鋁及鋁合金零件的焊接工藝方法

1、鋁及鋁合金零件的焊接工藝方 法鋁及鋁合金零件的焊接工藝方法【摘要】鋁及鋁合金材料密度低,強度高，熱電導(dǎo)率高，耐腐 蝕能力強，具有良好的物理特性和力學(xué)性能，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn) 品的焊接結(jié)構(gòu)上。長期以來，由于焊接方法及焊接工藝參數(shù)的選取不 當(dāng)，焊接時的常出現(xiàn)缺陷,本文介紹了此類金屬零件焊接時的工藝步 驟及其焊接參數(shù)的選取。【關(guān)鍵詞】鋁合金焊接加工工藝鋁及鋁合金材料密度低,強度高，熱電導(dǎo)率高，耐腐蝕能力強，具 有良好的物理特性和力學(xué)性能，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu) 上。長期以來,由于焊接方法及焊接工藝參數(shù)的選取不當(dāng)，造成鋁合金 零件焊接后因應(yīng)力過于集中產(chǎn)生嚴重變形，或因為焊縫氣孔、夾渣、 未

2、焊透等缺陷，導(dǎo)致焊縫金屬裂紋或材質(zhì)疏松,嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量 及性能。1鋁合金材料特點鋁是銀白色的輕金屬，具有良好的塑性、較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性， 同時還具有抗氧化和抗腐蝕的能力。鋁極易氧化產(chǎn)生三氧化二鋁薄膜, 在焊縫中容易產(chǎn)生夾雜物，從而破壞金屬的連續(xù)性和均勻性，降低其 機械性能和耐腐蝕性能。常見鋁合金母材和焊絲的化學(xué)成分及機械性能見表lo2鋁合金材料的焊接難點(1) 極易氧化。在空氣中，鋁容易同氧化合,生成致密的三氧化二鋁薄丿(厚度約0. 1-0. 2um),熔點高(約2050-C),遠遠超過鋁及鋁合金的熔點(約600°C左右)。氧化鋁的密度3. 95-4. 10g/cm3,約為鋁的

3、1. 4倍，氧化鋁薄膜的表面易吸附水分，焊接時,它阻礙基本金屬的熔合，極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，引起焊縫性能下降。(2) 易產(chǎn)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產(chǎn)生氣孔的主要原因是氫，由于液態(tài)鋁可溶解大量的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因此當(dāng)熔池溫度 快速冷卻與凝固時,氫來不及逸出，容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣 孔目前難于完全避免，氫的來源很多，有電弧焊氣氛中的氫,鋁板、焊 絲表面吸附空氣中的水分等。實踐證明，即使氨氣按GB/T4842標準要 求，純度達到99. 99%以上，但當(dāng)水分含量達到20ppm時，也會出現(xiàn)大 量的致密氣孔，當(dāng)空氣相對濕度超過80%時，焊縫就會明顯出現(xiàn)氣孔。(3) 焊縫變形和

4、形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率 約比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形的內(nèi)應(yīng)力，對剛性較大的結(jié)構(gòu) 將促使熱裂紋的產(chǎn)生。(4) 鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大(純鋁0.538卡/Cm.s. °C)。約為鋼的4倍, 因此，焊接鋁和鋁合金時，比焊鋼要消耗更多的熱量。(5) 合金元素的蒸發(fā)的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素(如鎂、 鋅、猛等)，在高溫電弧作用下，極易蒸發(fā)燒損，從而改變焊縫金屬的化 學(xué)成分，使焊縫性能下降。(6) 高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低，破壞了焊縫 金屬的成形，有時還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現(xiàn)象。(7) 無色彩變化。鋁及鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時，無明顯的顏色變化，使操

5、作者難以掌握加熱溫度。3鋁合金材料焊接的工藝方法(1) 焊前準備采用化學(xué)或機械方法，嚴格清理焊縫坡口兩側(cè)的表面氧化膜?；瘜W(xué)清洗是使用堿或酸清洗工件表面,該法既可去除氧化膜，還 可除油污，具體工藝過程如下:體積分數(shù)為6%10%的氫氧化鈉溶液, 在70°C左右浸泡0. 5minf水洗體積分數(shù)為15%的硝酸在常溫下浸 泡Imin進行中和處理水洗溫水洗干燥。洗好后的鋁合金表面 為無光澤的銀白色。機械清理可釆用風(fēng)動或電動銃刀，還可采用刮刀、鏗刀等工具，對 于較薄的氧化膜也可用0. 25mm的銅絲刷打磨清除氧化膜。清理好后立即施焊，如果放置時間超過4h,應(yīng)重新清理。(2) 確定裝配間隙及定位焊間

6、距施焊過程中,鋁板受熱膨脹，致使焊縫坡口間隙減少，焊前裝配間 隙如果留得太小，焊接過程中就會引起兩板的坡口重疊，增加焊后板 面不平度和變形量;相反,裝配間隙過大，則施焊困難，并有燒穿的可 能。合適的定位焊間距能保證所需的定位焊間隙，因此，選擇合適的裝 配間隙及定位焊間距，是減少變形的一項有效措施。根據(jù)經(jīng)驗,不同板 厚對接縫較合理的裝配工藝參數(shù)如表2。(3) 選擇焊接設(shè)備目前市場上焊接產(chǎn)品種類較多，一般情況下宜采用交流鑄極氨弧 焊(即TIG焊)。它是在氨氣的保護下，利用鉤電極與工件問產(chǎn)生的電 弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接方法。該焊機工作時，由于交流 電流的極性是在周期性的變換，在每個周期里半

7、波為直流正接，半波 為直流反接。正接的半波期間鉤極可以發(fā)射足夠的電子而又不致于過 熱,有利于電弧的穩(wěn)定。反接的半波期間工件表面生成的氧化膜很容 易被清理掉而獲得表面光亮美觀、成形良好的焊縫。(4) 選擇焊絲一般選用301純鋁焊絲及311鋁硅焊絲。(5) 選取焊接方法和參數(shù)一般以左焊法進行,焊炬和工件成60°角。焊接厚度15mm以上時, 以右焊法進行，焊炬和工件成90°角。焊接壁厚在3mm以上時，開V形坡口，夾角為60°70°，間隙不 得大于1mm,以多層焊完成。壁厚在1. 5mm以下時，不開坡口，不留間隙, 不加填充絲。焊固定管子對接接頭時，當(dāng)管徑為20

8、0mm,壁厚為6mm時， 應(yīng)采用直徑為34mm的鵠極，以220240A的焊接電流,直徑為4mm 的填充焊絲，以12層焊完。根據(jù)經(jīng)驗,在鋁及鋁合金焊接時，其適用的焊接參數(shù)如表3所示。參考文獻1 羅樹方焊接手冊一一焊接方法及設(shè)備（第二版）第1篇第5 章M.北京:機械工業(yè)出版社,2001.2 周萬盛.焊接手冊一一材料的焊接（第二版）第3篇第12章 M.北京:機械工業(yè)出版社,2001.3 霍立興.焊接結(jié)構(gòu)的斷裂行為及評定M北京:機械工業(yè)出 版社,2000.4 庫德良紹夫、斯莫連采夫蘇聯(lián)，高云震等譯.鋁合金斷裂韌 性M.北京:冶金工業(yè)出版社,1980. 116-11&5 賀巖松.汽車鋁合金零部件的焊接.專用汽車,199