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中山市鋁及鋁合金的焊接方法

作者:創(chuàng)始人 日期:2022-08-18 人氣:43426

鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)

    
1)鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化,生成的氧化鋁(Al2O3)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(guò)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(guò)陰極清理作用,去除氧化膜。氣焊時(shí),采用去除氧化膜的焊劑。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

    
2)鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比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(guò)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。

    
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(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。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條(硅含量4.5%~6%)焊絲會(huì)有更好的抗裂性。

    
4)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。

    
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(guò)程中,氫來(lái)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(lái)源。因此,對(duì)氫的來(lái)源要嚴(yán)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(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。

    
8 鋁為面心立方晶格,沒有同素異構(gòu)體,加熱與冷卻過(guò)程中沒有相變,焊縫晶粒易粗大,不能通過(guò)相變來(lái)細(xì)化晶粒。

    2
.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。氣焊和焊條電弧焊方法,設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。氣焊可用于對(duì)焊接質(zhì)量要求不高的鋁薄板及鑄件的補(bǔ)焊。焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補(bǔ)焊。惰性氣體保護(hù)焊(TIGMIG)方法是應(yīng)用最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(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊、脈沖熔化極氣體保護(hù)焊。熔化極氣體保護(hù)焊、脈沖熔化極氣體保護(hù)焊應(yīng)用越來(lái)越廣泛(氬氣或氬/氦混合氣)

 

 

 

鋁及鋁合金管的焊接工藝

 概述  

鋁合金由于重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、無(wú)磁性、成形性好及低溫性能好等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50 %以上。因此,鋁及鋁合金除廣泛的應(yīng)用于航空、航天和電工等領(lǐng)域外,同時(shí)還越來(lái)越多的應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)。中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金(主要有:50835183、5A02相當(dāng)于舊牌號(hào)中的LF2、LF4)。但是鋁及鋁合金在焊接過(guò)程中,易出現(xiàn)氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問(wèn)題。此類材質(zhì)是被公認(rèn)為焊接難度較大的被焊接材料,特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此,解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。 


2鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)


2.1 易氧化  


鋁和氧的親和力很強(qiáng)。在常溫下,鋁表面就能被氧化成厚度約0.10.2 m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密,能防止金屬的繼續(xù)氧化,對(duì)自然防腐有利,但它給焊接帶來(lái)了困難,這是由于氧化鋁的熔點(diǎn)(2050)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鋁的熔點(diǎn)(600左右),比重約為鋁的1.4倍。在焊接過(guò)程中,會(huì)阻礙金屬之間的熔合,易形成夾渣,而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份,焊接時(shí)會(huì)促使焊縫生成氣孔。


2.2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容  


鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍,因此,焊接鋁材管時(shí),比鋼管焊接要消耗更多的熱量,為得到高質(zhì)量的焊接接頭,必需采用能量集中,功率大的熱源。 


2.3 易形成氫氣孔  


鋁及鋁合金的焊接氣孔主要?dú)錃饪住dX在液態(tài)時(shí)能大量吸收和溶解氫,在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g,而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g,前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大,在相同的焊接工藝條件下,其冷卻速度為鋼的47倍,使金屬結(jié)晶加快,焊接熔池在快速冷卻過(guò)程中,氫的溶解度急劇下降,此時(shí)析出大量過(guò)飽和氣體,氫氣來(lái)不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此,在焊接鋁材時(shí),焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。


2.4 易形成熱裂紋  


鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率比鋼大約一倍,易產(chǎn)生較大的焊接變形和應(yīng)力,加上某些雜質(zhì)或合金元素的不利影響,在剛性較大的接頭中將導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。


2.5 燒穿和塌陷  


鋁及鋁合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí).由于沒有明顯的顏色變化,所以,不易判斷熔池的溫度。焊接時(shí),常因溫度過(guò)高不易被察覺而導(dǎo)致燒穿或嚴(yán)重塌陷。 


焊前準(zhǔn)備 


3.1坡口加工采用機(jī)械加工法  加工后的坡口表面應(yīng)平整、無(wú)毛刺和飛邊。坡口的形式一般為V型,無(wú)鈍邊,坡口角度7075為宜。不同壁厚的對(duì)接焊應(yīng)有14O的過(guò)渡段。


3.2 焊前準(zhǔn)備  


焊前將焊絲、焊管坡口及其坡口內(nèi)外各3050mm范圍內(nèi)的油污和氧化膜清除掉,清除順序和方法如下:用丙酮或四氯化碳等有機(jī)溶劑去除表面油污,坡口內(nèi)外兩側(cè)清除范圍應(yīng)不小于50mm。清除油污后,焊絲采用化學(xué)法,坡口易采用機(jī)械法,試管也采用化學(xué)法清除表面氧化膜。機(jī)械方法,是坡口及其附近表面可用銼削、刮削、銑削或用0.2mm左右的不銹鋼絲刷清除至露出金屬光澤,兩側(cè)的清除范圍距坡口邊緣應(yīng)不小于30mm,使用的工具定期脫脂處理。化學(xué)法。是用約70 510%NaOH溶液浸泡3060秒后,或用常溫510%NaOH溶液浸泡3分鐘。接著用約15%HNO3(常溫)浸泡2分鐘左右后用溫水清洗?;蛴美渌疀_洗,再使其完全干燥。對(duì)已經(jīng)可靠表面處理、并未被氧化或受污染的焊絲,不再進(jìn)行上述處理可直接使用。清理好的坡口及焊絲,在焊前不應(yīng)再被玷污,若無(wú)有效的防護(hù)措施,應(yīng)在8小時(shí)內(nèi)施焊。否則應(yīng)重新進(jìn)行清理。管道組對(duì)時(shí),應(yīng)做到內(nèi)壁平齊,無(wú)毛刺、粒屑,其錯(cuò)邊量應(yīng)符合b≤0.5mm。內(nèi)部不加襯圈焊口,要求間隙盡可能等于零,特別是仰焊部位,管內(nèi)壁應(yīng)倒11.5mm的圓角。3.3焊機(jī)的注意事項(xiàng)及其它  焊機(jī)必須是交流TIG焊機(jī),具有陡降的外特性和足夠的電容量。并且有參數(shù)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活和安全可靠的使用性能,還應(yīng)具有引弧、穩(wěn)弧和消除直流分量裝置,焊機(jī)上電流、電壓表應(yīng)經(jīng)計(jì)量部門鑒定合格,焊機(jī)在使用前,先檢查接地是否完好,冷卻水路和氣路是否暢通,其各項(xiàng)功能須確保能正常工作。焊接場(chǎng)所應(yīng)保持清潔。除應(yīng)有防風(fēng)、防雨雪設(shè)施外,還應(yīng)保證焊接時(shí)的相對(duì)濕度≤80%,環(huán)境溫>5。  


焊接工藝


4.1焊接材料的選擇  焊絲原則上選擇與母材成分相同的鋁及鋁合金焊絲或板條。氬氣純度>99.95%,盡量選用大直徑焊絲。在Al-Mg系鋁合金的弧焊中,通常都是推薦使用CB-AMr2CB-AMr3、CB-AMr6CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條,對(duì)Al-Cu系鋁合金則推薦用0120101217。


4.2組對(duì)與點(diǎn)固焊  


由于鋁及鋁合金管導(dǎo)熱快、熔池結(jié)晶快,所以.組對(duì)時(shí)不留間隙、鈍邊,應(yīng)避免強(qiáng)制進(jìn)行,以減少焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力,定位焊縫長(zhǎng)度10-15mm為易。定位焊位置在管的7點(diǎn)、9點(diǎn)、12點(diǎn)處。定位焊焊縫常做為正式焊縫保留,因此發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。焊前對(duì)定位焊表面黑粉、氧化膜進(jìn)行清除,并將兩端修成緩坡型。焊件不需要預(yù)熱.焊前在試板上試焊,當(dāng)確認(rèn)無(wú)氣孔后再進(jìn)行正式焊接。采用高頻引弧,起弧點(diǎn)應(yīng)越過(guò)中心線20mm左右,并停留不動(dòng)約2-3秒,見圖1。然后在保證焊透的情況下,采用大電流、快速焊。焊絲不擺動(dòng),焊絲端部不應(yīng)離開氬氣保護(hù)區(qū)。如離開氬氣保護(hù)區(qū).焊絲端部應(yīng)剪掉。焊絲與焊縫表面的夾角宜在15O右。焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80O90O之間,如圖2。為增大氬氣保護(hù)區(qū)和增強(qiáng)保護(hù)效果,可采用大直徑焊槍瓷嘴,加大焊槍氬氣流量。當(dāng)噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著時(shí)。必須將飛濺物清除或更換噴嘴。當(dāng)鎢極端部出現(xiàn)污染,形狀不規(guī)則等現(xiàn)象時(shí).必須修整或更換。鎢極不宜伸出噴嘴外。焊接溫度的控制主要是焊接速度和焊接電流大小的控制。試驗(yàn)結(jié)果表明,大電流、快速焊能有效防止氣孔的產(chǎn)生。這主要是由于在焊接過(guò)程中以較快速度焊透焊縫,熔化金屬受熱時(shí)間短,吸收氣體的機(jī)會(huì)少。收弧時(shí),注意填滿弧坑,縮小溶池,避免產(chǎn)生縮孔,終點(diǎn)的結(jié)合處應(yīng)焊過(guò)20~30mm。?;『?,要延遲停氣6秒。可旋轉(zhuǎn)的鋁及鋁合金管對(duì)接平焊時(shí).焊炬應(yīng)處于稍帶上坡焊位置。這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時(shí)。可不填加焊絲。但以后的焊層需加焊絲。  


焊接檢驗(yàn)  


HGJ222--92《鋁及鋁合金焊接技術(shù)規(guī)范》對(duì)所有焊縫進(jìn)行表面和射線探傷檢查。


實(shí)施效果  


采用上述焊接工藝,實(shí)際的焊接施工中氣孔和燒穿問(wèn)題得到了有效的解決。焊接探傷合格率達(dá)到了97%。當(dāng)然還存在背面成型問(wèn)題,這主要依靠操作者的感覺,對(duì)操作者的技術(shù)要求較高。

 

 

 

 

鋁散熱器空氣爐中釬焊工藝及設(shè)備

本所某大功率合成設(shè)備用散熱器(1),該結(jié)構(gòu)的散熱器體積較大,壁厚相差大。曾采用鹽浴釬焊(外協(xié))加工,但發(fā)現(xiàn)焊后清洗困難且清洗后的散熱器易吸潮而引起腐蝕。

                   圖1 散熱器示意圖


  氟化物釬劑具有不吸潮,釬渣難溶于水,去膜能力強(qiáng),釬縫致密性好,釬焊接頭耐蝕性好等特點(diǎn)1,但釬劑配制質(zhì)量的好壞直接影響釬焊質(zhì)量的好壞,而成品氟化物釬劑具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的活性2。鋁硅鍶鑭釬料流動(dòng)性能、機(jī)械性能、耐腐蝕和鍍覆性能均良好3。本工藝采用成品氟化物釬劑,配合鋁硅鍶鑭釬料,在空氣爐中釬焊散熱器,取得良好效果。

1 釬焊設(shè)備

1.1 釬焊爐的主要結(jié)構(gòu)組成  該爐由控制系統(tǒng)、可動(dòng)爐體和推車三部分組成,如圖2所示。

2 釬焊爐結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 釬焊爐工作方式  

爐體預(yù)熱?爐罩上升?推車移出?工件放置
?
推車復(fù)位?爐罩下降?釬焊?出爐


1.3 爐溫測(cè)控系統(tǒng)  

該系統(tǒng)主要由AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器、小型圓圖溫度記錄儀、可控硅模塊、各功能按鈕及儀表等組成。將設(shè)定值輸入AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器(溫度和時(shí)間),由調(diào)節(jié)器控制可控硅模塊,通過(guò)調(diào)整一個(gè)固定的時(shí)間內(nèi)可控硅通斷比例來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出功率大小變化,從而達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)加熱爐功率的目的。小型圓圖溫度記錄儀通過(guò)熱電偶的轉(zhuǎn)換,可分別記錄爐膛溫度和釬焊工件溫度(模擬)與時(shí)間的曲線,有利于釬焊工藝的分析和參數(shù)的調(diào)整。該控制系統(tǒng)具有測(cè)溫精度高,控溫性能好,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。


2 釬焊工藝

2.1 母材、釬料和釬劑  

釬焊使用母材為LF21,釬料為φ1.5鋁硅鍶鑭共晶釬料(HL81-01),鋁釬劑為成品共晶氟化物釬劑。

2.2 加熱規(guī)范的確定  

由于該工件厚度較厚,體積較大,采用硬加熱規(guī)范,把爐膛溫度預(yù)置到650℃,然后把安置好釬料和釬劑的工件放入爐膛進(jìn)行加熱,待工件溫度上升到600℃即可出爐冷卻。圖3為爐膛和工件溫度與時(shí)間的變化曲線。2.3 焊后清洗  釬焊后的工件在20%左右的硝酸溶液中清洗,可以得到滿意的清洗效果。

3 釬焊接頭性能

3.1 釬焊接頭機(jī)械性能和金相組織  

釬焊接頭按國(guó)標(biāo)GB2651-89GB2653-89進(jìn)行拉伸和彎曲試驗(yàn),釬焊接頭的抗拉強(qiáng)度為100MPa,冷彎角為145°,拉伸試樣斷裂部位都在母材,表明釬縫的強(qiáng)度比母材高,彎曲試驗(yàn)表明釬焊接頭塑性較好。分析釬縫的金相組織,該組織為典型的αA1Si共晶組織,但由于鋁硅鍶鑭釬料中鍶鑭的變質(zhì)作用,共晶硅由粗大片狀變成細(xì)粒狀,所以釬焊接頭機(jī)械性能得到提高。

3 爐膛和工件溫度隨時(shí)間變化曲線

3.2 交變濕熱試驗(yàn)  

結(jié)合整機(jī)要求,將清洗后的散熱器按GJB367.2-87進(jìn)行交變濕熱試驗(yàn),周期為48h,釬縫表面保持金屬光澤,無(wú)腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

4 生產(chǎn)應(yīng)用

  在空氣爐中釬焊如圖1所示鋁合金散熱器共15件,焊接過(guò)程穩(wěn)定,可操作性好,釬焊后的工件經(jīng)檢驗(yàn),釬縫連續(xù)、圓角飽滿、沒有溶蝕和未焊透缺陷。

5 結(jié)論

5.1 研制的釬焊爐具有結(jié)構(gòu)合理、控溫性能好和操作方便等特點(diǎn)。
5.2
 在普通空氣爐釬焊散熱器,采用成品氟化物釬劑,配合鋁硅鍶鑭釬料,釬焊質(zhì)量良好,完全能滿足散熱器生產(chǎn)需要。


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