鋁合金焊工理論培訓(xùn)

1、編制 姜英祿 能夠掌握鋁合金的焊接特點(diǎn)，合理選擇焊接材料、焊接工藝，以提高鋁合金的焊接質(zhì)量。目目 錄錄第一節(jié) 鋁合金概述一、鋁合金的分類(lèi)和牌號(hào)二、鋁合金的特性第二節(jié) 鋁合金的焊接特點(diǎn)及工藝一、鋁合金的焊接特點(diǎn)二、鋁合金焊接方法三、鋁合金焊接材料四、鋁合金焊接保護(hù)氣體五、鋁合金TIG焊用鎢極六、鋁合金對(duì)接焊坡口七、焊前準(zhǔn)備及焊后處理八、鋁合金的焊接工藝第三節(jié) 鋁合金的工藝評(píng)定一、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)二、試板鋁及鋁合金變形鋁工業(yè)純鋁熱處理強(qiáng)化鋁合金鑄造鋁合金非熱處理強(qiáng)化鋁合金 （防銹鋁合金）Al-Mg合金Al-Mn合金鍛鋁Al-Cu-Mg-Si合金硬鋁Al-Cu-Mg合金 Al-Cu-Mn合金超硬鋁Al-Zn

2、-Mg-Cu合金工業(yè)純鋁 1A85、1050A、1060和1200。 Al-Cu合金 2014。 Al-Mn合金 3003和3004。Al-Si合金 4003Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5058和5086。 Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。Al-Zn-Mg-Cu合金 7系 鋁（Al）的密度為2.7g/cm3，比銅輕2/3，鋁為銀白色的輕金屬，熔點(diǎn)為658，電導(dǎo)率僅次于金、銀、銅而位居第四位。純鋁具有面心立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，沒(méi)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，塑性好，無(wú)低溫脆性轉(zhuǎn)變，但強(qiáng)度低。鋁合金的線脹系數(shù)較大。 鋁在空氣和氧化性水溶液介質(zhì)中，其表面較易產(chǎn)生致密的氧化鋁

3、鈍化膜，它在一些氧化性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。在高溫濃硝酸中，純鋁的耐蝕性?xún)?yōu)于不銹鋼。鋁材常作為耐蝕容器材料。 對(duì)一些腐蝕性不太強(qiáng)，但要求防鐵污染的介質(zhì)，如化纖生產(chǎn)介質(zhì)等，鋁有較好的耐蝕性，而且沒(méi)有鐵污染物料，因此，鋁材常作為防鐵污染的容器的材料。其他有色金屬容器也能防鐵污染，但鋁最便宜 鋁是面心立方晶格，沒(méi)有同素異構(gòu)體，低溫下不存在像鐵素體鋼那樣的脆性轉(zhuǎn)變，鋁容器的最低設(shè)計(jì)溫度可達(dá)-269。鋁材常作為低溫容器的材料。鋁鎂合金中的鎂含量較高時(shí)，會(huì)以金屬間化合物Mg2Al3和Mg5Al8在晶間析出，使鋁鎂合金在某些介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕敏感性，只有在65以下使用才不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，因此含鎂量超過(guò)了3

4、的鋁鎂合金規(guī)定設(shè)計(jì)溫度不超過(guò)65。析出相過(guò)多也會(huì)降低沖擊韌性，因此含鎂量超過(guò)3的鋁鎂合金及其焊接接頭應(yīng)檢驗(yàn)沖擊韌性。其他鋁和鋁容器，包括低溫鋁容器均不要求進(jìn)行沖擊韌性檢驗(yàn) 由于鋁鎂硅合金固溶時(shí)效狀態(tài)強(qiáng)度高，塑性也較好，焊接性好，焊接接頭在焊后狀態(tài)仍能保持較高的強(qiáng)度，因而常用作容器用高強(qiáng)度鋁合金。鋁，特別是純鋁的規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力很低，在小的載荷下即會(huì)產(chǎn)生塑性變形。鋁容器在使用與運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)留意碰撞變形 為了得到好的塑性，純鋁、鋁錳合金和鋁鎂合金的變形鋁材都只在退火狀態(tài)或熱作狀態(tài)使用，不采用冷作狀態(tài)。熱作狀態(tài)鋁的焊接接頭，焊接熱對(duì)熱影響區(qū)有退火作用，因而其許用應(yīng)力也只取退火狀態(tài)鋁材的許用應(yīng)力。只有

5、鋁鎂硅合金和鋁銅合金的鋁材才采用固溶時(shí)效狀態(tài)，以保證其高強(qiáng)度。 由于鋁合金的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，熱導(dǎo)率很大，容易造成鋁合金產(chǎn)生未熔合缺陷，在焊接生產(chǎn)中的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)：主要問(wèn)題1.鋁的比熱和熱導(dǎo)率比鋼大2.線膨脹系數(shù)較大3.鋁和氧的親和力大4.容易產(chǎn)生氣孔5.鋁合金熔化時(shí)無(wú)色澤變化6.焊接熱裂紋7.焊接接頭的等強(qiáng)性8.焊接接頭的耐蝕性 鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，天生的氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定，不易往除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易天生夾渣、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

6、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，往除氧化膜。氣焊時(shí)，采用往除氧化膜的焊劑。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”。 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明顯，為了獲得高質(zhì)量的焊接接頭，

7、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。 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)輕易產(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。在耐蝕性答應(yīng)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，活動(dòng)性明顯進(jìn)步，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56時(shí)可不產(chǎn)生熱裂，因而采用SAlSi條(硅含量456)焊絲會(huì)有更好的抗裂性

8、。 鋁對(duì)光、熱的反射能力較強(qiáng)，固、液轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，沒(méi)有明顯的光彩變化，焊接操縱時(shí)判定難。高溫鋁強(qiáng)度很低，支撐熔池困難，輕易焊穿。 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。弧柱氣氛中的水分、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。合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能下降。 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。鋁為面心立方晶格，沒(méi)有同素異構(gòu)體，加熱與冷卻過(guò)程中沒(méi)有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過(guò)相變來(lái)細(xì)化晶粒。 鋁及鋁合金焊絲的選用除

9、考慮良好的焊接工藝性能外，按容器要求應(yīng)使對(duì)接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性(通過(guò)彎曲試驗(yàn))達(dá)到規(guī)定要求，對(duì)含鎂量超過(guò)3的鋁鎂合金應(yīng)滿(mǎn)足沖擊韌性的要求，對(duì)有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應(yīng)達(dá)到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則： 1）純鋁焊絲的純度一般不低于母材； 2）鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材相應(yīng)或相近； 3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等)的含量一般不低于母材； 4）異種鋁材焊接時(shí)應(yīng)按耐蝕較高、強(qiáng)度高的母材選擇焊絲； 5）不要求耐蝕性的高強(qiáng)度鋁合金(熱處理強(qiáng)化鋁合金)可采用異種成分的焊絲，如抗裂性好的鋁硅合金焊絲SAlSi一1等(留意強(qiáng)度可能低于母材)。保護(hù)氣體為氬氣、氦氣

10、或其混合氣。交流加高頻TIG焊時(shí)，采用大于999純氬氣，直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時(shí)，板厚75 mm時(shí)推薦采用添加5075氦氣的氬氣。氬氣應(yīng)符合GBT 4842?995純氬的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足，不能使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(diǎn)和沸點(diǎn)高，不易熔化揮發(fā)，電極燒損及尖真?zhèn)€污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加進(jìn)12氧化釷的電極為釷鎢極，電子發(fā)射能力強(qiáng)，答應(yīng)的電流密度高，電弧燃燒較穩(wěn)定，但釷元素具有一定的放射性，使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。在純鎢中加進(jìn)1.82.2的氧化鈰(雜質(zhì)0.1)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學(xué)穩(wěn)定性高，

11、答應(yīng)電流密度大，無(wú)放射性，是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬，尖端易保持半球形，適用于交流焊接。（1)機(jī)械清理 先用有機(jī)溶劑（汽油或丙酮）擦拭待焊處的表面，細(xì)銅絲刷或不銹鋼絲刷、各種刮刀，將待焊處的表面刷凈。 機(jī)械清理方法主要適用：去除鋁合金表面的氧化膜、各種銹蝕在鋁合金表面的污染，以及在軋制生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氧化皮等。常用于大尺寸的焊件表面、焊接生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、多層焊接、以及經(jīng)過(guò)化學(xué)清理后又被污染的焊件清理。1.焊前清理焊前清理主要有機(jī)械清理和化學(xué)清理兩種方法。1.焊前清理 鋁及鋁合金焊接時(shí)，焊前應(yīng)嚴(yán)格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質(zhì)量直接影響焊接工藝與接頭質(zhì)量，如焊

12、縫氣孔產(chǎn)生的傾向和力學(xué)性能等。常采用化學(xué)清洗和機(jī)械清理兩種方法1.焊前清理（1)化學(xué)清理 化學(xué)清洗效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產(chǎn)的工件?？捎媒捶ê筒料捶▋煞N。可用丙酮、汽油、煤油等有機(jī)溶劑表面往油，用4070的510NaOH溶液堿洗3 min7 min(純鋁時(shí)間稍長(zhǎng)但不超過(guò)20 min)，活動(dòng)凈水沖洗，接著用室溫至60的30HNO3溶液酸洗1 min3 min，活動(dòng)凈水沖洗，風(fēng)干或低溫干燥。1.焊前清理純鋁純鋁6 6101040405050101020202 23030室溫室溫2 23 32 2風(fēng)干或風(fēng)干或100100150150鋁合金鋁合金6 610105050707

13、03 37 72 23030室溫室溫2 23 32 2風(fēng)干或風(fēng)干或100100150150被清被清洗材洗材料料（1)化學(xué)清理 1.焊前清理（2)機(jī)械清理 在工件尺寸較大、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、多層焊或化學(xué)清洗后又沾污時(shí)，常采用機(jī)械清理。先用丙酮、汽油等有機(jī)溶劑擦試表面以除油，隨后直接用直徑為0.15 mm0.2 mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金屬光澤為止。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時(shí)進(jìn)進(jìn)熔池產(chǎn)生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。機(jī)械清理方法主要適用：去除鋁及鋁合金表面的氧化膜、各種銹蝕在鋁及鋁合金表面的污染，以及在軋制生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氧化皮等。常用于

14、大尺寸的焊件表面、焊接生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、多層焊接、以及經(jīng)過(guò)化學(xué)清理后又被污染的焊件清理。1.焊前清理工件和焊絲經(jīng)過(guò)清洗和清理后，在存放過(guò)程中會(huì)重新產(chǎn)生氧化膜，特別是在濕潤(rùn)環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長(zhǎng)得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時(shí)間應(yīng)盡量縮短，在天氣濕潤(rùn)的情況下，一般應(yīng)在清理后4 h內(nèi)施焊。清理后如存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(如超過(guò)24 h)應(yīng)當(dāng)重新處理。2.焊接墊板 在焊縫的背面用墊板來(lái)托住熔化、軟化的鋁合金焊件，墊板的材料有不銹鋼、石墨和碳鋼等。 鋁及鋁合金在高溫時(shí)強(qiáng)度很低，液態(tài)鋁的活動(dòng)性能好，在焊接時(shí)焊縫金屬輕易產(chǎn)生下塌現(xiàn)象。為了保證焊透而又不致塌陷，焊接時(shí)常采用墊

15、板來(lái)托住熔池及四周金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板表面開(kāi)一個(gè)圓弧形槽，以保證焊縫反面成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要求焊接操縱熟練或采取對(duì)電弧施焊能量嚴(yán)格自動(dòng)反饋控制等先進(jìn)工藝措施薄、小鋁件一般不用預(yù)熱，厚度10 mm15 mm時(shí)可進(jìn)行焊前預(yù)熱，根據(jù)不同類(lèi)型的鋁合金預(yù)熱溫度可為100200，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預(yù)熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷3.焊前預(yù)熱鑒別溫度的方法用TEMPILSTIK溫度測(cè)試蠟筆用氧乙炔火焰的強(qiáng)碳化焰噴焊件的待焊處4.焊后清理 焊后清理 焊后留在焊縫及四周的殘存焊劑和焊渣等會(huì)破壞鋁表面的鈍化膜，有時(shí)還會(huì)腐蝕鋁件，應(yīng)清

16、理干凈。外形簡(jiǎn)單、要求一般的工件可以用熱水沖洗或蒸氣吹刷等簡(jiǎn)單方法清理。要求高而外形復(fù)雜的鋁件，在熱水中用硬毛刷洗擦后，再在6080左右、濃度為23的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗5 min10 min，并用硬毛洗擦刷，然后在熱水中沖洗擦滌，用烘箱烘干，或用熱空氣吹干，也可自然干燥。4.焊后清理 焊后熱處理 鋁容器一般焊后不要求熱處理。假如所用鋁材在容器接觸的介質(zhì)條件下確有明顯的應(yīng)力腐蝕敏感性，需要通過(guò)焊后熱處理以消除較高的焊接應(yīng)力，來(lái)使容器上的應(yīng)力降低到產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的臨界應(yīng)力以下，這時(shí)應(yīng)由容器設(shè)計(jì)文件提出特別要求，才進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理。如需焊后退火熱處理，對(duì)于純鋁、5052、5086

17、、5154、5454、5A02、5A03、5A06等，推薦溫度為345；對(duì)于2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等，推薦溫度為415；對(duì)于2017、2A11、6A02等，推薦溫度為360，根據(jù)工件大小與要求，退火溫度可正向或負(fù)向各調(diào)2030，保溫時(shí)間可在0.5 h2 h之間。（1）點(diǎn)焊和縫焊的工藝要點(diǎn)點(diǎn)焊和縫焊的工藝要點(diǎn)1）多用于搭接接頭，厚度在4mm以下，間隙每100mm長(zhǎng)，間 隙不大于0.3mm。2）采用鍛壓和二次脈沖電流的焊接參數(shù)3）鋁合金板材各個(gè)焊點(diǎn)之間，要有間隙。(鋁合金點(diǎn)焊最小的搭邊寬度、焊點(diǎn)間距和排

18、間距見(jiàn)表3-21。)4）點(diǎn)焊剛度較大的焊件時(shí)，焊前應(yīng)對(duì)焊件采取預(yù)壓力的措施。5）塑性較好的合金焊接時(shí)，應(yīng)采用小的焊接壓力。6）適當(dāng)增加焊接壓力和焊接時(shí)間，可以防止焊接飛濺。7）鋁合金焊接時(shí)，滾盤(pán)電極的壓力與焊接同樣厚度的低碳鋼的壓力接近，焊接速度比鋼的焊接速度低，并且隨著焊件的厚度的增加而減小。8）鋁合金焊前進(jìn)行清理后，在空氣中存放時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)。9）縫焊參數(shù)的選擇原則上與點(diǎn)焊相同，但是，縫焊盡量選用硬參數(shù)，即：縫焊的電流比點(diǎn)焊的電流要大20%30%、通電時(shí)間要減小30%50%、而電極壓力要增大10%25%。1.氬弧焊（TIG焊） (2)熔化極氬弧焊工藝要點(diǎn) 焊接電流大，熱量集中，熔深大，焊接速度相應(yīng)地增加，生產(chǎn)率比手工鎢極氬弧焊提高近20倍，適用于中等厚度較規(guī)則的縱焊縫、環(huán)焊縫及平焊位置的鋁合金的焊接。 (3)焊接參數(shù) 手工鎢極氬弧焊接參數(shù)見(jiàn)表3-18。純鋁、鋁鎂合金焊接參數(shù)見(jiàn)表3-19。純鋁、鋁鎂合金、硬鋁自動(dòng)熔化極氬弧焊的焊接參數(shù)見(jiàn)表3-20。2.氬弧焊（TIG焊） (1)手工鎢極氬弧焊工藝要點(diǎn) 手工鎢極氬弧焊（手工TIG焊）焊接方法適用于焊接0.55.0mm的鋁合金焊件，機(jī)械化鎢極氬弧焊可以焊接112mm的環(huán)縫或縱縫。 1）引弧要點(diǎn)：鋁合金手工鎢極氬弧