容器用鋁材的焊接

容器用鋁材的焊接高增福一、容器用鋁材材的焊接鋁材具有優(yōu)異的的物理特性和和力學(xué)性能，其其密度低、強(qiáng)強(qiáng)度高、熱導(dǎo)導(dǎo)率高、電導(dǎo)導(dǎo)率高，耐蝕蝕能力強(qiáng)。鋁鋁材廣泛用于于容器、機(jī)械械、電力、化化工、航空、航航天等焊接結(jié)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品上上。（一）鋁材的分分類及牌號(hào)表表示方法1.鋁材的分分類（1）按有無合合金成分，鋁鋁材分為純鋁鋁及鋁合金。鋁鋁合金按合金金系列又分為為Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等。（2）按壓力加加工能力，可可分為變形鋁鋁和非變形鋁鋁（例如：鑄鑄鋁）。（3）按能否熱熱處理強(qiáng)化，鋁鋁合金又分為為非熱處理強(qiáng)強(qiáng)化鋁和熱處處理強(qiáng)化鋁。鋁鋁沒有同素異異構(gòu)體，純鋁鋁、鋁錳合金金、鋁鎂合金金等不可能通通過熱處理相相變來提高強(qiáng)強(qiáng)度。但是，鋁鋁銅和鋁鎂硅硅等合金可通通過固溶時(shí)效效析出強(qiáng)化相相提高強(qiáng)度，稱稱為可熱處理理強(qiáng)化鋁。不不能通過固溶溶時(shí)效析出強(qiáng)強(qiáng)化相提高強(qiáng)強(qiáng)度的稱為不不可熱處理強(qiáng)強(qiáng)化鋁。2.牌號(hào)表示示方法和狀態(tài)態(tài)代號(hào)（1）四位數(shù)字字體系牌號(hào)命命名方法1997年1月1號(hào)，我國開開始實(shí)施GB/T116474??996《變形鋁和和鋁合金牌號(hào)號(hào)表示方法》標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。新的牌牌號(hào)表示方法法采用變形鋁鋁和鋁合金國國際牌號(hào)注冊冊組織推薦的的國際四位數(shù)數(shù)字體系牌號(hào)號(hào)命名方法，例例如工業(yè)純鋁鋁有1070、1060等，Al-Mn合金有3003等，Al-Mg合金有5052、5086等。（2）四位字符符體系牌號(hào)命命名方法1997年1月1號(hào)前，我國國采用前蘇聯(lián)聯(lián)的牌號(hào)表示示方法。一些些老牌號(hào)的鋁鋁及鋁合金化化學(xué)成分與國國際四位數(shù)字字體系牌號(hào)不不完全吻合，不不能采用國際際四位數(shù)字體體系牌號(hào)代替替，為保留國國內(nèi)現(xiàn)有的非非國際四位數(shù)數(shù)字體系牌號(hào)號(hào)，不得不采采用四位字符符體系牌號(hào)命命名方法，以以便逐步與國國際接軌。例例如：老牌號(hào)號(hào)LF21的化學(xué)成分分與國際四位位數(shù)字體系牌牌號(hào)3003不完全吻合合，于是，四四位字符體系系表示的牌號(hào)號(hào)為3A21。四位數(shù)字體系和和四位字符體體系牌號(hào)第一一個(gè)數(shù)字表示示鋁及鋁合金金的類別，其其含義如下：：1）1XXX系系列棗工業(yè)純純鋁；2）2XXX系系列棗Al-Cu、Al-Cuu-Mn合金，；3）3XXX系系列棗Al-Mn合金；4）4XXX系系列棗Al-Si合金；5）5XXX系系列棗Al-Mg合金；6）6XXX系系列棗Al-Mgg-Si合金；7）7XXX系系列棗Al-Mgg-Si-CCu合金；8）8XXX系系列棗其它。（3）鋁鑄件牌牌號(hào)我國容器用用鋁鑄件牌號(hào)號(hào)采用ZAl+主要合金元元素符號(hào)+合金元素含含量數(shù)百分率率表示。例如如；ZAlSii7Mg1AA、ZAlCuu4、ZAlMgg5Si等。（4）狀態(tài)代號(hào)號(hào)相同牌號(hào)的的鋁及鋁合金金，狀態(tài)不同同時(shí)，力學(xué)性性能不相同。按按照GB/T116475《變形鋁和和鋁合金狀態(tài)態(tài)代號(hào)》標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，新狀態(tài)代代號(hào)規(guī)定如下下：O棗退火狀態(tài)態(tài)H112棗熱作作狀態(tài)T4棗固溶處理理后自然時(shí)效效狀態(tài)T5棗高溫成形形過程冷卻后后人工時(shí)效狀狀態(tài)T6棗固溶處理理后人工時(shí)效效狀態(tài)（二）鋁容器的的應(yīng)用特點(diǎn)和和容器規(guī)范采采用的鋁及鋁鋁合金鋁容器的應(yīng)用特特點(diǎn)(1)鋁在空氣氣和氧化性水水溶液介質(zhì)中中，其表面較較易產(chǎn)生致密密的氧化鋁鈍鈍化膜，它在在一些氧化性性介質(zhì)中具有有良好的耐蝕蝕性。在高溫溫濃硝酸中，純純鋁的耐蝕性性優(yōu)于不銹鋼鋼。鋁材常作作為耐蝕容器器材料。(2)對一些腐腐蝕性不太強(qiáng)強(qiáng)，但要求防防鐵污染的介介質(zhì)，如化纖纖生產(chǎn)介質(zhì)等等，鋁有較好好的耐蝕性，而而且沒有鐵污污染物料，因因此，鋁材常常作為防鐵污污染的容器的的材料。其他他有色金屬容容器也能防鐵鐵污染，但鋁鋁最便宜。(3)鋁是面心心立方晶格，沒沒有同素異構(gòu)構(gòu)體，低溫下下不存在像鐵鐵素體鋼那樣樣的脆性轉(zhuǎn)變變，鋁容器的的最低設(shè)計(jì)溫溫度可達(dá)-269℃。鋁材常作作為低溫容器器的材料。鋁鋁鎂合金中的的鎂含量較高高時(shí)，會(huì)以金金屬間化合物物Mg2Al3和Mg5Al8在晶間析出出，使鋁鎂合合金在某些介介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)力腐蝕敏感感性，只有在在65℃以下使用才才不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)力腐蝕，因因此含鎂量超超過了3％的鋁鎂合合金規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)溫度不超過過65℃。析出相過過多也會(huì)降低低沖擊韌性，因因此含鎂量超超過3％的鋁鎂合合金及其焊接接接頭應(yīng)檢驗(yàn)驗(yàn)沖擊韌性。其其他鋁和鋁容容器，包括低低溫鋁容器均均不要求進(jìn)行行沖擊韌性檢檢驗(yàn)。(4)由于鋁鋁鎂硅合金固固溶時(shí)效狀態(tài)態(tài)強(qiáng)度高，塑塑性也較好，焊焊接性好，焊焊接接頭在焊焊后狀態(tài)仍能能保持較高的的強(qiáng)度，因而而常用作容器器用高強(qiáng)度鋁鋁合金。鋁，特特別是純鋁的的規(guī)定非比例例伸長應(yīng)力很很低，在小的的載荷下即會(huì)會(huì)產(chǎn)生塑性變變形。鋁容器器在使用與運(yùn)運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)注注意碰撞變形形。(5)為了得得到好的塑性性，純鋁、鋁鋁錳合金和鋁鋁鎂合金的變變形鋁材都只只在退火狀態(tài)態(tài)或熱作狀態(tài)態(tài)使用，不采采用冷作狀態(tài)態(tài)。熱作狀態(tài)態(tài)鋁的焊接接接頭，焊接熱熱對熱影響區(qū)區(qū)有退火作用用，因而其許許用應(yīng)力也只只取退火狀態(tài)態(tài)鋁材的許用用應(yīng)力。只有有鋁鎂硅合金金和鋁銅合金金的鋁材才采采用固溶時(shí)效效狀態(tài)，以保保證其高強(qiáng)度度。2.容器規(guī)范采采用的鋁及鋁鋁合金要求制造容容器的材料具具有良好的成成形性和焊接接性，JB/T44734-22002《鋁制焊接接容器》中采采用的鋁及鋁鋁合金有：工業(yè)純鋁1AA85、1050A、1060和1200。Al-Cu合金金2014。Al-Mn合金金3003和3004。Al-Mg合金金5A02、5A03、5A05、5052、5052、5058和5086。Al-Mg-SSi合金6A02、6061和6063。這里僅列出12200、3004、5A03和6A02四個(gè)典型牌牌號(hào)鋁及鋁合合金化學(xué)成分分，見表6-19，其板材的的力學(xué)性能見見表6-20。其它牌號(hào)號(hào)鋁及鋁合金金化學(xué)成分和和力學(xué)性能，可可查閱相關(guān)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。表6-19四四個(gè)典型牌號(hào)號(hào)鋁及鋁合金金的主要化學(xué)學(xué)成分牌號(hào)化學(xué)成分分*（%）新舊SiFeCuMnMgCrNiZnTiAl其它備注1200L5Si+Fe：11..00.050.05---0.100.15余量0.05工業(yè)純鋁3004-0.300.70.251.0～1.550.8～1.33--0.250.10余量0.15鋁錳合金5A03LF30.5～0.880.50.100.3～0.663.2～3.880.200.15余量0.10鋁鎂合金6A02LD20.5～1.220.50.2～0.66或Cr0.115～～0.350.45～0..990.200.15余量0.10鋁鎂硅合金*：表中單值為為最大值。表6-20四個(gè)個(gè)典型牌號(hào)鋁鋁板的力學(xué)性性能牌號(hào)狀態(tài)板厚(mm)σb（MPa）σP0..22*（MPa）1200O0.8～10..007525H112＞4.5～6..59550＞6.5～122.559050＞12.5～550..08535＞50.0～880..080253004O≤10.0150605A03O0.5～4.55195100H112＞4.5～100.0018580＞10.0～225..017570165606A02T40.5～4.55195100＞4.5～100.0017590T6＞0.5～100.00296230*：鋁及鋁合金金沒有明顯的的屈服限，代代之以非比例例伸長應(yīng)力，符符號(hào)為σP0...2（三）鋁及鋁合合金的焊接工工藝鋁及鋁合金的焊焊接特點(diǎn)(1)鋁在空空氣中及焊接接時(shí)極易氧化化，生成的氧氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)高、非非常穩(wěn)定，不不易去除。阻阻礙母材的熔熔化和熔合，氧氧化膜的比重重大，不易浮浮出表面，易易生成夾渣、未未熔合、未焊焊透等缺欠。鋁鋁材的表面氧氧化膜和吸附附大量的水分分，易使焊縫縫產(chǎn)生氣孔。焊焊接前應(yīng)采用用化學(xué)或機(jī)械械方法進(jìn)行嚴(yán)嚴(yán)格表面清理理，清除其表表面氧化膜。在在焊接過程加加強(qiáng)保護(hù)，防防止其氧化。鎢鎢極氬弧焊時(shí)時(shí)，選用交流流電源，通過過“陰極清理”作用，去除除氧化膜。氣氣焊時(shí)，采用用去除氧化膜膜的焊劑。在在厚板焊接時(shí)時(shí)，可加大焊焊接熱量，例例如，氦弧熱熱量大，利用用氦氣或氬氦氦混合氣體保保護(hù)，或者采采用大規(guī)范的的熔化極氣體體保護(hù)焊，在在直流正接情情況下，可不不需要“陰極清理”。（2）鋁及鋁合合金的熱導(dǎo)率率和比熱容均均約為碳素鋼鋼和低合金鋼鋼的兩倍多。鋁鋁的熱導(dǎo)率則則是奧氏體不不銹鋼的十幾幾倍。在焊接接過程中，大大量的熱量能能被迅速傳導(dǎo)導(dǎo)到基體金屬屬內(nèi)部，因而而焊接鋁及鋁鋁合金時(shí)，能能量除消耗于于熔化金屬熔熔池外，還要要有更多的熱熱量無謂消耗耗于金屬其他他部位，這種種無用能量的的消耗要比鋼鋼的焊接更為為顯著，為了了獲得高質(zhì)量量的焊接接頭頭，應(yīng)當(dāng)盡量量采用能量集集中、功率大大的能源，有有時(shí)也可采用用預(yù)熱等工藝藝措施。（3）鋁及鋁合合金的線膨脹脹系數(shù)約為碳碳素鋼和低合合金鋼的兩倍倍。鋁凝固時(shí)時(shí)的體積收縮縮率較大，焊焊件的變形和和應(yīng)力較大，因因此，需采取取預(yù)防焊接變變形的措施。鋁鋁焊接熔池凝凝固時(shí)容易產(chǎn)產(chǎn)生縮孔、縮縮松、熱裂紋紋及較高的內(nèi)內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)產(chǎn)中可采用調(diào)調(diào)整焊絲成分分與焊接工藝藝的措施防止止熱裂紋的產(chǎn)產(chǎn)生。在耐蝕蝕性允許的情情況下，可采采用鋁硅合金金焊絲焊接除除鋁鎂合金之之外的鋁合金金。在鋁硅合合金中含硅0.5％時(shí)熱裂傾傾向較大，隨隨著硅含量增增加，合金結(jié)結(jié)晶溫度范圍圍變小，流動(dòng)動(dòng)性顯著提高高，收縮率下下降，熱裂傾傾向也相應(yīng)減減小。根據(jù)生生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)當(dāng)含硅5％～6％時(shí)可不產(chǎn)產(chǎn)生熱裂，因因而采用SAlSi條(硅含量4．5％～6％)焊絲會(huì)有更更好的抗裂性性。（4）鋁對光、熱熱的反射能力力較強(qiáng)，固、液液轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，沒沒有明顯的色色澤變化，焊焊接操作時(shí)判判斷難。高溫溫鋁強(qiáng)度很低低，支撐熔池池困難，容易易焊穿。（5）鋁及鋁合合金在液態(tài)能能溶解大量的的氫，固態(tài)幾幾乎不溶解氫氫。在焊接熔熔池凝固和快快速冷卻的過過程中，氫來來不及溢出，極極易形成氫氣氣孔?；≈鶜鈿夥罩械乃址帧⒑附硬牧狭霞澳覆谋砻婷嫜趸の礁降乃?，都都是焊縫中氫氫氣的重要來來源。因此，對對氫的來源要要嚴(yán)格控制，以以防止氣孔的的形成。（6）合金元素素易蒸發(fā)、燒燒損，使焊縫縫性能下降。（7）母材基體體金屬如為變變形強(qiáng)化或固固溶時(shí)效強(qiáng)化化時(shí)，焊接熱熱會(huì)使熱影響響區(qū)的強(qiáng)度下下降。（8）鋁為面面心立方晶格格，沒有同素素異構(gòu)體，加加熱與冷卻過過程中沒有相相變，焊縫晶晶粒易粗大，不不能通過相變變來細(xì)化晶粒粒。2.焊接方法法幾乎各種焊焊接方法都可可以用于焊接接鋁及鋁合金金，但是鋁及及鋁合金對各各種焊接方法法的適應(yīng)性不不同，各種焊焊接方法有其其各自的應(yīng)用用場合。氣焊焊和焊條電弧弧焊方法，設(shè)設(shè)備簡單、操操作方便。氣氣焊可用于對對焊接質(zhì)量要要求不高的鋁鋁薄板及鑄件件的補(bǔ)焊。焊焊條電弧焊可可用于鋁合金金鑄件的補(bǔ)焊焊。氣體保護(hù)護(hù)焊（鎢極或或熔化極）方方法是應(yīng)用最最廣泛的鋁及及鋁合金焊接接方法。鋁及及鋁合金薄板板可采用鎢極極交流氬弧焊焊或鎢極脈沖沖氬弧焊。鋁鋁及鋁合金厚厚板可采用鎢鎢極直流氦弧弧焊、氬氦混混合鎢極氣體體保護(hù)焊、熔熔化極氬弧焊焊（直流反接接）、熔化極極氦弧焊和氬氬氦混合熔化化極氣體保護(hù)護(hù)焊。3.焊接材料（1）焊絲鋁鋁及鋁合金焊焊絲的選用除除考慮良好的的焊接工藝性性能外，按容容器要求應(yīng)使使對接接頭的的抗拉強(qiáng)度、塑塑性(通過彎曲試試驗(yàn))達(dá)到規(guī)定要要求，對含鎂鎂量超過3％的鋁鎂合合金應(yīng)滿足沖沖擊韌性的要要求，對有耐耐蝕要求的容容器，焊接接接頭的耐蝕性性還應(yīng)達(dá)到或或接近母材的的水平。因而而焊絲的選用用主要按照下下列原則：1）純鋁焊絲的的純度一般不不低于母材；；2）鋁合金焊絲絲的化學(xué)成分分一般與母材材相應(yīng)或相近近；3）鋁合金焊絲絲中的耐蝕元元素(鎂、錳、硅硅等)的含量一般般不低于母材材；4）異種鋁材焊焊接時(shí)應(yīng)按耐耐蝕較高、強(qiáng)強(qiáng)度高的母材材選擇焊絲；；5）不要求耐蝕蝕性的高強(qiáng)度度鋁合金(熱處理強(qiáng)化化鋁合金)可采用異種種成分的焊絲絲，如抗裂性性好的鋁硅合合金焊絲SAlSi一1等(注意強(qiáng)度可可能低于母材材)。常用鋁材推薦選選用的焊絲牌牌號(hào)見表6-21，不同類別別鋁材相焊推推薦選用焊絲絲牌號(hào)見表6-22。表6-21常常用鋁材推薦薦選用的焊絲絲牌號(hào)同牌號(hào)鋁材相焊焊氣焊、鎢極氣體體保保護(hù)焊、熔熔化化極氣體保保護(hù)護(hù)焊、等離離子子弧焊用焊焊絲絲同牌號(hào)鋁材相焊焊氣焊、鎢極氣體體保保護(hù)焊、熔化極氣體體保護(hù)焊、等等等離子弧焊焊用用焊絲1A85SAl35A05SAlMg-551050ASAl-35052SAlMg-111060SAl-35083SAlMg-331200SAl-l5086SAlMg-332014SAlSi-115454SAlMg-113003SAlMn6A02SAlSi-ll3004SAlMn6063SAlSi-115A02SAlMg-ll6061SAlMg-11，SAlMgg-5，SAlSii-15A03SAIMg-22表6-22不不同類別鋁材材相焊推薦選選用焊絲牌號(hào)號(hào)不同類別鋁材鎢極氣體保護(hù)焊焊、熔化極氣體體保護(hù)焊、等離子弧焊焊用焊絲純鋁與鋁錳合金金相相焊SAlMn純鋁、鋁錳合金金與與5A02、5052相焊SAlMg-11、SAIMgg-5純鋁、鋁錳合金金與與5A03相焊SAlMg-22純鋁、鋁錳合金金與與5083、5086相焊SAlMg-33純鋁、鋁錳合金金與與5A05、5A06相焊SAlMg-55純鋁、鋁錳合金金、鋁鋁鎂合金與2014、6A02、6061、6063相焊SAlSi-11（2）保護(hù)氣體體保護(hù)氣體為為氬氣、氦氣氣或其混合氣氣。交流加高高頻TIG焊時(shí)，采用用大于99．9％純氬氣，直直流正極性焊焊接宜用氦氣氣。MIG焊時(shí)，板厚<25mmm時(shí)宜用氬氣氣；板厚25mm～50mm時(shí)氬氣中宜宜添加10％～35％的氦氣；；板厚50mm--75mm時(shí)氬氣中宜宜添加l0％～35％或50％的氦氣；；當(dāng)板厚>75mmm時(shí)推薦采用用添加50％～75％氦氣的氬氬氣。氬氣應(yīng)應(yīng)符合GB／T48442?9955《純氬》的的要求。氬氣氣瓶壓低于0.5MMPa后壓力不足足，不能使用用。(3)鎢極氬氬弧焊用的鎢鎢極材料有純純鎢、釷鎢、鈰鈰鎢、鋯鎢四四種。純鎢極極的熔點(diǎn)和沸沸點(diǎn)高，不易易熔化揮發(fā)，電電極燒損及尖尖端的污染較較少，但電子子發(fā)射能力較較差。在純鎢鎢中加入1％～2％氧化釷的的電極為釷鎢鎢極，電子發(fā)發(fā)射能力強(qiáng)，允允許的電流密密度高，電弧弧燃燒較穩(wěn)定定，但釷元素素具有一定的的放射性，使使用時(shí)應(yīng)采取取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)護(hù)措施。在純純鎢中加入1.8％～2.2％的氧化鈰(雜質(zhì)≤0.1％)的電極為鈰鈰鎢極。鈰鎢鎢極電子逸出出功低，化學(xué)學(xué)穩(wěn)定性高，允允許電流密度度大，無放射射性，是目前前普遍采用的的電極。鋯鎢鎢極可防止電電極污染基體體金屬，尖端端易保持半球球形，適用于于交流焊接。（4）焊劑氣氣焊用焊劑為為鉀、鈉、鋰鋰、鈣等元素素的氯化物和和氟化物，可可去除氧化膜膜。4.焊前準(zhǔn)備備(1)焊前清理理鋁及鋁合金金焊接時(shí)，焊焊前應(yīng)嚴(yán)格清清除工件焊口口及焊絲表面面的氧化膜和和油污，清除除質(zhì)量直接影影響焊接工藝藝與接頭質(zhì)量量，如焊縫氣氣孔產(chǎn)生的傾傾向和力學(xué)性性能等。常采采用化學(xué)清洗洗和機(jī)械清理理兩種方法。1）化學(xué)清洗化學(xué)清洗效效率高，質(zhì)量量穩(wěn)定，適用用于清理焊絲絲及尺寸不大大、成批生產(chǎn)產(chǎn)的工件。可可用浸洗法和和擦洗法兩種種?？捎帽?、汽油、煤煤油等有機(jī)溶溶劑表面去油油，用40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液堿洗3min～7minn(純鋁時(shí)間稍稍長但不超過過20miin)，流動(dòng)清水水沖洗，接著著用室溫至60℃的30％HNO3溶液酸洗1min～3min，流動(dòng)清水水沖洗，風(fēng)干干或低溫干燥燥。2）機(jī)械清理在工件尺寸寸較大、生產(chǎn)產(chǎn)周期較長、多多層焊或化學(xué)學(xué)清洗后又沾沾污時(shí)，常采采用機(jī)械清理理。先用丙酮酮、汽油等有有機(jī)溶劑擦試試表面以除油油，隨后直接接用直徑為0.15mm～0.2mmm的銅絲刷或或不銹鋼絲刷刷子刷，刷到到露出金屬光光澤為止。一一般不宜用砂砂輪或普通砂砂紙打磨，以以免砂粒留在在金屬表面，焊焊接時(shí)進(jìn)入熔熔池產(chǎn)生夾渣渣等缺陷。另另外也可用刮刮刀、銼刀等等清理待焊表表面。工件和焊絲經(jīng)過過清洗和清理理后，在存放放過程中會(huì)重重新產(chǎn)生氧化化膜，特別是是在潮濕環(huán)境境下，在被酸酸、堿等蒸氣氣污染的環(huán)境境中，氧化膜膜成長得更快快。因此，工工件和焊絲清清洗和清理后后到焊接前的的存放時(shí)間應(yīng)應(yīng)盡量縮短，在在氣候潮濕的的情況下，一一般應(yīng)在清理理后4h內(nèi)施焊。清清理后如存放放時(shí)間過長(如超過24h)應(yīng)當(dāng)重新處處理。(2)墊板鋁鋁及鋁合金在在高溫時(shí)強(qiáng)度度很低，液態(tài)態(tài)鋁的流動(dòng)性性能好，在焊焊接時(shí)焊縫金金屬容易產(chǎn)生生下塌現(xiàn)象。為為了保證焊透透而又不致塌塌陷，焊接時(shí)時(shí)常采用墊板板來托住熔池池及附近金屬屬。墊板可采采用石墨板、不不銹鋼板或碳碳素鋼板等。墊墊板表面開一一個(gè)圓弧形槽槽，以保證焊焊縫反面成型型。也可以不不加墊板單面面焊雙