铝合金和不锈钢焊接工艺.ppt

不锈钢和铝合金的焊接 姓名 余梦君学号 CD120397班级 机械5班 引言 这次我们主要说两个方面 1 不锈钢的概述与焊接2 铝合金的概述与焊接 1 什么是不锈钢 不锈钢 StainlessSteel 指耐空气 蒸汽 水等弱腐蚀介质和酸 碱 盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢 又称不锈耐酸钢 实际应用中 常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢 而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢 由于两者在化学成分上的差异 前者不一定耐化学介质腐蚀 而后者则一般均具有不锈性 2 不同金属形成焊接连接的可能性 两种不同材料能否直接形成焊接连接 决定于构成该两种材料的原子或分子之间的相互作用的强弱 人们可以根据两种合金中的主要元素配对的相图来考虑 一般说来 在液态和固态都形成无限互溶的两种金属之间 能够便利的形成性能良好的焊接连接 3 不锈钢焊接前的准备 常用不锈钢表面处理技术有以下几种处理方法 1 表面本色白化处理 2 表面镜面光亮处理 3 表面着色处理 4 表面本色白化处理 不锈钢在加工过程中 经过卷板 扎边 焊接或者经过人工表面火烤加温处理 产生黑色氧化皮 以前一般采用氢氟酸和硝酸进行强腐蚀方法去除 但这种方法成本大 污染环境 对人体有害 腐蚀性较大 逐渐被淘汰 目前对氧化皮处理方法主要有二种 1 喷砂 丸 法 主要是采用喷微玻璃珠的方法 除去表面的黑色氧化皮 2 化学法 使用一种无污染的酸洗钝化膏和常温无毒害的带有无机添加剂的清洗液进行浸洗 从而达到不锈钢本色的白化处理目的 处理好后基本上看上去是一无光的色泽 这种方法对大型 复杂产品较适用 5 不锈钢表面镜面光亮处理方法 6 表面着色处理 不锈钢着色不仅赋予不锈钢制品各种颜色 增加产品的花色品种 而且提高产品耐磨性和耐腐蚀性 不锈钢着色方法有如下几种 1 化学氧化着色法 2 电化学氧化着色法 3 离子沉积氧化物着色法 4 高温氧化着色法 5 气相裂解着色法 7 表面着色处理各种方法简单概况 1 化学氧化着色法就是在特定溶液中 通过化学氧化形成膜的颜色 有重铬酸盐法混合钠盐法 硫化法 酸性氧化法和碱性氧化法 一般 茵科法 INCO 使用较多 不过要想保证一批产品色泽一致的话 必须用参比电极来控制 2 电化学着色法是在特定溶液中 通过电化学氧化形成膜的颜色 3 离子沉积氧化物着色法化学法就是将不锈钢工件放在真空镀膜机中进行真空蒸发镀 例如 镀钛金的手表壳 手表带 一般是金黄色 这种方法适用于大批量产品加工 因为投资大 成本高 小批量产品不合算 4 高温氧化着色法是在特定的熔盐中 浸入工件保持在一定的工艺参数 使工件形成一定厚度氧化膜 而呈现出各种不同色泽 5 气相裂解着色法气相裂解着色法较为复杂 在工业中应用较少 8 不锈钢焊接有几种方法 常用不锈钢焊接方法对不锈钢最常用的焊接方法是手工焊 MMA 其次是金属极气体保护焊 MIG MAG 和钨极惰性气体保护焊 TIG 虽然这些焊接方法对不锈钢工业的大多数人而言是熟悉的 但是我们认为这个领域值得深入探讨 8 1 手工焊 MMA 手工焊是一种非常普遍的 易于使用的焊接方法 电弧的长度靠人的手进行调节 它决定于电焊条和工件之间缝隙的大小 同时 当作为电弧载体时 电焊条也是焊缝填充材料 这种焊接方法很简单 可以用来焊接几乎所有材料 对于室外使用 它有很好的适应性 即使在水下使用也没问题 大多数电焊机可以TIG焊接 在电极焊中 电弧长度决定于人的手 当你改变电极与工件的缝隙时 你也改变了电弧的长度 在大多数情况下 焊接采用直流电 电极既作为电弧载体 同时也作为焊缝填充材料 电极由合金或非合金金属芯丝和焊条药皮组成 这层药皮保护焊缝不受空气的侵害 同时稳定电弧 它还引起渣层的形成 保护焊缝使它成型 电焊条即可是钛型焊条 也可是缄性的 这决定于药皮的厚度和成分 钛型焊条易于焊接 焊缝扁平美观 此外 焊渣易于去除 如果焊条贮存时间长 必须重新烘烤 因为来自空气的潮气会很快在焊条中积聚 8 2 MIG MAG焊接 这是一种自动气体保护电弧焊接方法 在这种方法中 电弧在保护气体屏蔽下在电流载体金属丝和工件之间烧接 机器送入的金属丝作为焊条 在自身电弧下融化 由于MIG MAG焊接法的通用性和特殊性的优点 至今她仍然是世界上最为广泛的焊接方法 它使用于钢 非合金钢 低合金钢和高合金为基的材料 这使得它成为理想的生产和修复的焊接方法 当焊接钢时 MAG可以满足只有0 6mm厚的薄规格钢板的要求 这里使用的保护气体是活性气体 如二氧化碳或混合气体 唯一的限制是当进行室外焊接时 必须保护工件不受潮 以保持气体的效果 8 3 TIG焊接 电弧在难熔的钨电焊丝和工件之间产生 这里使用的保护气体是纯氩气 送入的焊丝不带电 焊丝既可以手送 也可以机械送 也有一些特定用途不需要送入焊丝 被焊接的材料决定了是采用直流电还是交流电 采用直流电时 钨电焊丝设定为负极 因为它有很深的焊透能力 对于不同种类的钢是很合适的 但对焊缝熔池没有任何 清洁作用 TIG焊接法的主要优点是可以焊接大材料范围广 包括厚度在0 6mm及其以上的工件 材质包括合金钢 铝 镁 铜及其合金 灰口铸铁 普通干 各种青铜 镍 银 钛和铅 主要的应用领域是焊接薄的和中等厚度的工件 在较厚的截面上作为焊根焊道使用 8 4 TIG焊接图 9 焊接过程中我们要注意的几点 1 预防不锈钢热裂纹的主要措施 1 严格控制焊接缝中杂质的含量 同时可在焊缝金属中加入硅 钛 钼等 2 宜采用小直径焊条 小电流 快速焊和短弧焊 采用直流反接法 宜选用超低碳或能造成双相组织的焊条或焊丝 2 不锈钢用焊接夹具来控制焊接变形 当简体组装后 用夹具撑住待焊区 先焊外缝 待焊缝区冷却至室温后卸下夹具 内缝经清根后再焊 3 打底层采用 一点 或两点 击穿断弧焊的操作手法 平均燃熄弧的频率在80 90次 min 断弧焊类似于无基值电流的脉冲焊法 平均热输入量小 熔池凝固快 减少过热区域和晶粒长大倾向 且单面焊双面成型难度大 采用 断弧焊法较为容易控制熔池成型 当前点熔池未完全结晶时 其偏析杂质又被后续熔池所熔化 吹向熔渣 偏析杂质较为弥散 断口无宏观缺陷 4 选用小直径焊条 小电流和小线能量的焊接规范参数 如板状平焊打底层用2 5mm焊条 焊接电流f 70 80A 其余层次用3 2焊条 f 120 125A 焊接线能量控制在1OKJ cm以下 5 当更换焊条前 填满弧坑 并将电孤引向坡口边侧 熄弧于坡口面上 对于出现的弧坑缩孔和夹杂物富集区 可用角向磨光机去除 将弧坑磨成缓坡形 确定无缺陷后 再燃弧接头焊接 6 焊道排列打乱结晶方向 使每条焊道的结晶中心偏离焊缝中心 避免了焊道中心杂质偏析物的区域聚集 操作上焊条不摆动 窄焊道 快焊速 多层多道焊 每道焊缝金属柱状结晶细化 优于宽焊层单道焊缝 7 每焊完一层 或一道 焊道 立即将试件置于水中冷却 逐层逐道水淬 缩短焊接接头的高温停留时闻 减少过热组织和晶粒粗化倾向 并缩短奥氏体不锈钢在550 850度的敏化温度区间 提高其耐晶间腐蚀性能 8 不锈钢埋弧焊焊接工艺 焊接不锈钢时只有适当加快焊接速度 严格控制焊丝伸出长度 10 什么是铝合金 以铝为基的合金总称 主要合金元素有铜 硅 镁 锌 锰 次要合金元素有镍 铁 钛 铬 锂等 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料 在航空 航天 汽车 机械制造 船舶及化学工业中已大量应用 随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展 对铝合金焊接结构件的需求日益增多 使铝合金的焊接性研究也随之深入 铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展 同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域 因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一 11 铝合金焊接概述 铝合金材料 强度高和质量轻量 主要焊接工艺为手工MIG焊和自动MIG焊 其母材 焊丝 保护气体 焊接设备 12 铝合金焊接图 13 焊丝的选用 对于6005A 6082 5083母材来说 选择的焊丝牌号为5087 AlMg4 5MnZr 5087焊丝不仅抗裂性能好 抗气孔性能优越 而且强度性能也很好 对于焊丝规格的选择 优先选择大直径规格的焊丝 同样的焊接填充量即同等重量的焊丝 大规格焊丝较小规格焊丝的表面积要小很多 因此 大规格焊丝较小规格焊丝的表面污染要少即氧化区域要小 焊接质量更容易达到要求 另外大直径焊丝的送丝过程更容易操作 对于8mm以下板厚的母材一般采用1 2mm直径的焊丝 对于8mm及以上板厚的母材采用1 6mm直径的焊丝 自动焊机采用 14 保护气体的选用 Ar100 的特点是电弧稳定 引弧方便 对于8mm以下板厚的母材一般采用Ar100 进行焊接 对于8mm及以上板厚的母材和气孔要求高的焊缝 采用Ar70 He30 进行焊接 氦气的特点在于 9倍于氩气的导热性 焊接速度更快 气孔率减少 熔深增加 厚板焊接时 Ar100 和Ar70 He30 的熔深状况见图1 气体的流量选择不是越大越好 流量过大会造成紊流 导致熔池保护不充分 空气与熔敷金属发生反应 会改变焊缝组织 使性能下降 而且产生焊接气孔的倾向增加 15 坡口的处理 板厚在3mm以下的对接焊缝可不开坡口 只需在焊缝背面倒一0 5 1mm的角即可 这样有利于气体的排放和避免背面凹槽 背面是否倒角对焊缝的影响 铝合金厚板的坡口角度较钢板的要大 单边坡口一般采用55 坡口 双边坡口采用每边35 坡口 这样可以使焊接的可达性提高 同时可降低未熔合缺陷的产生几率 对于厚板T形接头中的HV或HY接头 要求填满坡口外 再加一个角焊缝 使焊缝总尺寸S不小于板厚T 16 焊前清理工作 焊接铝合金需要最干净的准备工作 否则其抗腐蚀能力下降 而且容易产生气孔 焊接铝合金应该与焊钢的习惯彻底区分 焊钢已经用过的工具 严禁焊接铝合金时使用 清理焊缝区域的氧化膜等杂质 尽可能使用不锈钢刷或者用丙酮清洗 不能使用砂轮打磨 因为使用砂轮打磨只会使氧化膜熔合在焊材表面 而不会真正去除 而且如果使用硬质砂轮 其中的杂质会进入焊缝 导致热裂纹 此外 由于Al2O3膜在极短的时间内又会重新生成和堆积 为了使氧化膜尽可能少地影响焊缝 清理完毕后应立即施焊 17 预热温度和层间温度的控制 对与板厚超过8mm的厚板进行焊接时 都要进行焊前预热 预热温度控制在80 120 之间 层间温度控制在60 100 之间 预热温度过高 除作业环境恶劣外 还有可能对铝合金的合金性能造成影响 出现接头软化 焊缝外观成形不良等现象 层间温度过高还会使铝焊热裂纹的产生机率增加 18 合理选择规范参数和焊接电流大小 铝合金与钢材的物化性能相差甚远 要根据铝合金的焊接特性来试验和确定其焊接规范参数 铝合金本身的导热系数大 约为钢的4倍 散热快 因此 在相同焊接速度下 焊接铝合金时的热输入量要比焊接钢材时的热输入量大2 4倍 如果热输入量不够 容易出现熔深不足甚至未熔合的问题 特别是在焊缝起头的位置 19 送丝速度要适当调高和焊接速度的