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铝合金焊接保护措施
1、焊前用化学+机械的方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物,顺序是先化学清洗,后机械打磨;
2、焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护;
3、在气焊时,采用熔剂,在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。
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0.1-0.2μm),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3.95-4.10g/cm3,约为铝的1.4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、焊丝表面氧化膜吸附空气中的水分等。实践,即使氩气按GB/T4842标准要求,纯度达到99.99% 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,如果不采取加热等措施,焊缝就会明显出现气孔。同时,采用小电流慢速焊,加大焊缝冷却时间,并利用焊丝电弧进行熔池搅动,可以较好的帮助气体排出熔池。
(3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀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0.538卡/Cm.s.℃)。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
焊前预备
(1)焊前清理 铝及铝合金焊接时,焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污,清除质量直接影响焊接工艺与接头质量,如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。
1)化学清洗 化学清洗,质量稳定,适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。可用、汽油、煤油等表面往油,用40℃~70℃的5%~10%NaOH溶液碱洗3 min~7 min(纯铝时间稍长但不超过20 min),活动净水冲洗,接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1 min~3 min,活动净水冲洗,风干或低温干燥。
2)机械清理 在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时,常采用机械清理。先用、汽油等擦试表面以除油,随后直接用直径为0.15 mm~0.2 mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷,刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨,以免砂粒留在金属表面,焊接时进进熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。
工件和焊丝经过清洗和清理后,在存放过程中会重新产生氧化膜,特别是在湿润环境下,在被酸、碱等蒸气污染的环境中,氧化膜成长得更快。因此,工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的存放时间应尽量缩短,在天气湿润的情况下,一般应在清理后4 h内施焊。清理后如存放时间过长(如超过24 h)应当重新处理。
(2)垫板 铝及铝合金在高温时强度很低,液态铝的活动性能好,在焊接时焊缝金属轻易产生下塌现象。为了焊透而又不致塌陷,焊接时常采用垫板来托住熔池及四周金属。垫板可采用石墨板、不锈钢板、碳素钢板、铜板或铜棒等。垫板表面开一个圆弧形槽,以焊缝成型。也可以不加垫板单面焊双面成型,但要求焊接操纵熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等工艺措施。
(3)焊前预热 薄、小铝件一般不用预热,厚度10 mm~15 mm时可进行焊前预热,根据不同类型的铝合金预热温度可为100℃~200℃,可用氧一乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷。
1070纯铝焊丝,铝含量≥99.5%,有的抗腐蚀性能,很高的导热与导电性能,以及的可加工性能。对经阳极化处理 的材料,需要配色时十分理想,推荐用于焊接1000系列铝合金。 典型化学成份:Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003,AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食 品等行业。 执行GB10858-89标准铝及铝合金焊丝广泛应用于铝及铝合金氩弧焊及氧 -乙炔气焊时作填充材料。 焊丝的选择,主要根据母材的种类,对接头的抗裂性能、力学性能及抗腐蚀性能等方面的要求综合考虑
铝材具有的物理特性和力学性能,其密度低、强度高、热导率高、电导率高,耐蚀能力强。铝材广泛用于容器、机械、电力、化工、航空、航天等焊接结构的产品上。
(一)铝材的分类及牌号表示方法
1. 铝材的分类
(1)按有无合金成分,铝材分为纯铝及铝合金。铝合金按合金系列又分为Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等。
(2)按压力加工能力,可分为变形铝和非变形铝(例如:铸铝)。
(3)按能否热处理强化,铝合金又分为非热处理强化铝和热处理强化铝。铝没有同素异构体,纯铝、铝锰合金、铝镁合金等不可能通过热处理相变来进步强度。但是,铝铜和铝镁硅等合金可通过固溶时效析出强化相进步强度,称为可热处理强化铝。不能通过固溶时效析出强化相进步强度的称为不可热处理强化铝。
2. 牌号表示方法和状态代号
(1)四位数字体系牌号命名方法 1997年1月1号,我国开始实施GB/T16474?996《变形铝和铝合号表示方法》标准。新的牌号表示方法采用变形铝和铝合金国际牌号注册组织推荐的国际四位数字体系牌号命名方法,例如产业纯铝有1070、1060等,Al-Mn合金有3003等,Al-Mg合金有5052、5086等。
(2)四位字符体系牌号命名方法 1997年1月1号前,我国采用前苏联的牌号表示方法。一些老牌号的铝及铝合金化学成分与国际四位数字体系牌号不完全吻合,不能采用国际四位数字体系牌号代替,为保存国内现有的非国际四位数字体系牌号,不得不采用四位字符体系牌号命名方法,以便逐步与国际接轨。例如:老牌号LF21的化学成分与国际四位数字体系牌号3003不完全吻合,于是,四位字符体系表示的牌号为3A21。
四位数字体系和四位字符体系牌号个数字表示铝及铝合金的种别,其含义如下:
1)1XXX系列枣产业纯铝;
2)2XXX系列枣Al-Cu、Al-Cu-Mn合金,;
3)3XXX系列枣Al-Mn合金;
4)4XXX系列枣Al-Si合金;
5)5XXX系列枣Al-Mg合金;
6)6XXX系列枣Al-Mg-Si合金;
7)7XXX系列枣Al-Mg-Si-Cu合金;
8)8XXX系列枣其它。
铝及铝合金在现代工程技术所用的各种材料中占有举足轻重的地位,它在世界年产量仅次于钢铁而居第二位,在有色金属中则居位。如果说铝合金初是在航空工业中崭露头角的话,那么近几十年来,除航空工业外,在航天、汽车、船舶、桥梁、机械制造、电工、化学工业及低温装置中已大量应用铝及铝合金,以制造各种部件、油箱、耐蚀容器及导线等。目前铝合金焊接结构中应用广的是防锈铝合金,即铝镁合金和铝锰合金。
▷保护气体的选择◁
焊接时所用的保护气体有惰性气体氩气(Ar)和氦气(He),生产上普遍使用氩气。用于焊接铝及铝合金的氩气满足下列纯度(体积分数)要求:氩气大于99.99%,氦气小于0.04%,氧气小于0.03%,水的质量分数小于0.07%。目前国内生产的氩气,其纯度一般能达到此要求,故在使用前不需再进行提纯处理。
▷钨电极的选用◁
氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。纯钨极的熔点和沸点高,不容易熔化挥发,但电子发射能力比钍钨、铈钨要差。在纯钨中加入质量分数为1.0%~2.0%的氧化钍(Tho)电极称为钍钨极。它的电子发射能力强,允许的电流密度高,电弧燃烧稳定。
▷溶剂的选择◁
在气焊、碳弧焊过程中,熔化的金属表面极易氧化而形成氧化膜,为焊接质量,用熔剂去除氧化膜及其他杂质。气焊、碳弧焊用的熔剂是各种钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
▷焊丝的选用◁
在铝合金材料的焊接过程中,铝合金用焊丝的选用至关重要,选取前应该了解以下内容:
•是否所有的铝合金材料都可用作焊接填充合金?
•是否所有的铝合金都可以焊接?
•应避免发生的缺陷有哪些?
•如何选择焊接填充合金?
•选择时应当考虑的标准是什么?
▷铝合金系列需要了解◁
选择什么样的焊丝?
一种母材可以用多种铝合金焊材完成焊接 ,如5083-5083的焊接:可用 5356,5183,5556 等焊丝。但是每一种焊丝得到的焊接接头可能只能在某一个性能方面是佳的。选择佳的焊丝时,主要应考虑焊接件的终使用性能。整体来说,主要考察以下几个性能指标:
总之,选择铝合金焊丝过程中,只有在对铝件焊接及其应用中的许多相关变量进行了充分分析后,才能选择出合适的合金填料。
铝及铝合金焊接规程详解
本规程规定了铝及铝合金焊接的基本要求,适用于铝及的手工钨极氩弧焊或气焊或熔化极氩弧焊等焊接的铝及铝合金制单层容器、衬铝容器的铝焊接工艺。
一、焊接用材料:
1.焊接用氩气纯度≥99.99%,≤-55℃,并应符合GB/T4842或GB10624的规定。当瓶装氩气的压力≤0.5Mpa时不宜使用。(氩气内含氮量≥0.04%,否则焊缝表面上会产生淡或草绿色的氮化镁及气孔;含氧量≥0.03%,否则熔池表面上可发现密集的黑点、电弧不稳和飞溅较大;含水量≥0.07%,熔池将沸腾并焊缝内产生气孔)。
2.手工钨极氩弧焊电极采用铈钨电极。电极直径应根据焊接电流大小来选择(使用时一般比焊接电流所要求的规格大一号的钨极),电极端部应为半球形(制作半球形方法:用比焊接电流所要求的规格大一号的钨极,将端部磨成锥形,垂直夹持电极,用比所用钨极要求的电流大20~30A的电流在试板上起弧并维持几秒钟,钨极端头即呈半球形。如果钨极被铝污染,则重新打磨或更换钨极;轻微污染时,可电流使电弧在试板燃烧一会,即能烧掉污染物):铈钨电极直径mm
2
2.5
3.2
4.0
5.0
(正接时)焊接电流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675
(反接时)焊接电流A
15~25
17~30
20~35
35~50
50~70
(交流时)焊接电流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3.用MIG焊铝合金时,由于铝焊丝比较软,为避免咬伤焊丝,送丝轮不允许用带齿轮的送丝轮,不宜用推丝式;送丝软管不准用弹簧管而是用聚四氟乙烯或尼龙制品,不然由于磨削而污染或堵塞软管。MIG通常用直流反极性。
4.焊剂主要作用是去除氧化膜和其它一些杂质,使用时可用无水酒精调成糊状或直接将焊剂粉放在坡口和两侧。当焊接角焊缝时应选用那些焊后容易清除熔渣的焊剂;铝镁合金用焊剂不宜含有钠的组成物。
5.不同牌号的铝材相焊时,当图纸和工艺都没有规定时,按耐腐蚀性能较好和强度级别较低的母材去选择焊丝材料。在焊接铝镁合金或铝锰合金等耐蚀铝合金时,宜采用含镁量或含锰时与母材相近或比母材稍高的焊丝。焊丝可从GB/T10585《铝及铝合金焊丝》选取,也可从GB/T3190《变形铝及铝合金化学成分》和GB/T3197《焊条用铝及铝合金线材》中选取。焊丝选用时可参考下面几个表(表3和表4摘自《焊接手册》):
5183(铝焊条/铝焊丝)特性如下:主要元素合金有:镁、锰、铬。不可以热处理,熔化温度为:579℃~638℃,抗腐蚀能力:A(Gen)A(Sc c ),,密度:2.66克/㎝3,阳极化处理后为白色。5183铝焊条于1957年被发明,用于5083及类似的高强度的铝合金材料的焊接,它的焊接强度要5356.
铝和铝合金管焊接特点和方法
铝合金由于重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。因此,铝及铝合金除广泛的应用于航空、航天和电工等领域外,同时还越来越多的应用于石油化学工业。濮阳中原大化新建空分装置就大量使用了铝镁合金(主要有:5083、5183、5A02相当于旧牌号中的LF2、LF4)。但是铝及铝合金在焊接过程中,易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题。此类材质是被公认为焊接难度较大的被焊接材料,特别是小径薄壁管的焊接更难掌握。因此,解决铝及铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中解决的问题。
2、铝及铝合金的理化性能及焊接特点
2.1 易氧化 铝和氧的亲和力很强。在常温下,铝表面就能被氧化成厚度约0.1~0.2 m致密的AL2O3薄膜。虽然这层氧化铝薄膜比较致密,能防止金属的继续氧化,对自然防腐有利,但它给焊接带来了困难,这是由于氧化铝的熔点(2050℃)远远超过了铝的熔点(600℃左右),比重约为铝的1.4倍。在焊接过程中,会阻碍金属之间的熔合,易形成夹渣,而且氧化铝薄膜还吸附了较多的水份,焊接时会促使焊缝生成气孔。
2.2 较大的导热系数和比热容 铝的导热系数约为钢的四倍,因此,焊接铝材管时,比钢管焊接要消耗更多的热量,为得到的焊接接头,必需采用能量集中,功率大的热源。
2.3 易形成氢气孔
铝及铝合金的焊接气孔主要氢气孔。铝在液态时能大量吸收和溶解氢,在熔融状态下溶解度为0.0069ml/g,而在高温凝固状态下为0.00036 ml/g,前后相差近20倍。铝的导热系数很大,在相同的焊接工艺条件下,其冷却速度为钢的4~7倍,使金属结晶加快,焊接熔池在快速冷却过程中,氢的溶解度急剧下降,此时析出大量过饱和气体,氢气来不及析出在焊缝金属中形成气孔。因此,在焊接铝材时,焊缝产生气孔的倾向很大。
2.4 易形成热裂纹
铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大约一倍,易产生较大的焊接变形和应力,加上某些杂质或合金元素的不利影响,在刚性较大的接头中将导致产生裂纹。
2.5 烧穿和塌陷
铝及铝合金由固态转变为液态时.由于没有明显的颜色变化,所以,不易判断熔池的温度。焊接时,常因温度过高不易被察觉而导致烧穿或严重塌陷。 3 焊前准备