鋁及鋁合金的焊接工藝

1、鋁及鋁合金的焊接工藝鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，生成的氧化鋁(A12O3 )熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定，不易去除。阻礙母材的熔化 和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大 量的水分，易使焊縫產(chǎn)生氣孔。焊接前應(yīng)采用化學(xué)或機(jī)械方法進(jìn)行嚴(yán)格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接 過程加強(qiáng)保護(hù)，防止其氧化。鎢極氬弧焊時(shí)，選用交流電源，通過“陰極清理”作用，去除氧化膜。在厚板焊 接時(shí)，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護(hù)，或者采用大規(guī)范的熔化極氣體保 護(hù)焊，在直流正接情況下，可不需要“陰極清理”。鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比

2、熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導(dǎo)率則是奧氏體不銹鋼的十幾 倍。在焊接過程中，大量的熱量能被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部，因而焊接鋁及鋁合金時(shí)，能量除消耗于熔化金 屬熔池外，還要有更多的熱量無(wú)謂消耗于金屬其他部位，這種無(wú)用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著，為了獲 得高質(zhì)量的焊接接頭，應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源，有時(shí)也可采用預(yù)熱等工藝措施。鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時(shí)的體積收縮率較大，焊件的變形和應(yīng) 力較大，因此，需采取預(yù)防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時(shí)容易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應(yīng)力。 生產(chǎn)中可采用調(diào)整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。

3、在耐蝕性允許的情況下，可采用鋁硅合金焊 絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5%時(shí)熱裂傾向較大，隨著硅含量增加，合金結(jié)晶溫度范 圍變小，流動(dòng)性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應(yīng)減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)含硅5%6%時(shí)可不產(chǎn)生熱 裂，因而采用SAlSi彳條(硅含量4. 5%6%)焊絲會(huì)有更好的抗裂性。鋁對(duì)光、熱的反射能力較強(qiáng)，固、液轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時(shí)判斷難。高溫鋁強(qiáng)度很 低，支撐熔池困難，容易焊穿。鋁及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫，固態(tài)幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫來不 及溢出，極易形成氫氣孔?；≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分

4、，都是焊縫中氫氣的重 要來源。因此，對(duì)氫的來源要嚴(yán)格控制，以防止氣孔的形成。合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能下降。母材基體金屬如為變形強(qiáng)化或固溶時(shí)效強(qiáng)化時(shí)，焊接熱會(huì)使熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降。鋁為面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過相變來 細(xì)化晶粒。焊接方法幾乎各種焊接方法都可以用于焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對(duì)各種焊接方法的適應(yīng)性不同， 各種焊接方法有其各自的應(yīng)用場(chǎng)合。針對(duì)這個(gè)工程應(yīng)選擇交流鎢極氬弧焊。焊接材料焊絲鋁及鋁合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外，按容器要求應(yīng)使對(duì)接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性(通 過彎曲試驗(yàn))達(dá)到規(guī)定要求，對(duì)含鎂量超過3%的鋁鎂

5、合金應(yīng)滿足沖擊韌性的要求，對(duì)有耐蝕要求的容器，焊接 接頭的耐蝕性還應(yīng)達(dá)到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則：純鋁焊絲的純度一般不低于母材；2）鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材相應(yīng)或相近;3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素（鎂、錳、硅等）的含量一般不低于母材；4）異種鋁材焊接時(shí)應(yīng)按耐蝕較高、強(qiáng)度高的母材選擇焊絲；5）不要求耐蝕性的高強(qiáng)度鋁合金（熱處理強(qiáng)化鋁合金）可采用異種成分的焊絲，如抗裂性好的鋁硅合金焊絲SAlSi 一 1等（注意強(qiáng)度可能低于母材）。（2）保護(hù)氣體保護(hù)氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時(shí)，采用大于99. 9%純氬氣，直流正 極性焊接宜用氦氣。MIG焊時(shí)，板厚25

6、 mm時(shí)宜用氬氣；板厚25 mm50 mm時(shí)氬氣中宜添加10%35% 的氦氣；板厚50mm-75mm時(shí)氬氣中宜添加10%35%或50%的氦氣；當(dāng)板厚75 mm時(shí)推薦采用添加50% 75%氦氣的氬氣。氬氣應(yīng)符合GB / T 4842995純氬的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足，不能使 用。（3）鎢極氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，不易熔化揮發(fā)，電極燒 損及尖端的污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加入1%2%氧化釷的電極為釷鎢極，電子發(fā)射能力強(qiáng)， 允許的電流密度高，電弧燃燒較穩(wěn)定，但釷元素具有一定的放射性，使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。在純鎢中 加

7、入1.8%2.2%的氧化鈰（雜質(zhì)0.1%）的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學(xué)穩(wěn)定性高，允許電流密 度大，無(wú)放射性，是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬，尖端易保持半球形，適用于交流 焊接。（4）焊劑氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物，可去除氧化膜。4,焊前準(zhǔn)備（1）焊前清理鋁及鋁合金焊接時(shí)，焊前應(yīng)嚴(yán)格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質(zhì)量直接影響焊接 工藝與接頭質(zhì)量，如焊縫氣孔產(chǎn)生的傾向和力學(xué)性能等。常采用化學(xué)清洗和機(jī)械清理兩種方法。1）化學(xué)清洗化學(xué)清洗效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產(chǎn)的工件。可用浸洗法和擦洗法 兩種?？捎帽?、汽油

8、、煤油等有機(jī)溶劑表面去油，用40C70。的5%10%NaOH溶液堿洗3 min7 min（純 鋁時(shí)間稍長(zhǎng)但不超過20 min），流動(dòng)清水沖洗，接著用室溫至60C的30%HNO3溶液酸洗1 min3 min，流動(dòng) 清水沖洗，風(fēng)干或低溫干燥。2）機(jī)械清理在工件尺寸較大、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、多層焊或化學(xué)清洗后又沾污時(shí)，常采用機(jī)械清理。先用丙酮、汽 油等有機(jī)溶劑擦試表面以除油，隨后直接用直徑為0.15 mm0.2 mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金 屬光澤為止。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時(shí)進(jìn)入熔池產(chǎn)生夾渣等缺陷。另 外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。工件和焊絲經(jīng)過清洗和清

9、理后，在存放過程中會(huì)重新產(chǎn)生氧化膜，特別 是在潮濕環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長(zhǎng)得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊 接前的存放時(shí)間應(yīng)盡量縮短，在氣候潮濕的情況下，一般應(yīng)在清理后4 h內(nèi)施焊。清理后如存放時(shí)間過長(zhǎng)（如超 過24 h）應(yīng)當(dāng)重新處理。（2）墊板鋁及鋁合金在高溫時(shí)強(qiáng)度很低，液態(tài)鋁的流動(dòng)性能好，在焊接時(shí)焊縫金屬容易產(chǎn)生下塌現(xiàn)象。為了保證 焊透而又不致塌陷，焊接時(shí)常采用墊板來托住熔池及附近金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅 板或銅棒等。墊板表面開一個(gè)圓弧形槽，以保證焊縫反面成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要求焊接 操作熟練或采取對(duì)電弧施焊能量嚴(yán)格自

10、動(dòng)反饋控制等先進(jìn)工藝措施。焊前預(yù)熱薄、小鋁件一般不用預(yù)熱，厚度10 mm15 mm時(shí)可進(jìn)行焊前預(yù)熱，根據(jù)不同類型的鋁合金預(yù)熱 溫度可為100C200C，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預(yù)熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。5.焊后處理焊后清理焊后留在焊縫及附近的殘存焊劑和焊渣等會(huì)破壞鋁表面的鈍化膜，有時(shí)還會(huì)腐蝕鋁件，應(yīng)清理干凈。 形狀簡(jiǎn)單、要求一般的工件可以用熱水沖刷或蒸氣吹刷等簡(jiǎn)單方法清理。要求高而形狀復(fù)雜的鋁件，在熱水中 用硬毛刷刷洗后，再在60C80C左右、濃度為2%3%的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗5 min10 min， 并用硬毛刷洗刷，然后在熱水中沖刷洗滌，用烘箱烘干，或用熱空氣吹干，也可自然干燥。焊后熱處理鋁容器一般焊后不要求熱處理。如果所用鋁材在容器接觸的介質(zhì)條件下確有明顯的應(yīng)力腐蝕敏感 性，需要通過焊后熱處理以消除較高的焊接應(yīng)力，來使容器上的應(yīng)力降低到產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的臨界應(yīng)力以下， 這時(shí)應(yīng)由容器設(shè)計(jì)文件提出特別要求，才進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理。如需焊后退火熱處理，對(duì)于純鋁、5052、 5086、5154、5454、5A02、5A03、5A06 等，