鋁合金和不銹鋼焊接工藝

關(guān)于鋁合金和不銹鋼焊接工藝引言這次我們主要說兩個方面：1、不銹鋼的概述與焊接2、鋁合金的概述與焊接第2頁,共31頁，2024年2月25日，星期天1、什么是不銹鋼不銹鋼（StainlessSteel）指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼，又稱不銹耐酸鋼。實(shí)際應(yīng)用中，常將耐弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異，前者不一定耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而后者則一般均具有不銹性。第3頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2、不同金屬形成焊接連接的可能性

兩種不同材料能否直接形成焊接連接，決定于構(gòu)成該兩種材料的原子或分子之間的相互作用的強(qiáng)弱。人們可以根據(jù)兩種合金中的主要元素配對的相圖來考慮。一般說來，在液態(tài)和固態(tài)都形成無限互溶的兩種金屬之間，能夠便利的形成性能良好的焊接連接。

第4頁,共31頁，2024年2月25日，星期天3、不銹鋼焊接前的準(zhǔn)備常用不銹鋼表面處理技術(shù)有以下幾種處理方法：1、表面本色白化處理；2、表面鏡面光亮處理；3、表面著色處理。

第5頁,共31頁，2024年2月25日，星期天4、表面本色白化處理不銹鋼在加工過程中，經(jīng)過卷板、扎邊、焊接或者經(jīng)過人工表面火烤加溫處理，產(chǎn)生黑色氧化皮。以前一般采用氫氟酸和硝酸進(jìn)行強(qiáng)腐蝕方法去除。但這種方法成本大，污染環(huán)境，對人體有害，腐蝕性較大，逐漸被淘汰。目前對氧化皮處理方法主要有二種：

（1）噴砂（丸）法：主要是采用噴微玻璃珠的方法，除去表面的黑色氧化皮。

（2）化學(xué)法：使用一種無污染的酸洗鈍化膏和常溫?zé)o毒害的帶有無機(jī)添加劑的清洗液進(jìn)行浸洗。從而達(dá)到不銹鋼本色的白化處理目的。處理好后基本上看上去是一無光的色澤。這種方法對大型、復(fù)雜產(chǎn)品較適用。第6頁,共31頁，2024年2月25日，星期天5、不銹鋼表面鏡面光亮處理方法

項目方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用產(chǎn)品備注機(jī)械拋光整平性好，光亮勞動強(qiáng)度大，污染嚴(yán)重復(fù)，雜件難加工，光澤下降，投資及成本較高簡單工件，中、小產(chǎn)品，復(fù)雜件無法加工整個產(chǎn)品澤

達(dá)不到一致，光澤保持時間不長化學(xué)拋光投資少，復(fù)雜件能拋，效率高，

速度快光亮度不足，拋光液要加溫，有氣體溢出，需要通

風(fēng)設(shè)備復(fù)雜產(chǎn)品，光亮度要求不高的產(chǎn)品可選用小批量加工較合算電化學(xué)拋光達(dá)鏡面光澤，長

期保持，工藝穩(wěn)定，

污染少，成本低，防污染性好一次性投資大，復(fù)雜件要

裝工裝，輔助電極，大量生產(chǎn)要降溫高擋中小件產(chǎn)品，要求長時間保持鏡面光亮產(chǎn)品工藝穩(wěn)定，易操作，

可廣泛推廣使用第7頁,共31頁，2024年2月25日，星期天6、表面著色處理不銹鋼著色不僅賦予不銹鋼制品各種顏色，增加產(chǎn)品的花色品種，而且提高產(chǎn)品耐磨性和耐腐蝕性。不銹鋼著色方法有如下幾種：1、化學(xué)氧化著色法；2、電化學(xué)氧化著色法；3、離子沉積氧化物著色法；4、高溫氧化著色法；5、氣相裂解著色法。第8頁,共31頁，2024年2月25日，星期天7、表面著色處理各種方法簡單概況

1、化學(xué)氧化著色法就是在特定溶液中，通過化學(xué)氧化形成膜的顏色，有重鉻酸鹽法混合鈉鹽法、硫化法、酸性氧化法和堿性氧化法。一般“茵科法”（INCO）使用較多，不過要想保證一批產(chǎn)品色澤一致的話，必須用參比電極來控制。2、電化學(xué)著色法

是在特定溶液中，通過電化學(xué)氧化形成膜的顏色。3、離子沉積氧化物著色法化學(xué)法

就是將不銹鋼工件放在真空鍍膜機(jī)中進(jìn)行真空蒸發(fā)鍍。例如：鍍鈦金的手表殼、手表帶，一般是金黃色。這種方法適用于大批量產(chǎn)品加工。因為投資大，成本高，小批量產(chǎn)品不合算。4、高溫氧化著色法

是在特定的熔鹽中，浸入工件保持在一定的工藝參數(shù)，使工件形成一定厚度氧化膜，而呈現(xiàn)出各種不同色澤。5、氣相裂解著色法

氣相裂解著色法較為復(fù)雜，在工業(yè)中應(yīng)用較少。第9頁,共31頁，2024年2月25日，星期天8、不銹鋼焊接有幾種方法

常用不銹鋼焊接方法對不銹鋼最常用的焊接方法是手工焊（MMA），其次是金屬極氣體保護(hù)焊（MIG/MAG）和鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）。雖然這些焊接方法對不銹鋼工業(yè)的大多數(shù)人而言是熟悉的，但是我們認(rèn)為這個領(lǐng)域值得深入探討。

第10頁,共31頁，2024年2月25日，星期天8.1、手工焊（MMA）

手工焊是一種非常普遍的、易于使用的焊接方法。電弧的長度靠人的手進(jìn)行調(diào)節(jié)，它決定于電焊條和工件之間縫隙的大小。同時，當(dāng)作為電弧載體時，電焊條也是焊縫填充材料。第11頁,共31頁，2024年2月25日，星期天這種焊接方法很簡單，可以用來焊接幾乎所有材料。對于室外使用，它有很好的適應(yīng)性，即使在水下使用也沒問題。大多數(shù)電焊機(jī)可以TIG焊接.在電極焊中，電弧長度決定于人的手：當(dāng)你改變電極與工件的縫隙時，你也改變了電弧的長度。在大多數(shù)情況下，焊接采用直流電，電極既作為電弧載體，同時也作為焊縫填充材料。電極由合金或非合金金屬芯絲和焊條藥皮組成。這層藥皮保護(hù)焊縫不受空氣的侵害，同時穩(wěn)定電弧。它還引起渣層的形成，保護(hù)焊縫使它成型。電焊條即可是鈦型焊條，也可是緘性的，這決定于藥皮的厚度和成分。鈦型焊條易于焊接，焊縫扁平美觀。此外，焊渣易于去除。如果焊條貯存時間長，必須重新烘烤。因為來自空氣的潮氣會很快在焊條中積聚。第12頁,共31頁，2024年2月25日，星期天8.2、MIG/MAG焊接

這是一種自動氣體保護(hù)電弧焊接方法。在這種方法中，電弧在保護(hù)氣體屏蔽下在電流載體金屬絲和工件之間燒接。機(jī)器送入的金屬絲作為焊條，在自身電弧下融化。由于MIG/MAG焊接法的通用性和特殊性的優(yōu)點(diǎn)，至今她仍然是世界上最為廣泛的焊接方法。它使用于鋼、非合金鋼、低合金鋼和高合金為基的材料。這使得它成為理想的生產(chǎn)和修復(fù)的焊接方法。當(dāng)焊接鋼時，MAG可以滿足只有0.6mm厚的薄規(guī)格鋼板的要求。這里使用的保護(hù)氣體是活性氣體，如二氧化碳或混合氣體。唯一的限制是當(dāng)進(jìn)行室外焊接時，必須保護(hù)工件不受潮，以保持氣體的效果。第13頁,共31頁，2024年2月25日，星期天8.3、TIG焊接

電弧在難熔的鎢電焊絲和工件之間產(chǎn)生.這里使用的保護(hù)氣體是純氬氣，送入的焊絲不帶電。焊絲既可以手送，也可以機(jī)械送。也有一些特定用途不需要送入焊絲。被焊接的材料決定了是采用直流電還是交流電。采用直流電時，鎢電焊絲設(shè)定為負(fù)極。因為它有很深的焊透能力，對于不同種類的鋼是很合適的，但對焊縫熔池沒有任何“清潔作用”。第14頁,共31頁，2024年2月25日，星期天TIG焊接法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以焊接大材料范圍廣。包括厚度在0.6mm及其以上的工件，材質(zhì)包括合金鋼、鋁、鎂、銅及其合金、灰口鑄鐵、普通干、各種青銅、鎳、銀、鈦和鉛.主要的應(yīng)用領(lǐng)域是焊接薄的和中等厚度的工件，在較厚的截面上作為焊根焊道使用。第15頁,共31頁，2024年2月25日，星期天8.4、TIG焊接圖第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天9、焊接過程中我們要注意的幾點(diǎn)1、預(yù)防不銹鋼熱裂紋的主要措施：（1）嚴(yán)格控制焊接縫中雜質(zhì)的含量，同時可在焊縫金屬中加入硅、鈦、鉬等。（2）宜采用小直徑焊條，小電流，快速焊和短弧焊；采用直流反接法，宜選用超低碳或能造成雙相組織的焊條或焊絲。2、不銹鋼用焊接夾具來控制焊接變形，當(dāng)簡體組裝后，用夾具撐住待焊區(qū)，先焊外縫，待焊縫區(qū)冷卻至室溫后卸下夾具，內(nèi)縫經(jīng)清根后再焊。第17頁,共31頁，2024年2月25日，星期天3、打底層采用“一點(diǎn)(或兩點(diǎn))”擊穿斷弧焊的操作手法，平均燃熄弧的頻率在80～90次／min。斷弧焊類似于無基值電流的脈沖焊法，平均熱輸入量小。熔池凝固快，減少過熱區(qū)域和晶粒長大傾向。且單面焊雙面成型難度大。采用“斷弧焊法較為容易控制熔池成型。當(dāng)前點(diǎn)熔池未完全結(jié)晶時，其偏析雜質(zhì)又被后續(xù)熔池所熔化，吹向熔渣，偏析雜質(zhì)較為彌散，斷口無宏觀缺陷。第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天4、選用小直徑焊條，小電流和小線能量的焊接規(guī)范參數(shù)。如板狀平焊打底層用2.5mm焊條。焊接電流f=70～80A；其余層次用3.2焊條。f=120～125A，焊接線能量控制在1OKJ/cm以下。5、當(dāng)更換焊條前，填滿弧坑，并將電孤引向坡口邊側(cè)，熄弧于坡口面上。對于出現(xiàn)的弧坑縮孔和夾雜物富集區(qū)?？捎媒窍蚰ス鈾C(jī)去除，將弧坑磨成緩坡形，確定無缺陷后，再燃弧接頭焊接。第19頁,共31頁，2024年2月25日，星期天6、焊道排列打亂結(jié)晶方向，使每條焊道的結(jié)晶中心偏離焊縫中心，避免了焊道中心雜質(zhì)偏析物的區(qū)域聚集。操作上焊條不擺動，窄焊道，快焊速，多層多道焊。每道焊縫金屬柱狀結(jié)晶細(xì)化，優(yōu)于寬焊層單道焊縫。7、每焊完一層(或一道)焊道，立即將試件置于水中冷卻。逐層逐道水淬，縮短焊接接頭的高溫停留時聞，減少過熱組織和晶粒粗化傾向；并縮短奧氏體不銹鋼在550~850度的敏化溫度區(qū)間，提高其耐晶間腐蝕性能。8、不銹鋼埋弧焊焊接工藝：焊接不銹鋼時只有適當(dāng)加快焊接速度，嚴(yán)格控制焊絲伸出長度。第20頁,共31頁，2024年2月25日，星期天10、什么是鋁合金以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。隨著近年來科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同時焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，因此鋁合金的焊接技術(shù)正成為研究的熱點(diǎn)之一。第21頁,共31頁，2024年2月25日，星期天11、鋁合金焊接概述

鋁合金材料，強(qiáng)度高和質(zhì)量輕量。主要焊接工藝為手工MIG焊和自動MIG焊，其母材、焊絲、保護(hù)氣體、焊接設(shè)備。第22頁,共31頁，2024年2月25日，星期天12、鋁合金焊接圖第23頁,共31頁，2024年2月25日，星期天13、焊絲的選用

對于6005A、6082、5083母材來說，選擇的焊絲牌號為5087/AlMg4.5MnZr，5087焊絲不僅抗裂性能好，抗氣孔性能優(yōu)越，而且強(qiáng)度性能也很好。對于焊絲規(guī)格的選擇，優(yōu)先選擇大直徑規(guī)格的焊絲。同樣的焊接填充量即同等重量的焊絲，大規(guī)格焊絲較小規(guī)格焊絲的表面積要小很多，因此，大規(guī)格焊絲較小規(guī)格焊絲的表面污染要少即氧化區(qū)域要小，焊接質(zhì)量更容易達(dá)到要求。另外大直徑焊絲的送絲過程更容易操作。對于8mm以下板厚的母材一般采用1.2mm直徑的焊絲，對于8mm及以上板厚的母材采用1.6mm直徑的焊絲。自動焊機(jī)采用。第24頁,共31頁，2024年2月25日，星期天14、保護(hù)氣體的選用

Ar100%的特點(diǎn)是電弧穩(wěn)定、引弧方便,對于8mm以下板厚的母材一般采用Ar100%進(jìn)行焊接。對于8mm及以上板厚的母材和氣孔要求高的焊縫，采用Ar70%+He30%進(jìn)行焊接。氦氣的特點(diǎn)在于：9倍于氬氣的導(dǎo)熱性，焊接速度更快，氣孔率減少，熔深增加。厚板焊接時，Ar100%和Ar70%+He30%的熔深狀況見圖1。氣體的流量選擇不是越大越好，流量過大會造成紊流，導(dǎo)致熔池保護(hù)不充分，空氣與熔敷金屬發(fā)生反應(yīng)，會改變焊縫組織，使性能下降，而且產(chǎn)生焊接氣孔的傾向增加。第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天15、坡口的處理

板厚在3mm以下的對接焊縫可不開坡口，只需在焊縫背面倒一0.5～1mm的角即可,這樣有利于氣體的排放和避免背面凹槽。背面是否倒角對焊縫的影響,鋁合金厚板的坡口角度較鋼板的要大。單邊坡口一般采用55°坡口，雙邊坡口采用每邊35°坡口。這樣可以使焊接的可達(dá)性提高,同時可降低未熔合缺陷的產(chǎn)生幾率。對于厚板T形接頭中的HV或HY接頭，要求填滿坡口外，再加一個角焊縫，使焊縫總尺寸S不小于板厚T。第26頁,共31頁，2024年2月25日，星期天16、焊前清理工作

焊接鋁合金需要最干凈的準(zhǔn)備工作,否則其抗腐蝕能力下降,而且容易產(chǎn)生氣孔。焊接鋁合金應(yīng)該與焊鋼的習(xí)慣徹底區(qū)分。焊鋼已經(jīng)用過的工具,嚴(yán)禁焊接鋁合金時使用。清理焊縫區(qū)域的氧化膜等雜質(zhì),盡可能使用不銹鋼刷或者用丙酮清洗。不能使用砂輪打磨,因為使用砂輪打磨只會使氧化膜熔合在焊材表面,而不會真正去除。而且如果使用硬質(zhì)砂輪,其中的雜質(zhì)會進(jìn)入焊縫,導(dǎo)致熱裂紋。此外,由于Al2O3膜在極短的時間內(nèi)又會重新生成和堆積,為了使氧化膜盡可能少地影響焊縫,清理完畢后應(yīng)立即施焊。第27頁,共31頁，2024年2月25日，星期天17、預(yù)熱溫度和層間溫度的控制

對與板厚超過8mm的厚板進(jìn)行焊接時,都要進(jìn)行焊前