应力,容易产生焊接热裂纹。c. 母材、焊材氧化膜吸附水分,焊缝容易产生气孔。d. 铝的导热性是钢的3倍,焊缝熔池的温度场变更大,节制焊缝成型的难度较大。e. 焊接变形较大。

(6)MIG焊铝时,因焊丝的熔化速度很快,送丝速度高;铝焊丝刚性小,比拟软,推丝送进时,细焊丝容易堆丝打弯,影响畸形焊接。所以个别应用Φ1.2/Φ1.6铝焊丝。

(7)TIG交换和MIG直流反接焊铝时,负电极(母材)表面上集中发射电子的光明渺小区域-“阴极雾化区”,此区域为干净宽度,以有效清理铝表面氧化膜。

2.4 焊丝的选用  

铝及铝合金用焊丝牌号见表3。其中HS311是一种通用焊丝,采用这种焊丝焊接时,金属流动性好,有较高的抗热裂性能,并能保证必定的强度。但在焊接铝镁合金时,焊缝中会呈现脆性化合物Mg2Si,下降接头的塑性和耐腐化性。焊接铝镁合金时应采用HS331。

表3 铝及铝合金用焊丝牌号

同一

牌号

名称

化学成分(质量分数)(%)

焊缝力学性能

用  途

Mg

Mn

Si

Fe

Al

母材

抗拉强度

(MPa)

HS301

纯铝焊丝

余量

纯铝

70~80

纯铝及接头品质请求不高的铝合金

HS311

铝硅合金焊丝

4~6

余量

LF21

120~140

  除铝镁合金以外的铝合金

HS321

铝锰合金焊丝

1.0~1.6

余量

LF21

120~140

铝锰合金

HS331

铝锰合金焊丝

4.5~5.7

0.2~0.6

0.2~0,海王星官网.5

≤0.4

余量

LF5

220~260

铝镁合金

2.5 焊接接头及坡口情势 

下图为铝合金TIG焊接坡口形式。

 

图2 铝合金TIG焊接坡口形式

2.6 工艺参数

(1)手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊的焊接工艺参数,分辨见表4、5。

表4   铝及铝合金手工钨极氩弧焊焊接工艺参数

焊件厚度

(mm)

焊丝直径

(mm)

钨极直径

(mm)

预热温度

(℃)

焊接电流

(A)

氩气流量

(L/min)

喷嘴孔径

(mm)

焊接层数

(正面/背面)

备    注

1

1.5

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

16~20

22~25

1.6

1.6~2.0

2~2.5

2~3

3

3~4

4

4~5

4~5

4~5

5~6

5~6

5~6

5~6

5~6

5~6

2

2

2~3

3

4

4

5

5

5

5~6

5~6

6

6

6

6

6~7

-

-

-

-

-

-

-

100

100~150

150~200

180~200

200~220

200~240

200~260

200~260

200~260

40~60

50~80

90~120

150~180

180~200

180~240

240~280

160~320

280~340

300~360

340~380

340~380

360~400

360~400

300~380

360~400

7~9

7~9

8~12

8~12

10~15

10~15

16~20

16~20

16~20

18~22

20~24

20~24

25~30

25~30

25~30

30~35

8

8

8~12

8~12

8~12

10~12

14~16

14~16

14~16

16~20

16~20

16~20

16~20

20~22

16~20

20~22

正1

正1

正1

正1

1~2/1

1~2/1

1~2/1

2/1

3~4/1~2

3~4/1~2

3~4/1~2

4~5/1~2

4~5/1~2

4~5/1~2

2~3/2~3

3~4/3~4

卷边焊

卷边或单面对接焊

对接焊

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

双V形坡口对接

双V形坡口对接

表5   铝及铝合金自动钨极氩弧焊焊接工艺参数

焊件厚度

(mm)

焊接层数

钨极直径

(mm)

焊丝直径

(mm)

喷嘴孔径

(mm)

氩气流量

(L/min)

焊接电流

(A)

送线速度

(m/h)

1

2

3

4

5

6~8

8~12

1

1

1~2

1~2

2

2~3

2~3

1.5~2

3

4

5

5

5~6

6

1.6

1.6~2

2

2~3

2~3

3

3~4

8~10

8~10

10~14

10~14

12~16

14~18

14~18

5~6

12~14

14~18

14~18

16~20

18~24

18~24

120~160

180~220

220~240

240~280

280~320

280~320

300~340

-

65~70

65~70

70~75

70~75

75~80

80~85

 

(2)熔化极氩弧焊的焊接工艺参数

自动及半自动熔化极氩弧焊焊接铝及铝合金时的焊接工艺参数,分离见表6、图3。焊接电源采用直流反接。

表6  铝及铝合金主动融化极氩弧焊焊接工艺参数

焊件

牌号

焊丝

牌号

焊件

厚度

(mm)

坡口

形式

坡口尺寸

焊丝

直径

喷嘴

孔径

氩气

流量

(L/min)

焊接

电流

(A)

电弧

电压

(V

焊接

速度

(m/h)

备注

钝边

(mm)

坡口

角度

(°)

空隙

(mm)

LPS

SAiMg5

5

2.0

22

28

240

21~22

42

单面焊双面成形

L2L3

L2

6

8

10

12

14

16

20

25

28~30

V形

V形

V形

V形

V形

V形

V形

双V形

4

6

8

10

12

16

21

16

100

100

100

100

100

100

100

100

0~0.5

0~0.5
0~1

0~1

0~1

0~1

0~1

0~1

0~1

2.5

2.5

3.0

3.0

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

22

22

28

28

28

28

28

28

28

30~35

30~35

30~35

30~35

40~45

40~45

50~60

50~60

50~60

230~260

300~320

310~330

320~340

380~400

380~420

450~500

490~550

560~570

26~27

26~27

27~28

28~29

29~31

29~31

29~31

29~31

29~31

25

24~28

18

15

18

17~20

17~19

13~15

正反面均焊1层

LF2

LF3

LF3

LF5

12

18

20

25

V形

V形

V形

8

14

16

16

120

120

120

120

0~1

0~1

0~1

0~1

3.0

4.0

4.0

4.0

22

28

28

28

30~35

50~60

50~60

50~60

320~350

450~470

450~700

490~520

28~30

29~30

28~30

29~31

24

18.7

18

16~19

LY11

SAISi5

50

双V形

6~8

75

0~0.5

4.2

28

50

450~500

24~27

15~18

  也可采用双面U形坡口

钝边6~8mm

 

 图3 纯铝MIG工艺参数

 

3  焊前筹备  

3.1 表面清理

清理的目标是去除焊件表面的氧化膜和油污,这是防止产赌气孔、夹渣的重要措施。

(1)化学荡涤  

效力高、质量稳定、实用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的焊件。化学清洗分浸洗法和擦洗法两种,清洗剂及清洗工艺,见表5。

表5  铝及铝合金的化学清洗法

   工艺

材料

脱   脂

碱     洗

冲洗

中 和 光 化

冲刷

干 燥

NaOH溶液的

质量分数

温度

(℃)

时间

(min)

HNO3溶液的

质量分数

温度

(℃)

时光

(min)

纯铝

汽油煤油

6%~10%

40~50

≥20

清水

30%

室温

1~3

净水

风干或

低温干燥

铝镁、

铝锰合金

汽油煤油

6%~10%

40~50

≥7

清水

30%

室温

1~3

清水

风干或

低温干燥

(2)机械清理  

先用有机溶剂(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污,而后用细铜线刷至名义露出金属光泽,或者用刮刀清理表面。清理后的焊件应在4h内施焊,否则应从新清算。

3.2 垫板  

(1)为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷,焊前可在接缝下面安置垫板。

(2)垫板材料可采用石墨、不锈钢或碳钢,表面开一圆弧形槽,以保证反面焊缝成形。

3.3 预热  

(1)对薄、小的焊件普通可以不必预热。

(2)焊接厚度超过5mm的焊件时,为了使接缝邻近到达所须要的温度,焊前应答焊件进行预热,预热温度为100~300℃。

 

4 焊后清理

焊件焊后留在焊缝及附近的残存熔剂和焊渣,需要及时清理清洁,否则在空气、水分的作用下,残存的溶剂和焊渣会损坏存在防腐作用的氧化铝薄膜,剧烈的腐蚀焊件。因此,焊后应即时严格扫除焊件上残存的污物。

常用的清渣方法和步骤:

(1)在热水顶用硬毛刷细心地洗刷焊接接头。

(2)将焊件在温度为60~80℃、质量分数为2%~3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5~10min,并用硬毛刷仔细洗刷。或者将焊件放于15~20℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗10~20min。

(3)在热水中冲洗洗涤焊件。

(4)将焊件用热空气吹干或在100℃干燥箱内烘干。

(责任编辑:admin)
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