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如何焊接鋁材料
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焊接方法
幾乎各種焊接方法都可以用于焊接鋁及鋁合金,但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同,各種焊接方法有其各自的應用場合。氣焊和焊條電弧焊方法,設備簡單、操作方便。氣焊可用于對焊接質量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊。焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊(TIG或MIG)方法是應用zui廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越來越廣泛(氬氣或氬/氦混合氣)
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,按容器要求應使對接接頭的抗拉強度、塑性(通過彎曲試驗)達到規(guī)定要求,對含鎂量超過3%的鋁鎂合金應滿足沖擊韌性的要求,對有耐蝕要求的容器,焊接接頭的耐蝕性還應達到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則
1)純鋁焊絲的純度一般不低于母材;
2)鋁合金焊絲的化學成分一般與母材相應或相近;
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)異種鋁材焊接時應按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲;
5)不要求耐蝕性的高強度鋁合金(熱處理強化鋁合金)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(注重強度可能低于母材)。
(2)保護氣體
保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時,采用大于99.9%純氬氣,直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時,板厚%26lt;25 mm時宜用氬氣;板厚25 mm~50 mm時氬氣中宜添加10%~35%的氦氣;板厚50mm-75mm時氬氣中宜添加l0%~35%或50%的氦氣;當板厚%26gt;75 mm時推薦采用添加50%~75%氦氣的氬氣。氬氣應符合GB/T 4842?995《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。純鎢極的熔點和沸點高,不易熔化揮發(fā),電極燒損及的污染較少,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,答應的電流密度高,電弧燃燒較穩(wěn)定,但釷元素具有一定的放射性,使用時應采取適當?shù)姆雷o措施。在純鎢中加入1.8%~2.2%的氧化鈰(雜質≤0.1%)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低,化學穩(wěn)定性高,答應電流密度大,無放射性,是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬,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。
焊前預備
(1)焊前清理
鋁及鋁合金焊接時,焊前應嚴格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污,清除質量直接影響焊接工藝與接頭質量,如焊縫氣孔產生的傾向和力學性能等。常采用化學清洗和機械清理兩種方法。
1)化學清洗
化學清洗效率高,質量穩(wěn)定,適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產的工件??捎媒捶ê筒料捶▋煞N??捎帽?、汽油、煤油等有機溶劑表面去油,用40℃~70℃的5%~10%NaOH溶液堿洗3 min~7 min(純鋁時間稍長但不超過20 min),流動清水沖洗,接著用室溫至60℃的30%HNO3溶液酸洗1 min~3 min,流動清水沖洗,風干或低溫干燥。
2)機械清理
在工件尺寸較大、生產周期較長、多層焊或化學清洗后又沾污時,常采用機械清理。先用丙酮、汽油等有機溶劑擦試表面以除油,隨后直接用直徑為0.15mm~0.2mm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,焊接時進入熔池產生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。
工件和焊絲經過清洗和清理后,在存放過程中會重新產生氧化膜,非凡是在潮濕環(huán)境下,在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中,氧化膜成長得更快。因此,工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時間應盡量縮短,在氣候潮濕的情況下,一般應在清理后4 h內施焊。清理后如存放時間過長(如超過24 h)應當重新處理。
(2)墊板
鋁及鋁合金在高溫時強度很低,液態(tài)鋁的流動性能好,在焊接時焊縫金屬輕易產生下塌現(xiàn)象。為了保證焊透而又不致塌陷,焊接時常采用墊板來托住熔池及四周金屬。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電弧施焊能量嚴格自動反饋控制等*工藝措施。
(3)焊前預熱 薄、小鋁件一般不用預熱,厚度10 mm~15 mm時可進行焊前預熱,根據(jù)不同類型的鋁合金預熱溫度可為100℃~200℃,可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。
5.焊后
焊后清理
焊后留在焊縫及四周的殘存焊劑和焊渣等會破壞鋁表面的鈍化膜,有時還會腐蝕鋁件,應清理干凈。外形簡單、要求一般的工件可以用熱水沖刷或蒸氣吹刷等簡單方法清理。要求高而外形復雜的鋁件,在熱水中用硬毛刷刷洗后,再在60℃~80℃左右、濃度為2%~3%的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗5 min~10 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。假如所用鋁材在容器接觸的介質條件下確有明顯的應力腐蝕敏感性,需要通過焊后熱處理以消除較高的焊接應力,來使容器上的應力降低到產生應力腐蝕開裂的臨界應力以下,這時應由容器設計文件提出非凡要求,才進行焊后消除應力熱處理。如需焊后退火熱處理,對于純鋁、5052、5086、5154、5454、02、03、06等,推薦溫度為345℃;對于2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等,推薦溫度為415℃;對于2017、2A11、6A02等,推薦溫度為360℃,根據(jù)工件大小與要求,退火溫度可正向或負向各調20℃~30℃,保溫時間可在0.5 h~2 h之間
鋁及鋁合金的焊接特點
(1)鋁在空氣中及焊接時極易氧化,生成的氧化鋁(Al2O3)熔點高、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,易使焊縫產生氣孔。焊接前應采用化學或機械方法進行嚴格表面清理,清除其表面氧化膜。在焊接過程加強保護,防止其氧化。鎢極氬弧焊時,選用交流電源,通過“陰極清理”作用,去除氧化膜。氣焊時,采用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時,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,或者采用大規(guī)范的熔化極氣體保護焊,在直流正接情況下,可不需要“陰極清理”。
(2)鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導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到基體金屬內部,因而焊接鋁及鋁合金時,能量除消耗于熔化金屬熔池外,還要有更多的熱量無謂消耗于金屬其他部位,這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著,為了獲得高質量的焊接接頭,應當盡量采用能量集中、功率大的能源,有時也可采用預熱等工藝措施。
(3)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。鋁凝固時的體積收縮率較大,焊件的變形和應力較大,因此,需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時輕易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產中可采用調整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產生。在耐蝕性答應的情況下,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%時熱裂傾向較大,隨著硅含量增加,合金結晶溫度范圍變小,流動性顯著提高,收縮率下降,熱裂傾向也相應減小。根據(jù)生產經驗,當含硅5%~6%時可不產生熱裂,因而采用SAlSi條(硅含量4.5%~6%)焊絲會有更好的抗裂性。
(4)鋁對光、熱的反射能力較強,固、液轉態(tài)時,沒有明顯的色澤變化,焊接操作時判定難。高溫鋁強度很低,支撐熔池困難,輕易焊穿
(5)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,都是焊縫中氫氣的重要來源。因此,對氫的來源要嚴格控制,以防止氣孔的形成。
(6)合金元素易蒸發(fā)、燒損,使焊縫性能下降。
(7)母材基體金屬如為變形強化或固溶時效強化時,焊接熱會使熱影響區(qū)的強度下降。
(8) 鋁為面心立方晶格,沒有同素異構體,加熱與冷卻過程中沒有相變,焊縫晶粒易粗大,不能通過相變來細化晶粒。