鋁及鋁合金在現(xiàn)代工程技術(shù)所用的各種材料中占有舉足輕重的地位,它在世界年產(chǎn)量僅次于鋼鐵而居第二位,在有色金屬中則居位。如果說鋁合金初是在航空工業(yè)中嶄露頭角的話,那么近幾十年來,除航空工業(yè)外,在航天、汽車、船舶、橋梁、機械制造、電工、化學(xué)工業(yè)及低溫裝置中已大量應(yīng)用鋁及鋁合金,以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導(dǎo)線等。目前鋁合金焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣的是防銹鋁合金,即鋁鎂合金和鋁錳合金。
?保護氣體的選擇?
焊接時所用的保護氣體有惰性氣體氬氣(Ar)和氦氣(He),生產(chǎn)上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿足下列純度(體積分數(shù))要求:氬氣大于99.99%,氦氣小于0.04%,氧氣小于0.03%,水的質(zhì)量分數(shù)小于0.07%。目前國內(nèi)生產(chǎn)的氬氣,其純度一般能達到此要求,故在使用前不需再進行提純處理。
?鎢電極的選用?
氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點和沸點高,不容易熔化揮發(fā),但電子發(fā)射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質(zhì)量分數(shù)為1.0%~2.0%的氧化釷(Tho)電極稱為釷鎢極。它的電子發(fā)射能力強,允許的電流密度高,電弧燃燒穩(wěn)定。
?溶劑的選擇?
在氣焊、碳弧焊過程中,熔化的金屬表面極易氧化而形成氧化膜,為焊接質(zhì)量,用熔劑去除氧化膜及其他雜質(zhì)。氣焊、碳弧焊用的熔劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
?焊絲的選用?
在鋁合金材料的焊接過程中,鋁合金用焊絲的選用至關(guān)重要,選取前應(yīng)該了解以下內(nèi)容:
?是否所有的鋁合金材料都可用作焊接填充合金?
?是否所有的鋁合金都可以焊接?
?應(yīng)避免發(fā)生的缺陷有哪些?
?如何選擇焊接填充合金?
?選擇時應(yīng)當考慮的標準是什么?
?鋁合金系列需要了解?
選擇什么樣的焊絲?
一種母材可以用多種鋁合金焊材完成焊接 ,如5083-5083的焊接:可用 5356,5183,5556 等焊絲。但是每一種焊絲得到的焊接接頭可能只能在某一個性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時,主要應(yīng)考慮焊接件的終使用性能。整體來說,主要考察以下幾個性能指標:
總之,選擇鋁合金焊絲過程中,只有在對鋁件焊接及其應(yīng)用中的許多相關(guān)變量進行了充分分析后,才能選擇出合適的合金填料。
氣孔產(chǎn)生原因:鋁焊接氣孔主要是氫進入焊接熔池而形成的。氫來源有:材料、焊絲、保護氣體、送絲機構(gòu)、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等,如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機構(gòu)上有油污或汗?jié)n等。預(yù)防措施:
6.1.1材料及焊絲內(nèi)的含氫量≤0.4mL /100g;
6.1.2 被焊件表面應(yīng)去除油污及氧化膜,存放時間不超過4h。表面清理后應(yīng)用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側(cè);
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲,不然處理方法同上;
6.1.4 保護氣體內(nèi)雜質(zhì)含量:H2≤0.001%;O2≤0.02%;N2≤0.1%;H2O≤0.02%;
6.1.5保護氣體管路:一般采用不銹鋼管或銅管,軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管;焊前應(yīng)檢查冷卻水管道,確保不會漏水;當環(huán)境濕度很大時,應(yīng)對保護氣體進行加熱對管路進行吹掃;
6.1.6 送絲機構(gòu):不得有油污,送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍,并焊前清理管內(nèi)污染和冷凝水;
6.1.7現(xiàn)場環(huán)境:溫度不宜超過25℃,相對濕度不超過50%,保持環(huán)境清潔;
6.1.8焊工:工作服裝盡量是白色的,以便能及時發(fā)現(xiàn)和清理污染。焊時注意汗水和油漬不要再次污染焊件;
6.1.9 在焊前都應(yīng)在試板上試焊,以便檢查保護氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預(yù)防措施:用雙面焊代替單面焊;每道焊縫薄時比厚時有利于氣孔逸出;大直徑焊絲有利于減少氣孔;焊前預(yù)熱、焊后緩冷;降低電弧電壓、電流、降低焊接速度,有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因:材料焊接性較差;選擇焊絲時沒考慮抗裂性;結(jié)構(gòu)的拘束度過大。預(yù)防措施:
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應(yīng)考慮其抗裂性而不能只考慮強度;必要時可考慮對焊件進行退火后焊接,焊后再淬火時效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲,如含Si等低熔點元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度,合理安排焊接順序,讓焊縫能夠有橫向收縮余量,以減小焊接應(yīng)力。沒有必要定位焊的就不要焊定位焊,能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求:
1.封頭拼縫焊后應(yīng)進行RT,成形后再按規(guī)定RT或PT。
2.A、B類焊縫一般進行RT。
3.容器上的C、D類焊接接頭進行PT。
4.鋁材表面補焊焊縫進行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時固定連接焊縫拆除后的焊痕等進行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。
焊接要求:
1.持證焊工應(yīng)按焊接工藝文件和其它文件焊接。
2.在焊接環(huán)境出現(xiàn)下列情況之一時,應(yīng)采取有效防護措施,否則不準施焊:
1) 焊接環(huán)境不清潔,有灰塵、煙霧;
2) 焊接環(huán)境風速大于或等于1.5m/s;
3) 焊接環(huán)境相對濕度大于80%;
4) 下雨、下雪的室外作業(yè);
5) 焊接溫度低于5℃;
3.鋁材產(chǎn)品焊接設(shè)在的場地,場地應(yīng)鋪設(shè)橡膠或絨布;焊接時應(yīng)遠離通風口和門窗以避免影響氣體保護效果。
4.用手工鎢極氬弧焊焊接鋁材一般都使用交流,以便產(chǎn)生陰極霧化的作用;熔化極氬弧焊則用直流反接。當由于設(shè)備所限采用直流焊接時,焊縫表面一般有一層氧化膜甚至是黑灰,這時可用鋼絲刷或抹布擦去。對焊縫表面由于焊劑熔劑殘留物或氧化而形成的白色膜可用鋼絲刷或抹布醮熱水擦去。
5.焊前預(yù)熱:由于鋁材導(dǎo)熱性能很強,因此一般手工鎢極氬弧焊焊接大于10mm厚度時,焊前都應(yīng)預(yù)熱,但不超過100℃,焊時層間溫度也不超過100℃??梢暰唧w情況用火焰或遠紅外線板進行加熱。
6.在焊接過程中焊絲的填入點不應(yīng)位于電弧正下方,而應(yīng)位于熔池邊部,距電弧中心線約0.5~1.0mm處,焊絲填入點不得熔池表面或在電弧下橫向擺動,以避免影響母材熔化,破壞氣體保護而使金屬氧化;焊絲回撤時勿使焊絲未端露體保護區(qū)外,以免焊絲未端被氧化后再度送進時隨之帶入熔池。焊接時若鎢極碰到焊縫金屬應(yīng)立即停止焊接,用金屬磨頭清除污染,并修磨鎢極;無論焊前還是焊接過程中,都應(yīng)先切除焊絲端部已氧化的部分再焊。
7. 一條焊縫應(yīng)盡量一次焊完,不得已中途停焊后重新焊接時,應(yīng)重疊10~20 mm。多層焊縫在進行下一道焊縫前,對前道焊縫進行表面顏色檢查,只允許銀白色;并清除表面污染、夾渣等缺陷?;】討?yīng)填滿,接弧處應(yīng)熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法:收弧時勻速抬高電弧,同時加速填充焊絲,直至電弧熄滅,使熄弧處焊縫局部凸出,必要時打磨超標的余高。在焊機上有衰減裝置時,此熄弧方法效果更好。
8.A、B類接頭焊縫的余高、余高差及寬度差下表 mm:
焊縫位置
焊縫余高
焊縫余高差
焊縫寬度差
鎢極氬弧焊
熔化極氬弧焊
手工焊、半自動焊
自動焊、機械化焊
平焊
0~3
0~5
0~2
0~3
0~2
除平焊外的其他焊縫位置
0~4
0~5
0~3
0~3
0~2
9.接管與殼體的D類焊縫當殼體厚度≤12mm時,一般應(yīng)將殼體扳邊對接焊,扳邊高度為25~30mm。
10.C、D類接頭的焊縫厚度t,在圖樣上無其他規(guī)定時,應(yīng)不小于組成角焊縫兩邊構(gòu)件厚度δ1、δ2較小值的0.7倍,且不應(yīng)小于3mm,在一般情況下不超過10 mm(按下圖);在襯里或復(fù)合板復(fù)合采用蓋板搭接角焊縫時,蓋板厚度構(gòu)成了角焊縫的一側(cè)邊長度L2一般較薄,使得焊腳長度受到側(cè)邊長度的限制,當L2≤4mm時,應(yīng)要求t≥0.7 L2。
11.C、D類接頭的焊縫與母材應(yīng)呈圓滑過渡。
12.焊縫和熱影響區(qū)表面應(yīng)進行檢查,不得有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾渣和飛濺物等缺陷,焊縫外不應(yīng)有打弧點。
13.鋁材壓力容器焊縫表面不應(yīng)有咬邊。常壓容器焊縫表面的咬邊深度不應(yīng)大于0.5mm,咬邊連續(xù)長度不應(yīng)大于100mm,焊縫兩側(cè)咬邊的總長度不應(yīng)超過該焊縫長度的10%。
14.換熱器換熱管焊接順序:管板組裝(換熱管預(yù)留長度應(yīng)不少于4mm,以便后面的機加工);管端及管板清理;一端脹管;焊接一面管板;機加工未焊換熱管管端;脹管;管端及管板清理;焊接未焊一面的換熱管。焊接時層一般不加絲焊(層是否進行PT或氣密性檢測按規(guī)定),但其它層應(yīng)加絲焊。
15.鋁焊接應(yīng)注意坡口鈍邊較大,一般為2~6mm。對有墊板的接頭,鈍邊可適當減小。當鋁板較薄時,對接焊都應(yīng)考慮扳邊對接焊,如當≤3mm考慮扳邊和不加絲焊。鋁焊接可采用雙面同時焊,背面加絲或不加絲視具體情況而定。
焊前準備:
1.鋁材坡口加工應(yīng)采用機械方法(含剪切),如采用等離子火焰方法加工應(yīng)從變色部分機械加工去掉不少于3mm,加工后的坡口表面應(yīng)平整、光滑,不得有裂紋、分層、夾雜、毛刺、飛邊和氧化色。坡口表面應(yīng)呈銀白色的金屬光澤;必要時對坡口及兩側(cè)不少于50 mm范圍內(nèi)進行PT。
2.焊絲、坡口表面及其兩側(cè)不少于50 mm范圍內(nèi)進行表面清理(包括去表面氧化膜、鱗片、污染和不合格的氧化色)。打磨可用φ0.15~0.2不銹鋼絲盤刷、金屬磨頭(即電動銑刀)、手工盤銑機、銼刀(應(yīng)是鋁弧形銼刀)、刮刀和(沾的白布應(yīng)干凈,不要使用棉布或棉紗,以避免擦拭時帶出毛絨),但應(yīng)注意這些工具在使用前應(yīng)被清理干凈,清理時也應(yīng)注意不要把氧化膜以壓入母材內(nèi),因此清理時不要太用力;但不準用砂輪或普通砂紙打磨,因為鋁材很軟而導(dǎo)致砂粒留在鋁材里,焊后就易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。
3.對于外委熱加工的部件,如封頭等,原則上在進廠后應(yīng)對鋁材表面進行PT,必要時對不能確定的部位進行RT。
4.焊絲表面可用不銹鋼絲刷或干凈的油砂紙擦洗;對表面氧化皮較厚的焊絲在焊前打磨后還需要化學(xué)清理?;瘜W(xué)清理:用70℃、5%~10%的NaOH溶液浸泡0.5~3min左右后用清水沖洗,接著用15%左右的HNO3溶液在常溫下浸泡約1~2min后用溫水沖洗,再用手持式吹風機(不能用空氣壓縮機,因為空氣中有水和油)吹干再放入烘箱中100℃烘干即可使用。對鋁材也可參考此法。
5.清理干凈的焊絲和焊件應(yīng)保持清潔和干燥,不得用手觸摸和口吹焊接部位,焊工一般戴白色的焊工手套,不要因為怕麻煩而戴臟手套;焊前嚴禁污染,否則應(yīng)重新進行清理,局部污染可局部重新清理;好用白紙覆蓋在坡口用兩側(cè)。一般機械清理后應(yīng)立即焊接,如清理后4h之內(nèi)未焊,焊前就應(yīng)重新清理。
6.焊件裝配應(yīng)準確,如果裝配不良時,應(yīng)考慮換部件,而不得強行組對,以避免造成過大的應(yīng)力。在正式焊接前應(yīng)對坡口尺寸進行檢查,合格后方可施焊。
7.定位焊選用的焊絲及采取的工藝措施與焊接工藝相同。
8.焊件組對時在應(yīng)力集中處(如焊縫交叉處和工件上的轉(zhuǎn)角處等)盡量避免進行定位焊,定位焊縫長度和間距可按下表:(mm)
母材厚度
定位焊間距
每段定位焊縫長度
<3
3~6
>6
接管或法蘭
40~50
50~60
50~80
2~4點
4~6
5~10
10~12
每點3~8
9.定位焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷,否則清除重焊。重焊應(yīng)在附近區(qū)域進行,而不要在原處點焊;對接焊縫間隙在工藝沒規(guī)定時,可按2~4mm。
10.對于會熔入焊縫的定位焊縫焊透和清除其表面的氧化層(只允許銀白色),并使焊縫兩端平滑過渡以便于接弧,否則就應(yīng)修整。在冷態(tài)零件上施焊時,電弧應(yīng)在始焊稍作停留一下,待母材邊緣開始熔化時,再及時加絲焊接,以始焊點焊透。
11.焊接縱縫時,在焊件兩端放置引弧板和退弧板,引弧板和退弧板采用與被焊件相同牌號和厚度的鋁材。焊接環(huán)縫時盡量避免產(chǎn)生弧坑。
12.焊接過程中定位焊點開裂,造成板邊錯位或間隙變化,應(yīng)立即停止焊接,經(jīng)修復(fù)后才能繼續(xù)施焊。
13.在焊接過程中,應(yīng)先鋼絲刷清理上層焊縫表面的黑灰和氧化物。焊時注意處理火口,即收弧處。引弧可在離焊接始端10~20mm,再迅速回始端焊接,層采用直線焊接,為了獲得良好的成形,其它層焊時可以橫向擺動,并在兩側(cè)稍停一下,以便熔合。
14.鋁焊接變形和焊時易產(chǎn)生塌陷,因此在焊前應(yīng)有針對性地制作夾具和墊板。采用夾具時一般零件正都需要夾緊,并且夾具的剛性和夾緊力大小要適中,因為過小取不到控制變形作用,過大則焊縫拘束度太強易導(dǎo)致焊縫開裂,夾緊力按350Kg/100mm為宜。軟性鋁材夾具可為碳鋼或不銹鋼,可以減緩散熱;強化鋁材可用鋁材制造夾具,這樣可以加強散熱??v縫夾具可用琴鍵式,環(huán)縫可用液壓脹形夾具??v縫裝配時可適當間隙,以便焊后有收縮余地;環(huán)縫(包括圓形凸緣、法蘭等)則留些反向錯邊或扳邊,因為焊后凸緣會塌陷變形。墊板材料一般為不銹鋼或碳鋼,對要求不高的鋁材焊接可用石墨制作墊板。選擇墊板材料還應(yīng)考慮對焊縫冷卻速度的影響。當鋁板較厚或墊板裝配間隙較大時,可用粘土泥封住間隙,焊后去掉即可。墊板尺寸可按下圖:
材料及尺寸
A
B
C
不銹鋼或碳鋼
石 墨
基本的鋁合金知識和MIG 焊技巧
鋁合金越來越多的用于機械制造行業(yè). 隨之而來的是對鋁合金焊接的要求也越來越高。目前國外MIG 焊鋁的技術(shù)工藝日趨成熟, 主要用于全焊接鋁合金游輪、火車及汽車箱體、摩托車架、壓力容器、軌道交通、工作平臺及飛機等。
這里僅介紹基本的鋁合金知識和MIG焊技巧 (所有材料牌號參照AWS 標準)。
1.鋁合金分類及對應(yīng)焊材
1.1. 純鋁 (1xxx 系列), 可焊性很好, 對應(yīng)焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 鋁銅合金 (2xxx 系列), 可焊性較差, 對應(yīng)焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 鋁錳合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 對應(yīng)焊材: ER4043、ER5356
1.4. 鋁硅合金 (4xxx 系列), 一般用于制造焊絲 (4043、4047)
1.5. 鋁鎂合金 (5xxx 系列), 高強度, 可焊性很好, 對應(yīng)焊絲: ER5356、ER5183 等
1.6. 鋁鎂硅合金 (6xxx 系列), 應(yīng)用廣, 可焊性好, 對應(yīng)焊絲: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 鋁鋅合金 (7xxx 系列), 高強度, 用于飛機制造業(yè), 可焊性很差易裂, 對應(yīng)焊絲: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它鋁合金 (8xxx 系列), 可焊性很差
2.鋁合金MIG 焊對焊接設(shè)備的要求
2.1. 直流CV 焊接電源或脈沖電源
2.2. 送絲機構(gòu)及推拉式焊槍
2.3. 鋁焊接用導(dǎo)電嘴 (孔徑比碳鋼用稍大)
2.4. 連接電纜
2.5. Ar 及流量計 (也有Ar+He 混合氣)
3.焊前準備工作 (非常重要)
3.1. 清理工件待焊處油污 (擦拭)
3.2. 用不銹鋼絲刷或砂輪去除待焊處氧化膜 (至少20毫米范圍)
3.3. 如用水冷焊槍, 確保無漏水
3.4. 確保焊絲處于干凈無損壞狀態(tài)
3.5. 確保送絲輪, 送絲軟管處于良好狀態(tài)
4. 焊接參數(shù) (僅供參考)
4.1. 根據(jù)不同的材料和板厚選用不同型號的焊絲和直徑
4.2. 常用焊接規(guī)范:
4.2.1. 0.8 毫米焊絲 (板厚小于3毫米): WFS: 12-15m/min, I=70-130A, U=17-21V,焊速=600-1125mm/min
4.2.1. 0.9 毫米焊絲 (板厚小于5毫米): WFS: 10-12m/min, I=145-175A, U=20-22V,焊速=600-1125mm/min
4.2.3. 1.0 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 8-12m/min, I=150-200A, U=22-24.5V,焊速=600-1125mm/min
4.2.4.1.2 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 7.5-10m/min, I=190-220A, U=22-26V,焊速=600-800mm/min
4.2.5. 1.6 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 5-8m/min, I=240-330A, U=24-30V,焊速=400-800mm/min
4.3. 注:
4.3.1. 角焊比對接焊規(guī)范稍大, 立焊和仰焊規(guī)范比上述稍小
4.3.2. ER4043 (ER4XXX) 焊絲取下限值, ER5356 (ER5XXX) 取上限值
4.3.3. 保護氣流量: 10-20L/MIN, 仰焊時多一些, 用粗焊絲時多一些
4.3.4. 焊絲干伸長度: 12-15mm
4.3.5. 過渡方式: 噴射過渡 (Spray arc transfer)
4.3.6. 極性: DC+ (直流反接)
5. 操作技巧
5.1. 半自動焊時總是左焊法 (右焊時焊縫成型很差, 表面發(fā)黑, 易產(chǎn)生未熔合缺陷),收弧時回焊接10 毫米左右以消除弧坑裂紋
5.2. 立焊時總是立向上焊
5.3. 自動焊時焊槍與焊縫軸線在行走方向 (無論左右) 成95-100度角。
總之, MIG 焊鋁合金比焊一般鋼材難一些, 但是如果準備充分, 材料設(shè)備匹配, 操作方法得當, 就可以得到很好的效果。
鎳基合金焊絲焊接注意事項:
1、焊接處須油污、鐵銹、水份等表面雜質(zhì)。
2、焊接時,采用小線能量,建議采用較低的道間溫度。
3、所使用的氬氣的純度要在以上且氣體的流量控制要適當,通常焊接電流在100-200A時,氣體流量約為10-15L/min。
4、施焊時有適當?shù)脑O(shè)施,否則保護氣體易受風的影響而致氣體保護不良。使焊道劣化而發(fā)生氣孔。
5、適當選擇噴嘴及控制鎢電的恰當伸岀長度。
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