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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划焊接铝材料工具铝及铝合金零件的焊接工艺方法【摘要】铝及铝合金材料密度低,强度高,热电导率高,耐腐蚀能力强,具有良好的物理特性和力学性能,因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。长期以来,由于焊接方法及焊接工艺参数的选取不当,焊接时的常出现缺陷,本文介绍了此类金属零件焊接时的工艺步骤及其焊接参数的选取。【关键词】铝合金焊接加工工艺铝及铝合金材料密度低,强度高,热电导率高,耐腐蚀能力强,具有良好的物理特性和力学性能,因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。长期以来,由于焊接方法及焊接工艺参数的选
2、取不当,造成铝合金零件焊接后因应力过于集中产生严重变形,或因为焊缝气孔、夹渣、未焊透等缺陷,导致焊缝金属裂纹或材质疏松,严重影响了产品质量及性能。1铝合金材料特点铝是银白色的轻金属,具有良好的塑性、较高的导电性和导热性,同时还具有抗氧化和抗腐蚀的能力。铝极易氧化产生三氧化二铝薄膜,在焊缝中容易产生夹杂物,从而破坏金属的连续性和均匀性,降低其机械性能和耐腐蚀性能。常见铝合金母材和焊丝的化学成分及机械性能见表1。2铝合金材料的焊接难点(1)极易氧化。在空气中,铝容易同氧化合,生成致密的三氧化二铝薄膜(厚度约m),熔点高(约2050),远远超过铝及铝合金的熔点(约600左右)。氧化铝的密度/cm3,
3、约为铝的倍,氧化铝薄膜的表面易吸附水分,焊接时,它阻碍基本金属的熔合,极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷,引起焊缝性能下降。(2)易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢,由于液态铝可溶解大量的氢,而固态铝几乎不溶解氢,因此当熔池温度快速冷却与凝固时,氢来不及逸出,容易在焊缝中聚集形成气孔。氢气孔目前难于完全避免,氢的来源很多,有电弧焊气氛中的氢,铝板、焊丝表面吸附空气中的水分等。实践证明,即使氩气按GB/T4842标准要求,纯度达到%以上,但当水分含量达到20ppm时,也会出现大量的致密气孔,当空气相对湿度超过80%时,焊缝就会明显出现气孔。(3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀
4、系数和结晶收缩率约比钢大两倍,易产生较大的焊接变形的内应力,对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。(4)铝的导热系数大(纯铝卡/)。约为钢的4倍,因此,焊接铝和铝合金时,比焊钢要消耗更多的热量。(5)合金元素的蒸发的烧损。铝合金中含有低沸点的元素(如镁、锌、锰等),在高温电弧作用下,极易蒸发烧损,从而改变焊缝金属的化学成分,使焊缝性能下降。(6)高温强度和塑性低。高温时铝的强度和塑性很低,破坏了焊缝金属的成形,有时还容易造成焊缝金属塌落和焊穿现象。(7)无色彩变化。铝及铝合金从固态转为液态时,无明显的颜色变化,使操作者难以掌握加热温度。3铝合金材料焊接的工艺方法(1)焊前准备采用化学或机械方法,
5、严格清理焊缝坡口两侧的表面氧化膜。化学清洗是使用碱或酸清洗工件表面,该法既可去除氧化膜,还可除油污,具体工艺过程如下:体积分数为6%10%的氢氧化钠溶液,在70左右浸泡水洗体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡1min进行中和处理水洗温水洗干燥。洗好后的铝合金表面为无光泽的银白色。机械清理可采用风动或电动铣刀,还可采用刮刀、锉刀等工具,对于较薄的氧化膜也可用的铜丝刷打磨清除氧化膜。清理好后立即施焊,如果放置时间超过4h,应重新清理。(2)确定装配间隙及定位焊间距施焊过程中,铝板受热膨胀,致使焊缝坡口间隙减少,焊前装配间隙如果留得太小,焊接过程中就会引起两板的坡口重叠,增加焊后板面不平度和变形量;相
6、反,装配间隙过大,则施焊困难,并有烧穿的可能。合适的定位焊间距能保证所需的定位焊间隙,因此,选择合适的装配间隙及定位焊间距,是减少变形的一项有效措施。根据经验,不同板厚对接缝较合理的装配工艺参数如表2。(3)选择焊接设备目前市场上焊接产品种类较多,一般情况下宜采用交流钨极氩弧焊(即TIG焊)。它是在氩气的保护下,利用钨电极与工件问产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。该焊机工作时,由于交流电流的极性是在周期性的变换,在每个周期里半波为直流正接,半波为直流反接。正接的半波期间钨极可以发射足够的电子而又不致于过热,有利于电弧的稳定。反接的半波期间工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而获得表面
7、光亮美观、成形良好的焊缝。(4)选择焊丝一般选用301纯铝焊丝及311铝硅焊丝。(5)选取焊接方法和参数一般以左焊法进行,焊炬和工件成60角。焊接厚度15mm以上时,以右焊法进行,焊炬和工件成90角。焊接壁厚在3mm以上时,开V形坡口,夹角为6070,间隙不得大于1mm,以多层焊完成。壁厚在以下时,不开坡口,不留间隙,不加填充丝。焊固定管子对接接头时,当管径为200mm,壁厚为6mm时,应采用直径为34mm的钨极,以220240A的焊接电流,直径为4mm的填充焊丝,以12层焊完。根据经验,在铝及铝合金焊接时,其适用的焊接参数如表3所示。参考文献1罗树方.焊接手册一一焊接方法及设备(第二版)第1
8、篇第5章M.北京:机械工业出版社,XX.2周万盛.焊接手册一一材料的焊接(第二版)第3篇第12章M.北京:机械工业出版社,XX.3霍立兴.焊接结构的断裂行为及评定M.北京:机械工业出版社,XX.4库德良绍夫、斯莫连采夫苏联,高云震等译.铝合金断裂韧性M.北京:冶金工业出版社,5贺岩松.汽车铝合金零部件的焊接.专用汽车,6Begley,FractureandToughness,ASTMSTP514(1972),1-20.7刘玉东.小议现代焊接工艺中常用的几种铝合金焊接方法.今日科苑,铝材的焊接方法简述1、最适合焊接铝材的是拉丝式焊枪，如果你无法使用这种焊枪的话，尽量使用最短的焊枪以便保持焊枪的笔
9、直；只能使用氩气作为保护气体；在焊接铝材的时候只能使用推枪手法。2、如果你发现有送丝问题，可以试一试尺寸比焊丝大一号的导电头。3、焊铝时最常用的焊丝是较软的标准焊丝。而另一种则要硬一些(较容易送丝)，它主要用于硬度和强度要求更高的焊接操作中。4、在焊接开始前要做好铝材表面氧化层的清除工作，使用专用的不锈钢刷来清除氧化层。5、焊接结束时填充好弧坑以防止裂缝。一个办法就是在焊后将焊枪在熔池中停留数秒。母材准备：要焊接铝材，焊工必须小心的清洁好母材，要用油剂或者溶剂清除铝材表面的任何氧化物和碳氢化合物的污染。铝材表面的氧化物融化温度在华氏3700度，而其下面的铝制母材在华氏1200度就会融化。因此，
10、残留任何氧化物在铝制母材的表面将会制约填充金属的对加工件的穿透性。要清除铝材表面的氧化物，可以使用不锈钢的钢丝毛刷或者溶剂腐蚀的方法。在使用不锈钢毛刷的时候，只能往一个固定的方向刷除。小心不要太用力和不仔细：粗暴的动作会造成氧化物嵌入铝制母材。同时，只在铝材表面使用不锈钢刷，不要使用在不锈钢或者碳钢上使用过的刷子。在使用化学溶剂的方法的时候，要确保焊接前将溶剂清除干净。要最大程度的用油剂或者溶剂的方法减小碳氢化合物的不良影响，还要使用去油剂。同时要确保去油剂不含任何碳氢化合物。预热：预热铝制加工件能够帮助避免焊接裂缝的产生。预热温度不应该超过华氏230度，要使用温度计监测温度以防止过热。另外，
11、将间断焊放在焊接区域的开始和结尾处能帮助加强预热效果。焊工还应该在焊接薄材的时候预热一片厚的铝材。处理速度：铝材焊接的过程需要“高温高速”的处理。不同于钢材，铝材的较高的热导性需要使用温度更高的电流电压设定和更高的焊接速度。如果焊接速度太慢，将会有过多的焊接穿透，特别是在焊接薄材的时候。保护气体：氩气由于其优异的清洁性能，被作为最常用的铝材焊接保护气体。在焊接5XXX-系列的铝合金的时候，使用的保护气体是氩气和氦气的混合气体。最多75%的氦气的比例能达到减小镁氧化物影响的最佳效果。焊丝：选择和母材熔点相近的铝制填充金属丝。焊工越能限制金属的融化范围，焊接合金就越容易。要用直径3/64-或者1/
12、16英寸的填丝。填充金属丝的直径越大越容易送丝。要焊接薄型材料，用英寸直径的焊丝加上脉冲焊接的处理工序，低速送丝，效果就会很理想了。凹面材料焊接：在铝材焊接中，火花飞溅会导致焊接失败。裂缝是导致从铝材高速的热膨胀到大量冷却造成的收缩的后果。焊接裂缝的风险在焊接凹面材料的时候最大，因为材料表面小坑会收缩，冷却的时候就会造成材料的撕裂。因此，焊工应该制造出凸面形状的坑，凸面就会补偿焊接时造成的收缩。电源选择：在选择焊接铝材的气体金属弧焊机的电压的时候，首先需要考虑的是熔滴过渡飞溅或者脉冲的问题。恒定电流和恒定电压的电焊机可以被用来喷射弧焊。喷射弧是将焊条上很小的熔化金属滴通过焊弧喷射到母材上面。在
13、焊接厚铝材的应用中要求焊接电流超过350安的恒定电流，这才能达到最好的效果。脉冲过渡通常是在逆变电源的支持下进行的。新型的电源包含内建的脉冲程序。在气体金属弧焊脉冲的时候，每次电流脉冲就有一滴填充金属从焊条过渡到加工件，这个处理过程中，会产生正极的熔滴过渡，达到较少的飞溅和较高焊接速度的效果。使用脉冲气体金属弧焊工艺来焊接铝材的时候，热输入的控制也更好，还能够轻松的进行错位焊接，让焊工以较低的送丝速度和较低的电流来进行薄材的焊接。送丝机：首选的在长距离送软铝丝的方法是推挽式送丝，这种方法使用封闭的送丝机构来保护焊丝不受环境影响。在送丝机构里面的恒定扭矩和变速电机负责送丝动力，同时引导焊丝通过焊
14、枪，达到恒定的出力和速度。焊枪的高扭矩电机拉动焊丝，保证送丝速度和焊弧的协调一致。有的焊工使用同样的送丝机来输送钢丝和铝丝。在这样的情况下，使用塑料或者尼龙的衬垫能帮助达到顺滑和协调一致的送丝效果。在具体焊接的时候，尽量保持焊枪线缆的笔直来减小送丝阻力。仔细检查主动辊和引导管之间的同轴度，防止铝材刮花。使用为铝材而设计的主动辊。将主动辊设定紧一些来达到不变的送丝速度。过紧的设定会导致焊丝的变形和不稳定的送丝：而太松的话，就会导致不稳定的送丝。两种情况都会直接导致焊弧和焊接多孔性的不稳定。焊枪：使用分别不同的焊枪衬垫来焊接铝材。要防止焊丝被扰乱，可以尝试同时收紧衬垫的两头，进而消除衬垫和气体发散
15、器之间的缝隙。经常更换衬垫可以减小铝材粗糙表面的潜在氧化物对送丝造成的不良影响。在焊接电流超过200安的时候，要使用水冷焊枪来冷却，减少送丝的困难。铝合金MIG焊接工艺研究及应用高强铝合金具有很高的室温强度及良好的高温和超低温性能，广泛应用于航空、航天及其它运载工具的结构材料，如：运载火箭的液体燃料箱、超音速飞机和汽车的结构件以及轻型战车的装甲等。目前常用于铝合金连接的主要焊接方法有：交流钨极氩弧焊(TIG)和直流反极性熔化极气体保护焊(MIG)。TIG焊由于采用交流电，钨极烧损严重，限制了所使用的焊接电流，而且此法熔深能力弱，因此只适用于薄件铝合金的焊接。MIG焊包括连续电流焊接和脉冲电流焊接。MIG焊时，焊丝做为阳极，可采用比TIG焊更大的焊接电流，电弧功率大，焊接效率高，故特别适合于中厚板铝合金的焊接。实验研究发现，在铝合金MIG焊时，脉冲电流焊接优于连续电流焊接，它提高了铝合金焊缝金属的强度、塑性和疲劳寿命。为进一步提高电弧的稳定性、改善焊缝成形和增加熔深以及厚板铝合金的高效焊接，近几年国外发展了单丝复合脉冲MIG焊和双丝TandemMIG焊方法，本文针对30mm厚的7A5
