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、化學工業(yè)及低溫裝置中已大量應用鋁及鋁合金,以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導線等。目前鋁合金焊接結(jié)構(gòu)中應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 被焊件表面應去除油污及氧化膜,存放時間不超過4h。表面清理后應用干燥、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;焊前應檢查冷卻水管道,確保不會漏水;當環(huán)境濕度很大時,應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。預防措施:
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應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。
鋁及鋁合金焊接規(guī)程詳解
本規(guī)程規(guī)定了鋁及鋁合金焊接的基本要求,適用于鋁及的手工鎢極氬弧焊或氣焊或熔化極氬弧焊等焊接的鋁及鋁合金制單層容器、襯鋁容器的鋁焊接工藝。
一、焊接用材料:
1.焊接用氬氣純度≥99.99%,≤-55℃,并應符合GB/T4842或GB10624的規(guī)定。當瓶裝氬氣的壓力≤0.5Mpa時不宜使用。(氬氣內(nèi)含氮量≥0.04%,否則焊縫表面上會產(chǎn)生淡或草綠色的氮化鎂及氣孔;含氧量≥0.03%,否則熔池表面上可發(fā)現(xiàn)密集的黑點、電弧不穩(wěn)和飛濺較大;含水量≥0.07%,熔池將沸騰并焊縫內(nèi)產(chǎn)生氣孔)。
2.手工鎢極氬弧焊電極采用鈰鎢電極。電極直徑應根據(jù)焊接電流大小來選擇(使用時一般比焊接電流所要求的規(guī)格大一號的鎢極),電極端部應為半球形(制作半球形方法:用比焊接電流所要求的規(guī)格大一號的鎢極,將端部磨成錐形,垂直夾持電極,用比所用鎢極要求的電流大20~30A的電流在試板上起弧并維持幾秒鐘,鎢極端頭即呈半球形。如果鎢極被鋁污染,則重新打磨或更換鎢極;輕微污染時,可電流使電弧在試板燃燒一會,即能燒掉污染物):鈰鎢電極直徑mm
2
2.5
3.2
4.0
5.0
(正接時)焊接電流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675
(反接時)焊接電流A
15~25
17~30
20~35
35~50
50~70
(交流時)焊接電流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3.用MIG焊鋁合金時,由于鋁焊絲比較軟,為避免咬傷焊絲,送絲輪不允許用帶齒輪的送絲輪,不宜用推絲式;送絲軟管不準用彈簧管而是用聚四氟乙烯或尼龍制品,不然由于磨削而污染或堵塞軟管。MIG通常用直流反極性。
4.焊劑主要作用是去除氧化膜和其它一些雜質(zhì),使用時可用無水酒精調(diào)成糊狀或直接將焊劑粉放在坡口和兩側(cè)。當焊接角焊縫時應選用那些焊后容易清除熔渣的焊劑;鋁鎂合金用焊劑不宜含有鈉的組成物。
5.不同牌號的鋁材相焊時,當圖紙和工藝都沒有規(guī)定時,按耐腐蝕性能較好和強度級別較低的母材去選擇焊絲材料。在焊接鋁鎂合金或鋁錳合金等耐蝕鋁合金時,宜采用含鎂量或含錳時與母材相近或比母材稍高的焊絲。焊絲可從GB/T10585《鋁及鋁合金焊絲》選取,也可從GB/T3190《變形鋁及鋁合金化學成分》和GB/T3197《焊條用鋁及鋁合金線材》中選取。焊絲選用時可參考下面幾個表(表3和表4摘自《焊接手冊》):
焊接要求:
1.持證焊工應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,場地應鋪設(shè)橡膠或絨布;焊接時應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.焊前預熱:由于鋁材導熱性能很強,因此一般手工鎢極氬弧焊焊接大于10mm厚度時,焊前都應預熱,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位于電弧正下方,而應位于熔池邊部,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,都應先切除焊絲端部已氧化的部分再焊。
7. 一條焊縫應盡量一次焊完,不得已中途停焊后重新焊接時,應重疊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?;】討顫M,接弧處應熔合焊透。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,且不應小于3mm,在一般情況下不超過10 mm(按下圖);在襯里或復合板復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,應要求t≥0.7 L2。
11.C、D類接頭的焊縫與母材應呈圓滑過渡。
12.焊縫和熱影響區(qū)表面應進行檢查,不得有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾渣和飛濺物等缺陷,焊縫外不應有打弧點。
13.鋁材壓力容器焊縫表面不應有咬邊。常壓容器焊縫表面的咬邊深度不應大于0.5mm,咬邊連續(xù)長度不應大于100mm,焊縫兩側(cè)咬邊的總長度不應超過該焊縫長度的10%。
14.換熱器換熱管焊接順序:管板組裝(換熱管預留長度應不少于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),但其它層應加絲焊。
15.鋁焊接應注意坡口鈍邊較大,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。
鋁合金焊絲在焊接時容易出現(xiàn)哪些問題呢?出現(xiàn)這些問題的時候要怎么解決?現(xiàn)在由浙江宇光鋁材有限公司來分析整理一下這些問題:
(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(chǎn)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(nèi)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。鋁焊接熔池凝固時容易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應力。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,流動性顯著提高,收縮率下降,熱裂傾向也相應減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗,當含硅5%~6%時可不產(chǎn)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(zhuǎn)態(tài)時,沒有明顯的色澤變化,焊接操作時判斷難。高溫鋁強度很低,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程中,氫來不及溢出,極易形成氫氣孔?;≈鶜夥罩械乃帧⒑附硬牧霞澳覆谋砻嫜趸の降乃?,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。
鋁焊絲焊接鋁箱技術(shù)
(1)選擇鋁焊絲
一般選用301純鋁焊絲及311鋁硅焊絲。
(2)選取焊接方法和參數(shù)
一般以左焊法進行,焊炬和工件成60°角。焊接厚度15mm以上時,以右焊法進行,焊炬和工件成90°角。
(3)焊前準備
采用化學或機械方法,嚴格清理焊縫坡口兩側(cè)的表面氧化膜。
機械清理可采用風動或電動銑刀,還可采用刮刀、銼刀等工具,對于較薄的氧化膜也可用0.25mm的銅絲刷打磨清除氧化膜。
清理好后立即施焊,如果放置時間超過4h,應重新清理。
(4)鋁箱中鋁及鋁合金材料特點
鋁是銀白色的輕金屬,具有良好的塑性、較高的導電性和導熱性,同時還具有抗氧化和抗腐蝕的能力。鋁極易氧化產(chǎn)生三氧化二鋁薄膜,在焊縫中容易產(chǎn)生夾雜物,從而破壞金屬的連續(xù)性和均勻性,降低其機械性能和耐腐蝕性能。
(5)鋁箱中鋁及鋁合金材料鋁合金材料的焊接難點
極易氧化。在空氣中,鋁容易同氧化合,生成致密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μm),熔點高(約2050℃),遠遠超過鋁及鋁合金的熔點(約600℃左右)。氧化鋁的密度3.95-4.10g/cm3,約為鋁的1.4倍,氧化鋁薄膜的表面易吸附水分,焊接時,它阻礙基本金屬的熔合,極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷,引起焊縫性能下降。
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