铝合金焊接培训PPT课件.ppt

铝及铝合金焊接性能 1 基体金属焊接材料熔化极惰性气体保护电弧焊铝及铝合金焊接打磨工艺铝及铝合金常见焊接缺陷及控制 2 一 基体金属 母材 纯铝铝及铝合金的分类铝合金牌号及状态 3 概述 被焊接的金属或合金统称为基体金属 或称为母材 做为基体金属 铝及铝合金的分类 牌号及状态代号与钢及其它金属显著不同 特别是铝及铝合金的状态代号非常复杂 又非常重要 他们表示了铝及铝合金焊前变形强化的不同程度或不同热处理强化的不同程度 不了解这些状态代号的具体规定就无法了解母材焊前的工艺经历 力学性能 组织特征及焊接特性 地壳中含量7 以上 在全部化学元素中含量占第三位 仅次于氧和硅 在全部金属元素中占第一位 4 纯铝的特性铝 原子序数为13 原子量为26 98 面心立方结构 熔点660 密度2 702 晶格常数4 05 原子直径2 86 标准电极电位 1 67V高的耐大气腐蚀性 铝在大气中极易和氧作用生成一层牢固致密的氧化膜 厚度约为50 100 可防止铝继续氧化 即使在熔融状态 仍然能维持氧化膜的保护作用 因此 铝在大气环境中是抗蚀的 Al2O3膜具有酸 碱两重性 因此 纯铝除在氧化性的浓硝酸 80 98 中有极高的稳定性外 优于Ni Cr系不锈钢 在硫酸 盐酸 碱 盐和海水中均不稳定 良好的低温性能 无低温脆性 在摄氏零度以下随着温度的降低 其强度和塑性提高 高的导电性 位于银 铜 金之后 高的导热性 热交换器 无磁性 冲击不产生火花 用于制作如仪表材料 电气设备的屏蔽材料 易燃 易爆物的生产器材等 低强度 高塑性 强度为80MPa 130MPa 延伸率30 50 铝箔 5 纯铝的分类及其编号 工业纯铝 99 0 99 7 牌号有L01 L02 L03 L04 编号越大 表示纯度越高 电性能优异 主要用于电力容器制作及科学研究等 牌号有L0 L00 加工塑性好 主要用于铝箔及冶炼铝合金原料 牌号有L1 L2 L3 L4 编号越大 纯度越低 塑性好 广泛用于制作电线 电缆 器皿等 高纯铝 99 93 99 99 工业高纯铝 99 85 99 9 6 纯铝能满足需求吗 显然不能 铝的合金化 怎么办 7 纯铝中加入适量其它元素如Si Cu Mg Zn等即为铝合金 特点 较高的强度 保持良好的加工性能 8 铝合金广泛应用于各种行业 9 铝合金的分类 10 分类 形变铝合金 铸造铝合金 防锈铝合金 硬铝合金 超硬铝合金 锻铝合金 铝硅铸造合金 铝铜铸造合金 铝镁铸造合金 11 形变铝合金 一 防锈铝合金 主加元素为Mn或Mg 形成Al Mg系或Al Mn系Mg 是固溶强化和降低密度 对耐蚀性能的影响较小 Mn 提高合金的抗蚀能力和固溶强化 该类合金不可以热处理强化 强度较低 切削性能不良 具有较强的抗腐蚀能力 易加工成形易焊接 适用于制作管道 容器等抗蚀件 12 形变铝合金 Al Cu合金中再加合金元素Mg或Mn形成的Al Cu Mg和Al Cu Mn系铝合金 Al Cu Mg系硬铝称为普通硬铝Al Cu Mn系硬铝称为耐热硬铝硬铝存在两点不足 一是抗蚀性差 由于合金中含有大量的铜 而含铜固溶体和化合物的电极电位均高于晶界 因此易产生晶界腐蚀 使用过程中需采取包铝阴极保护 喷漆等防腐措施 二是硬铝的固溶处理温度范围窄 硬铝合金 13 形变铝合金 超硬铝合金 为Al Zn Mg Cu系合金 并含有少量的铬和锰 形变铝合金中力学性能最高 抗拉强度达600 700MPa 超硬铝的热处理强化效果 固溶 时效 最显著 热塑性好 易加工成形 但缺口敏感性大 疲劳极限低 抗蚀性差 高温下软化快 14 形变铝合金 锻造铝合金 锻铝有Al Mg Si Al Cu Mg Si Al Cu Mg Fe Ni等合金系 该类合金的合金元素种类多而含量少 具有良好的热塑性和锻造性 并可热处理强化 Al Mg Si系合金 宜于制造形状复杂的型材和锻件 如飞机和发动机中工艺性和耐蚀性要求较高的零件 Al Cu Mg Si系合金 用于制造形状复杂 承受中等载荷的各类大型锻件和模锻件 但该合金有应力腐蚀和晶界腐蚀的倾向 不宜作薄壁零件 Al Cu Mg Fe Ni系合金 因含有较多的Fe Ni 因而具有较高的耐蚀性能 适宜于制造发动机的活塞 汽轮机叶片等耐高温和耐腐蚀的零件 15 铸造铝合金 纯铝中加入适量其它元素如Si Cu Mg Zn等即为铝合金 16 铝及铝合金的牌号及状态 我国铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金状态代号典型铝及铝合金的主要成分性能及用途变形铝及铝合金国际牌号及状态号简介高速列车焊接结构常用铝合金 17 我国铝及铝合金牌号表示方法 铝及铝合金的分类 合金系列及表示方法 18 1 纯铝 纯铝按其纯度分为纯铝 精纯铝和高纯铝三类 纯铝铝的含量 99 0 精铝的纯度为 99 95 高纯铝纯度不小于99 999 2 铝合金 纯铝加入不同合金 就成为铝合金 加入合金越多 强度越高 而且多作成板材 管材 型材及中空型材 作成铝合金焊接结构 根据铝合金的加工工艺特性 可将它们分作形变铝合金和铸造铝合金两类 形变铝合金塑性好 适宜于压力加工 我国原铝合金标准以大写字母表示合金 可分为纯铝 L 防锈铝 LF 硬铝 LY 超硬铝 LC 和锻铝 LD 特殊铝 LT 后面数字表示合金含量差异 19 3 我国四位字符体系牌号表示方法 1 系列为 纯铝 铝含量不小于99 00 2 系列为 以铜为主要合金元素的铝合金3 系列为 以锰为主要合金元素的铝合金4 系列为 以硅为主要合金元素的铝合金5 系列为 以镁为主要合金元素的铝合金6 系列为 以镁为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金7 系列为 以锌为主要合金元素的铝合金8 系列为 以其他元素为主要合金元素的铝合金9 系列为 备用合金组牌号的第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况牌号的最后两位数字以标识同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度 20 2变形铝及铝合金状态代号 铝及铝合金的分类 表示方法及其后处理状态代号 21 3典型铝及铝合金的主要成分性能及用途 22 表中1000 3000和5000系列为非热处理强化铝合金 可冷加工强化 6000 2000及7000系列为热处理强化铝合金 可采用不同热处理改变其性能 热处理强化铝合金屈服极限达到低碳钢水平 有的甚至可达到低合金钢水平 而弹性模量只有钢的1 3 如按强度设计 重量将减少2 3 但刚度也要减少2 3 因此必需从结构型式提高惯性矩来弥补 因此铝加工厂会按不同需要制造成各种空心型材和有各种加筋的挤压型材 因此 作为焊接结构的挤压型材还要求有好的挤压成型性能 最后以热处理强化或冷加工强化状态供货 供用户选用 由表看出 各成分系列铝及铝合金的性能及用途有较大差异 同系列但成分不同 其性能及用途有差异 同系列同成分的铝及铝合金由于加工和热处理不同 性能也有较大差异 23 4变形铝及铝合金国际牌号及状态号简介 24 25 上表只列出了与我国常用铝合金与国际标准组织ISO标准及欧洲EN标准和几个主要国家相近成分的牌号作对比由表看出 ISO标准是用铝合金所含化学元素来表示 元素后标明其标称含量由其牌号就可知道合金系列及主要成分 EN标准用字母和数字表示 头个字母为标准EN 空格后AW中A为铝 紧接字母W为加工产品 C为铸件 M为中间合金B为金属锭 后数字为代表合金系列及主要成分的合金代号 同时列出用字母和数字表示的 合金系列及主要成分 美国标准AA原为美国铝业协会标准 后纳入美国国家标准 后也成为国际通用标准 不少国家的标准都参考这一标准 标准AA为纯数字表示 第一位数字表示系列 第二位数字0为原始合金 1 9为改型合金 表示成分组成和杂质限制 26 二 焊接材料 1 填充金属的选用选用焊丝时 对焊丝性能的要求是多方面的 包括 焊接时生成焊缝裂纹的倾向低 焊接时生成焊缝气孔的倾向低 焊缝及焊接接头的力学性能 强度 延性 好 焊缝及焊接接头在使用环境条件下的耐蚀性能好 焊缝金属表面颜色与母材表面颜色能相互匹配 但是 不是每种焊丝均能同时满足上述各项要求 焊丝在某些方面的性能优势互相矛盾 例如 强度与延性难以兼得 抗裂与颜色匹配难以兼顾 例如 SAlSi 1焊丝的也太流动性好 抗热裂能力强 但延性不足 特别是当用于焊接Al Mg合金 Al Zn Mg合金时 焊缝脆性较大 此外由于含硅量高 其焊缝表面颜色发乌 如果焊件焊后需施行阳极化 阳极化后其表面将进一步变黑 与母材颜色难以匹配 27 2 基体金属与填充金属的配合焊接纯铝时 可采用同型号纯铝焊丝 焊接铝 锰合金时 可采用同型号铝 锰合金焊丝或纯铝SAl 1焊丝 焊接铝 镁合金时 如果镁含量 3 可采用同系列同型号焊丝 如果镁含量 3 如5050及5A02合金 由于其热裂纹倾向大 应采用Mg含量高的SAlMg5或ER5356焊丝 焊接铝 镁 硅合金时 由于生成焊缝裂纹的倾向大 一般应采用SAlSi 1焊丝 如果如果焊缝与母材颜色不匹配 在结构拘束度不大的情况下 也可改用铝 镁合金焊丝 焊接铝 铜 镁 铝 铜 镁 硅合金时 如硬铝合金2Al2 2Al4 由于焊接时热烈倾向大 易生成焊缝金属结晶裂纹和近缝区母材液化裂纹 一般应采用抗热烈性能好的BJ 308A焊丝 焊接铝 铜 锰合金时 如2B16 2219合金 由于其焊接性较好 可采用化学成分与母材基本相同的SAlCu ER2319焊丝 焊接铝 锌 镁合金时 由于焊接时有产生焊接裂纹的倾向 可采用与母材成分相同的铝 锌 镁焊丝 高镁的铝 镁合金焊丝或高镁低锌的X5180焊丝 Al 2Zn 4Mg 28 三 铝及铝合金的钨极氩弧焊 29 目录 1 1铝及铝合金的钨极氩弧焊1 2焊接过程原理1 3焊接工艺 30 摘要 铝及铝合金具有良好的耐蚀性 较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良好的力学性能等特点 在航空航天 汽车 电工 化工 交通运输 国防等工业部门被广泛的应用 掌握铝及铝合金的焊接性特点 焊接操作技术 接头质量和性能 缺陷的形成及防止措施等 对正确确定铝及铝合金的焊接工艺 获得良好的接头性能和扩大铝合金的应用范围具有十分重要的意义 31 3 1铝及铝合金的钨极氩弧焊 钨极惰性气体保护电弧焊 是利用钨极与工件之间形成电弧产生的大量热量熔化待焊处 外加填充焊丝获得牢固的焊接接头 TIG焊工艺最适于焊接厚度小于3mm的薄板 工件变形明显小于气焊和手弧焊 32 3 1铝及铝合金的钨极氩弧焊 钨极氩弧焊的特点1 焊接时无需使用焊条或焊剂 焊接后无需清除残余熔剂或焊渣 因为氩气可良好的保护电弧 熔池及母材热影响区而不受氧化 氩气本身也不与铝发生物理化学反应 2 钨极电弧稳定 即使在焊接电流小于10A的情况下 电弧仍可保持稳定 特别适合于焊接铝合金薄板 3 热源和填充焊丝可分别控制 热输入易于调整4 由于填充丝不通过电流 无熔滴过度 故电弧安静 噪音小 无金属飞溅5 钨极载流能力较低 生产效率不高6 氩气及氦气价格较高 不利于降低生产成本7 钨极氩弧焊受作业现场气流影响较大 不适于室外作业 33 钨极氩弧焊 钨极氩弧焊示意图 1 喷嘴2 钨极3 电弧4 焊缝5 焊件6 熔池7 填充焊丝8 惰性气体 34 3 2焊接过程原理 1 2 1采用直流电源1 直流正接当采用直流正接法焊接铝及铝合金时 工件与电源的正极相连而形成阳极 钨极与电源的负极相连形成阴极 此时 钨极的电子发射能力强 可发出大量的电子流 并赋予电子流能量 由于这部分能量 钨极得以自身冷却 在电厂的驱使下 钨极发射出来的高能电子流高速冲击阳极 焊件 将全部能量给焊件 使其深熔 形成窄而深的焊缝 但因电子质量很小 电子流对工件的冲击尚不足以破除工件表面的氧化膜 于此同时 正离子流奔向阴极 钨极 虽使其发热 但因此时的钨极具有自身冷却功能 钨极不至于过热烧损 35 36 3 2焊接过程原理 2 直流反接钨极与电源的正极相连而形成阳极 焊件与电源的负极相连而形成阴极 此时 由于焊件表面上存在氧化膜 其电子逸出功较小 易发射电子 因此阳极斑点始终优先在氧化膜处形成 由于焊件为冷阴极 阴极区有很高的电压降 因此阴极斑点的能量密度很高 在阴极电厂的作用下 正离子流高速撞击焊件上的表面氧化膜 使其破碎 分解而被清理掉 阴极斑点随即有在临近的氧化膜发射电子 继而氧化膜又被清理 因此被清理的氧化膜面积不断扩大 直到扩大到氩气所能保护的范围内 这就是俗称的 阴极雾化 其作用的强弱与阴极区的能量密度及正离子的质量大小有关 于此同时 从焊件发射出来的大量电子流冲击阳极 钨极 使其撞击生热 由于此时的钨极已不具有自身冷却功能 钨极即发生过热 甚至融化 从而不得不限制焊接电流的大小 37 3 2焊接过程原理 1 2 2采用交流电源为兼有阴极清理作用及钨极不致过热 只有采用交流钨极氩弧焊接法 交流电流的极性是周期变化的 在每个周期里 半波相当于直流正接 另一个半波相当于直流反接 正接的半波期间钨极不致过热 可承载较大的焊接电流 有利于电弧稳定 容许可焊厚度增大 反接的半波期间有阴极清理作用 可去除母材表面氧化膜 保证焊缝良好成形 38 39 3 2焊接过程原理 交流钨极氩弧焊在特性和功能上基本满足铝及铝合金焊接的需要 但焊接回路内将出现直流分流 引弧稳弧性能差 熔透能力差 但可用下列方法加以改善 1 消除直流分量正半波时 钨极为负极 由于其熔点和沸点高 且导热性差 尺寸小 因而温度高 热电子发射容易 故电弧电压低 焊接电流大 通电时间长 负半波时 焊件为负极 由于其熔点和沸点低 且尺寸大 散热快 温度低 电子热发射困难 故电弧电压高 焊接电流小 通电时间短 因此出现了正负半波电流不对称现象 在交流焊接回路内出现了一个由工件流向钨极的直流分量 这种现象称为 整流作用 40 3 2焊接过程原理 2 改善隐弧和稳弧由于交流氩弧的电压及电流的幅值和极性随时间而不断变化 每秒有100次过零 因此电弧的能量及电弧空间的温度也随之不断变化 当电流过零时 电弧熄灭 下半周必须重新引弧 有几种引弧方法可供选择 1 短路引弧 利用钨极与焊件短暂接触 短路 快速脱开而引弧 此法便利 但易使钨极沾污 损耗 破坏其端部形状及尺寸 应避免使用 2 高弧引弧 利用高频振荡器产生的高频高压击穿钨极与焊件之间的间隙 3mm左右 从而可引燃电弧 但高频发生器的高频振荡也会损坏电源或焊接程序控制系统 包括电脑 内的精密器件 否则需采取防干扰技术措施 41 3 2焊接过程原理 3 高压脉冲引弧 在钨极与焊件之间加易高压脉冲 使两者间的保护气体电离而引弧 脉冲幅值 800V 4 高频叠加辅助直流电源引弧 在电源两端并联一个辅助的直流电源 42 2020 3 20 43 3 3焊接工艺 3 3 1焊接材料 1 钨极铝及铝合金钨极氩弧焊可供选用的钨极材料有纯钨 钍钨 锆钨 铈钨等 钨的熔点为3400 铈钨迄今为止最好的一种非熔化电极材料 具有很强的电子发射能力 纯钨电极熔点高 不易熔化和挥发 但电子发射能力较低 抗铝污染性较差 现已采用很少 钍钨电极电子发生能力较强 允许电流密度较大 寿命较长 抗铝污染性较好 易引弧 电弧稳定 但价格稍高 锆钨电极载流能力强 抗铝污染性好 保持电极端部形状较好 不易被焊缝夹钨 44 3 3焊接工艺 2 保护气体电弧焊铝和铝合金时 保护气体一般为惰性气体 即氩气 氦气或氩 氦各种比例的混合气体 45 3 3焊接工艺 3 3 2接头设计设计和选用焊接接头的形式及坡口尺寸时 应根据产品的结构及零件厚度 参考关于国家标准 行业标准等选用 46 47 3 3焊接工艺 3 3 3焊接工艺参数 1 喷嘴孔径与保护气体流量铝及铝合金TIG焊的喷嘴孔径为5 22mm 保护气体流量一般为5 15L min 2 钨极伸出长度及喷嘴至工件距离钨极伸出长度 对接焊缝时一般为5 6mm 角焊缝时一般为7 8mm 喷嘴至工件的距离一般取10mm左右为宜 3 焊接电流与焊接电压与板厚 接头形式 焊接位置及焊工技术水平有关 手工TIG焊时 采用交流电源 焊接厚度小于6mm铝合金时 最大焊接电流可根据电极直径d按公式I 60 65 d确定 电弧电压主要由弧长决定 通常使弧长近似等于钨极直径比较合理 48 3 3焊接工艺 4 焊接速度铝及铝合金TIG焊时 为了减小变形 应采用较快的焊接速度 手工TIG焊一般是焊工根据熔池大小 熔池形状和两侧融合情况随时调节焊接速度 一般的焊接速度为8 12m h 自动TIG焊时 工艺参数设定后 在焊接过程中焊接速度一般不变 5 焊丝直径一般由板厚和焊接电流确定 焊丝直径与两者之间成正比关系 49 50 四 熔化极惰性气体保护电弧焊 MIG metalinert gasarcwelding 51 一 熔滴过渡特点 传统上 MIG焊可以采用的熔滴过渡形式 短路过渡 喷射过渡 脉冲喷射过渡 亚射流过渡 最新的技术使可以采用双脉冲 doublepulse 过渡或超脉冲 superpulse 过渡 在实际生产中 MIG焊多用来焊接铝合金 这使它对熔滴过渡方式的使用受到一定的限制 对于短路过渡 由于其处于小参数区间 而 尤其大厚度 铝合金的导热很快 所以较少采用短路过渡 对于喷射过渡 由于其冲力大 而铝合金密度低 所以打底 盖面的效果均欠佳 用于填充焊尚可 但仍不易全位置焊 脉冲喷射过渡的焊接效果较好 厚薄板 打底 填充 盖面 全位置焊均可 但要有带脉冲功能的焊机 普通焊机不可 MIG焊工艺 52 一 短路过渡1 条件 采用细丝 并配以小电流及小电压进行焊接时 这种过渡工艺通常产生一体积小 凝固速度快的熔池 因此适合于薄板 全位置焊接 53 二 喷射过渡1条件1 电弧电压较高2 焊接电流较大2 特点1 熔滴尺寸细小 直径小于焊丝直径 2 过渡加速度远大于重力加速度的加速度3 沿焊丝轴线向熔池过渡4 焊接不同的材料时 喷射过渡的形态是不同的 低碳钢 低合金钢及不锈钢焊接时的喷射过渡呈束流状 这种喷射过渡又称为射流过渡 铝及铝合金焊接时的喷射过渡呈滴状过渡 这种过渡称为射滴过渡 3 临界电流由大滴过渡向喷射过渡转变的最小电流称为喷射过渡临界电流 54 临界电流的影响因素 电弧气氛 焊丝种类 Al 钢 焊丝直径 越细 临界电流越小 但这种过渡易于导致指状熔深 为了避免指状熔深 焊接生产中通常通过采用混合气体进行焊接 55 三 亚射流 过渡所谓的 亚射流 过渡 是一种兼有射流过渡和短路过渡特点的特殊的熔滴过渡形式 亚射流过渡的获得 焊接电流增加到大于射流过渡的临界电流后 降低电弧电压 使之间或出现短路现象 就是亚射流过渡 然而到目前为止 未见 亚射流 过渡在生产上实际应用的报告 事实上 技术发展到今天 在逆变焊机的基础上通过采用数字技术 已可以对熔滴过渡进行实时 精确的控制 如在脉冲的半波内再加以脉冲 所谓的双脉冲 甚至在一个脉冲周期内 前后两个半波分别采用不同的熔滴过渡形式 所谓的超脉冲 使焊接开始逐渐进入 随心所欲 的境地 例如 用超脉冲 不但已可以焊接很薄的铝板 而且用MIG焊可以焊出与TIG焊一样的焊缝 又例如 奥地利Fronius公司用四元混合气体 用数字化焊机对铝合金的角焊缝进行脉冲MIG焊 单面焊双面精确成形 效果非常好 56 焊缝起皱的问题 铝等有色金属及其合金焊接电流远大于射流过渡临界电流焊接区保护不良阴极斑点游动到弧坑底部并稳定存在结果 弧坑底部受到强大电弧力作用 将被猛烈地 挖掘 而溅出 并产生严重的氧化和氮化 这些金属溅落在近缝区及表面 造成焊缝金属熔合不良和表面粗糙起皱 并覆盖有一层黑色粉末 即为焊缝起皱现象 57 防止措施 加强保护 增大气流量减小电流采用亚射流过渡 58 亚射流过渡 形成条件 铝合金焊接 短弧 直流反极性接法 焊接电流大于某一临界值 59 亚射流过渡 原理 弧长比较短 熔滴形成 长大 在电磁收缩力的作用下形成颈缩 在以射滴过渡形式脱离之前 熔滴与熔池短路 电弧熄灭 在电磁收缩力和表面张力的共同作用下细颈破断 电弧重新引燃 完成过渡 60 亚射流过渡 特点 铝及其合金焊丝MIG焊电弧成碟状 阴极清理区大电弧短 2 8mm 可以提高气体保护效果 降低焊缝产生气孔和裂纹的倾向 介于短路过渡与射滴过渡之间在亚射流过渡区中焊丝熔化系数随可见弧长的缩短而增大无焊缝起皱与短路过渡的区别 先有颈缩后短路 且短路时间短 短路电流小与射滴过渡的区别 有短路现象 61 二 保护气体1 惰性保护气体在MIG焊中 惰性保护气主要用作焊接有色金属及其合金 活性金属及其合金 高温合金的保护气 如铝及铝合金 氩气 Ar 应符合GB T4842 1995 纯氩 的要求 Ar气纯度 99 9 氩气是一种惰性气体 在高温下不分解吸热 不与金属发生化学反应 也不溶解于金属中 其比重比空气大 不易飘浮散失 而比热容和导热系数比空气小 这些性能使氩气在焊接时能起到良好的保护作用 氩气保护的优点是电弧燃烧非常稳定 进行熔化极焊接时焊丝金属很容易呈稳定的轴向射流过渡 飞溅极小 缺点是焊缝易成 指状 焊缝 62 氦气 He 应符合GB4844 2 1995 纯氦 的要求 99 99 氦气是惰性气体 电离电压高 焊接时引弧困难 由于氦气的比重比空气小 要有效地保护焊接区 需要的流量应比氩气大约高2 3倍 而且 氦气比较昂贵 所以一般很少使用 采用单一惰性气体作为保护气体是不能满足焊接结构生产需要的 在实际的焊接结构生产中 为了适应不同金属材料和焊接工艺的需要 经常采用惰性 Ar He 或活性混合气作为保护气体 MAG焊 以弥补用单一气体作保护气体时在某些性能上的不足 63 2 混合保护气体 1 Ar He优点 电弧功率大 温度高 熔深大 应用 可焊接导热性强 厚度大的有色金属及其合金 在焊接大厚度铝及铝合金时 可改善焊缝隙成形 减少气孔及提高焊接生产率 He所占的比例随着工件厚度的增加而增大 在焊接铜及合金时 He所占比例一般为50 70 64 另外 N2对于铜 合金 而言是惰性的 可以用Ar N2焊接铜 合金 最后 需要指出的是 现在对于铝 铜 合金 的焊接 已不再单纯限于用惰性气体 正越来越多地采用微量活性的混合气体 即铝 铜 合金 的焊接也正在由MIG向MAG焊发展 如奥地利Fronius公司铝合金角焊缝双面成形MIG焊用的四元混合气体就是微量活性气体 0 5 O2 8 CO2 26 5 He 65 Ar 65 2 Ar CO2 Ar O2这种混合气体具有一定的氧化性 一方面能降低液体金属的表面张力 具有熔滴细匀 电弧稳定 焊缝成形规则等特点 另一方面由于保护气体具有氧化性 可增加电弧的稳定性 同时也有利于增加液体金属的流动性 细化熔滴 改善焊缝成形 这种混合气体可用于钢的射流过渡或脉冲熔化极气体保护焊 对于不锈钢 高合金钢等一般可用Ar CO2 5 少加或不加CO2 但不能超过5 以减少不锈钢的晶间腐蚀倾向 或降低高合金钢的淬硬倾向 避免产生裂纹 焊接低碳钢及低合金钢 广泛应用Ar CO2 20 30 Ar 15 CO2 5 O2 有较好的熔深和焊缝成形 焊接质量好 66 三 焊接参数的选择 MIG焊的焊接参数有 焊丝直径 焊接电流 电弧电压 焊接速度 保护气流量 焊丝伸出长度和喷嘴直径等 1 焊丝直径 应根据焊件的厚度 焊接层次及位置 接缝间隙大小 所选熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定 细焊丝通常多用于短路过渡的薄板 全位置焊 粗丝多用于喷射过渡的中厚板的平位置填充 盖面焊 需要特别指出的是 铝合金的MIG焊对杂质敏感 而且铝的材质较软 为最大限度保证焊缝质量和送丝稳定可靠 追求选用尽可能粗的焊丝进行焊接 现在的技术已可以使铝合金MIG焊时 以粗丝焊薄板 如Fronius的全数字化焊机就可以用 1 2mm的铝焊丝MIG对接焊0 8mm的铝板 67 焊缝截面 下面是用冷金属过渡技术以 1 2mm的铝焊丝MIG对接焊0 8mm铝板的照片 68 焊缝正面 焊缝背面 实芯焊丝焊接 背面无保护 69 2 焊接电流应根据焊件的厚度 焊接层次及位置 焊丝直径大小 所需熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定 焊丝直径一定时 可以通过改变电流的大小来获得不同的熔滴过渡形式 铝合金MIG焊时各种熔滴过渡的参数区间可参考下图 注意图中电流是连续电流 而脉冲喷射过渡的电流是指它的平均电流 3 电弧电压短路过渡的电弧电压较低 喷射过渡的电弧电压相对较高 MIG焊时的I U关系可参考图5 10 70 4 焊接速度焊接速度要与焊接电流相匹配 尤其是自动焊时更应如此 铝合金焊接一般用较快的焊接速度 半自动焊常在5 60m h之间 自动焊约在25 150m h之间 铝合金对接条件下各种焊接位置的I V关系可参考下图 5 MIG焊所需的气体流量比TIG焊的要大 通常在30 60L min 喷嘴孔径也相应地应有所增加 有时甚至要用双层喷嘴 双层气流保护 同时要注意焊丝的伸出长度对保护效果 电弧稳定性和焊缝成形的影响 71 铝材T形接头MIG焊的焊接工艺参数 a 平焊b 立焊 横焊 仰焊 72 总结 MIG焊工艺参数选择的一般方法 板厚 然后 熔滴过渡形式 I 最后根据I配以合适的U V及气体流量 另外 对铝合金的MIG焊 1 坡口 角度可大至90 Al Cu的导热性好 要留足够的钝边 2 焊前清理 MIG焊对杂质非常敏感 对工件 焊丝均应进行严格的焊前清理并尽可能选用粗焊丝 用双主动轮送丝 3 建议尽量选用带脉冲的焊机 用脉冲电流焊接 若需单面焊双面成形时更应如此 并建议用衬垫或双脉冲焊接 注意背面保护 73 五 铝及铝合金焊接打磨工艺 1 焊前清理铝及铝合金表面存在一层致密而坚硬的氧化膜 熔点高达3000 以上 导电性很差 在焊接过程中会产生电弧不稳合气孔 因此焊接铝合金结构前 必须将其清除掉 清理的工艺过程如下 除油 除污处理铝合金材料在加工 运输 存储过程中 不可避免会沾上油污等赃物 这些有机物在高温下也会产生气孔等缺陷 在打磨过程中会使污染面进一步扩大 因此打磨前要先进行表面除油污的的处理 处理方法 将工业丙酮注入喷雾瓶内 使丙酮能够以喷雾状喷到铝合金表面上 然后用工业擦拭纸或布擦拭表面就可清洁表面的油污 74 五 铝及铝合金焊接打磨工艺 铝合金焊前打磨铝合金焊前打磨主要是为了清除铝合金焊接表面的氧化膜 氧化膜致密而坚硬 采用普通钢丝刷很难将其清除 因此刷子的钢丝一般采用 0 3mm以上的不锈钢丝 直径过大 过小均不合适 钢丝直径太大 打磨过承受力大 不稳 过小刷子寿命不长 打磨工具有两种类型 风动打磨和手动打磨 75 五 铝及铝合金焊接打磨工艺 2 焊缝修理 缺陷初级修理有缺陷的焊缝长度超过500mm时需要清除重焊 常用片刀和角向砂轮配合完成出不切除 精确修理焊缝精确修理焊缝主要有旋转锉修理和砂布环或千叶片修理方法 76 五 铝及铝合金焊接打磨工艺 3 焊缝磨平焊缝磨平一般采用面砂轮 面砂轮磨出的表面没有坑凹痕迹 如果采用千叶片磨大面 平度很差 在要求不高的前提下 也可以用千叶片配合角向砂轮完成此工作 大面磨平也可采用面砂轮配合面砂布的办法进行 4 化学清洗化学清洗主要是使用酸和碱等化学溶液清洗焊件 焊丝表面 使其与油 污 锈 垢 氧化膜发生化学反应 生成易容的物质 使焊件待焊表面 焊丝表面露出金属光泽 目前随着焊丝的制造技术的提高 焊丝化学清理已经没有必要 77 五 铝及铝合金常见焊接缺陷和控制方法 在焊接过程中 做到完全避免焊接缺陷是不可能的 一下主要介绍一下一些重点缺陷的定义和产生原因分析 气孔 外在原因导致的气孔 环境湿度导致的气孔 焊接保护不当导造成的气孔 油污 灰尘 赃物导致的气孔 操作不当导致的气孔 焊接参数导致的气孔 78 五 铝及铝合金常见焊接缺陷和控制方法 内在原因导致的气孔 焊丝含氢量高导致的气