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铝和铝合金的焊接方法

发2019-12-05 18:47

 

⑴强的氧化能力 铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄,厚度约0.1μm。Al2O3的熔点高达2050℃,远远超过铝及铝合金的熔点(约660℃),而且体积质量大,约为铝的1.4倍。焊接过程中,氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合,并易形成夹渣。氧化膜还会吸附水分,焊接时会促使焊缝生成气孔。因此,焊前必须严格清理焊件表面的氧化物,并加强焊接区域的保护。 ⑵较大的热导率和比热容 铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍,焊接过程中大量的热量被迅速传导到基体金属内部。因此,焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的热量,焊前常需采取预热等工艺措施。 ⑶热裂纹倾向大 线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时的体积收缩率达6.5%左右,因此焊接某些铝合金时,往往由于过大的内应力而产生热裂纹。生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹,如使用焊丝HS311. ⑷容易形成气孔 形成气孔的气体是氢。氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g,而在660℃凝固温度时,氢的溶解度突降至0.04ml/100g,使原来溶解于液态铝中的氢大量析出,形成气泡。同时,铝和铝合金的密度小,气泡在熔池中的上升速度较慢,加上铝的导热性强,熔池冷凝快,因此,上升的气泡往往来不及逸出,留在焊缝内成为气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是氢的主要来源,因此焊前必须严格做好焊件的表面清理工作。 ⑸接头不等强度 铝及铝合金的热影响区由于受热而发生软化、强度降低使接头与母材无法达到等强度。纯铝及非热处理强化铝合金接头的强度约为母材的75%~100%;热处理强化铝合金的接头强度较小,只有母材的40%~505。 ⑹焊穿 铝及铝合金从固态转变为液态时,无明显的颜色变化,所以不易判断母材温度,施焊时常会因温度过高无法察觉而导至焊穿。 2.铝及铝合金焊前应进行哪些准备工作? ⑴焊前清理 清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污,这是防止产生气孔、夹渣的重要措施。 1)化学清洗 效率高、质量稳定、适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的焊件。化学清洗分浸洗法和擦洗法两种,清洗剂及清洗工艺,见表37。 表37 铝及铝合金的化学清洗法 工艺 材料 脱 脂 碱 洗 冲洗 中 和 光 化 冲洗 干 燥 NaOH溶液的 质量分数 温度 (℃) 时间 (min) HNO3溶液的 质量分数 温度 (℃) 时间 (min) 纯铝 汽油煤油 6%~10% 40~50 ≥20 清水 30% 室温 1~3 清水 风干或 低温干燥 铝镁、 铝锰合金 汽油煤油 6%~10% 40~50 ≥7 清水 30% 室温 1~3 清水 风干或 低温干燥 2)机械清理 先用有机溶剂(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污,然后用细铜线刷至表面露出金属光泽,或者用刮刀清理表面。清理后的焊件应在4h内施焊,否则应重新清理。 ⑵垫板 为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷,焊前可在接缝下面安放垫板。垫板材料可采用石墨、不锈钢或碳钢,表面开一圆弧形槽,以保证反面焊缝成形。 ⑶预热 对薄、小的焊件一般可以不用预热。焊接厚度超过5mm的焊件时,为了使接缝附近达到所需要的温度,焊前应对焊件进行预热,预热温度为100~300℃。 3. 铝及铝合金焊后应进行哪些清理工作? 焊件焊后留在焊缝及邻近的残存熔剂和焊渣,需要及时清理干净,否则在空气、水分的作用下,残存的溶剂和焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜,激烈的腐蚀焊件。因此,焊后应立即严格清除焊件上残存的污物。 常用的清渣方法和步骤: 1)在热水中用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头。 2)将焊件在温度为60~80℃、质量分数为2%~3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5~10min,并用硬毛刷仔细洗刷。 或者将焊件放于15~20℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗10~20min。 3)在热水中冲刷洗涤焊件。 4)将焊件用热空气吹干或在100℃干燥箱内烘干。 4.试述铝及铝合金钨极氩弧焊的焊接工艺。 ⑴焊丝的选用 铝及铝合金用焊丝牌号见表38。其中HS311是一种通用焊丝,采用这种焊丝焊接时,金属流动性好,有较高的抗热裂性能,并能保证一定的强度。但在焊接铝镁合金时,焊缝中会出现脆性化合物Mg2Si,降低接头的塑性和耐腐蚀性。焊接铝镁合金时应采用HS331。 表38铝及铝合金用焊丝牌号 统一 牌号 名称 化学成分(质量分数)(%) 焊缝力学性能 用途 Mg Mn Si Fe Al 母材 抗拉强度 (MPa) HS301 纯铝焊丝 - - - - 余量 纯铝 70~80 纯铝及接头质量要求不高的铝合金 HS311 铝硅合金焊丝 - - 4~6 - 余量 LF21 120~140 除铝镁合金以外的铝合金 HS321 铝锰合金焊丝 - 1.0~1.6 - - 余量 LF21 120~140 铝锰合金 HS331 铝锰合金焊丝 4.5~5.7 0.2~0.6 0.2~0.5 ≤0.4 余量 LF5 220~260 铝镁合金

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