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》):
焊前准备:
1.铝材坡口加工应采用机械方法(含剪切),如采用等离子火焰方法加工应从变色部分机械加工去掉不少于3mm,加工后的坡口表面应平整、光滑,不得有裂纹、分层、夹杂、毛刺、飞边和氧化色。坡口表面应呈银白色的金属光泽;必要时对坡口及两侧不少于50 mm范围内进行PT。
2.焊丝、坡口表面及其两侧不少于50 mm范围内进行表面清理(包括去表面氧化膜、鳞片、污染和不合格的氧化色)。打磨可用φ0.15~0.2不锈钢丝盘刷、金属磨头(即电动铣刀)、手工盘铣机、锉刀(应是铝弧形锉刀)、刮刀和(沾的白布应干净,不要使用棉布或棉纱,以避免擦拭时带出毛绒),但应注意这些工具在使用前应被清理干净,清理时也应注意不要把氧化膜以压入母材内,因此清理时不要太用力;但不准用砂轮或普通砂纸打磨,因为铝材很软而导致砂粒留在铝材里,焊后就易产生气孔和夹渣等缺陷。
3.对于外委热加工的部件,如封头等,原则上在进厂后应对铝材表面进行PT,必要时对不能确定的部位进行RT。
4.焊丝表面可用不锈钢丝刷或干净的油砂纸擦洗;对表面氧化皮较厚的焊丝在焊前打磨后还需要化学清理。化学清理:用70℃、5%~10%的NaOH溶液浸泡0.5~3min左右后用清水冲洗,接着用15%左右的HNO3溶液在常温下浸泡约1~2min后用温水冲洗,再用手持式吹风机(不能用空气压缩机,因为空气中有水和油)吹干再放入烘箱中100℃烘干即可使用。对铝材也可参考此法。
5.清理干净的焊丝和焊件应保持清洁和干燥,不得用手触摸和口吹焊接部位,焊工一般戴白色的焊工手套,不要因为怕麻烦而戴脏手套;焊前严禁污染,否则应重新进行清理,局部污染可局部重新清理;好用白纸覆盖在坡口用两侧。一般机械清理后应立即焊接,如清理后4h之内未焊,焊前就应重新清理。
6.焊件装配应准确,如果装配不良时,应考虑换部件,而不得强行组对,以避免造成过大的应力。在正式焊接前应对坡口尺寸进行检查,合格后方可施焊。
7.定位焊选用的焊丝及采取的工艺措施与焊接工艺相同。
8.焊件组对时在应力集中处(如焊缝交叉处和工件上的转角处等)尽量避免进行定位焊,定位焊缝长度和间距可按下表:(mm)
母材厚度
定位焊间距
每段定位焊缝长度
<3
3~6
>6
接管或法兰
40~50
50~60
50~80
2~4点
4~6
5~10
10~12
每点3~8
9.定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷,否则清除重焊。重焊应在附近区域进行,而不要在原处点焊;对接焊缝间隙在工艺没规定时,可按2~4mm。
10.对于会熔入焊缝的定位焊缝焊透和清除其表面的氧化层(只允许银白色),并使焊缝两端平滑过渡以便于接弧,否则就应修整。在冷态零件上施焊时,电弧应在始焊稍作停留一下,待母材边缘开始熔化时,再及时加丝焊接,以始焊点焊透。
11.焊接纵缝时,在焊件两端放置引弧板和退弧板,引弧板和退弧板采用与被焊件相同牌号和厚度的铝材。焊接环缝时尽量避免产生弧坑。
12.焊接过程中定位焊点开裂,造成板边错位或间隙变化,应立即停止焊接,经修复后才能继续施焊。
13.在焊接过程中,应先钢丝刷清理上层焊缝表面的黑灰和氧化物。焊时注意处理火口,即收弧处。引弧可在离焊接始端10~20mm,再迅速回始端焊接,层采用直线焊接,为了获得良好的成形,其它层焊时可以横向摆动,并在两侧稍停一下,以便熔合。
14.铝焊接变形和焊时易产生塌陷,因此在焊前应有针对性地制作夹具和垫板。采用夹具时一般零件正都需要夹紧,并且夹具的刚性和夹紧力大小要适中,因为过小取不到控制变形作用,过大则焊缝拘束度太强易导致焊缝开裂,夹紧力按350Kg/100mm为宜。软性铝材夹具可为碳钢或不锈钢,可以减缓散热;强化铝材可用铝材制造夹具,这样可以加强散热。纵缝夹具可用琴键式,环缝可用液压胀形夹具。纵缝装配时可适当间隙,以便焊后有收缩余地;环缝(包括圆形凸缘、法兰等)则留些反向错边或扳边,因为焊后凸缘会塌陷变形。垫板材料一般为不锈钢或碳钢,对要求不高的铝材焊接可用石墨制作垫板。选择垫板材料还应考虑对焊缝冷却速度的影响。当铝板较厚或垫板装配间隙较大时,可用粘土泥封住间隙,焊后去掉即可。垫板尺寸可按下图:
材料及尺寸
A
B
C
不锈钢或碳钢
石 墨
铝合金焊丝在焊接时容易出现哪些问题呢?出现这些问题的时候要怎么解决?现在由浙江宇光铝材有限公司来分析整理一下这些问题:
(1)铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、非常稳定,不易去除。阻碍母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理,清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护,防止其氧化。钨极氩弧焊时,选用交流电源,通过“阴极清理”作用,去除氧化膜。气焊时,采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时,可加大焊接热量,例如,氦弧热量大,利用氦气或氩氦混合气体保护,或者采用大规范的熔化极气体保护焊,在直流正接情况下,可不需要“阴极清理”。
(2)铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中,大量的热量能被迅速传导到基体金属内部,因而焊接铝及铝合金时,能量除消耗于熔化金属熔池外,还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位,这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著,为了获得的焊接接头,应当尽量采用能量集中、功率大的能源,有时也可采用预热等工艺措施。
(3)铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大,焊件的变形和应力较大,因此,需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下,可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大,随着硅含量增加,合金结晶温度范围变小,流动性显著提高,收缩率下降,热裂倾向也相应减小。根据生产经验,当含硅5%~6%时可不产生热裂,因而采用SAlSi条(硅含量4.5%~6%)焊丝会有更好的抗裂性。
(4)铝对光、热的反射能力较强,固、液转态时,没有明显的色泽变化,焊接操作时判断难。高温铝强度很低,支撑熔池困难,容易焊穿。
(5)铝及铝合金在液态能溶解大量的氢,固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中,氢来不及溢出,极易形成氢气孔。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,都是焊缝中氢气的重要来源。因此,对氢的来源要严格控制,以防止气孔的形成。
(6)合金元素易蒸发、烧损,使焊缝性能下降。
(7)母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时,焊接热会使热影响区的强度下降。
铝焊丝厂家郑州市船王焊材有限公司,经营范围包括一般经营项目:铝焊丝、铝扁丝、焊接材料、焊接配件、焊接设备、铝合金型材的制造、销售等。
GMT-NAK80gt;0.5~3.2mm HRC
38~42塑料射出模、镜面钢。高硬度,镜面效果特佳,放电加工性良好,焊接性能,研磨后,光滑如镜,为世界进步,塑模钢,加入易削元素,切削加工容易,具高强韧性及耐磨不变形特性,适合各种透明塑料产品之模具钢。预热温度300~400℃后热温度450~550℃,作多层焊补时,采用后退法焊补,较不易产生融合不良及等缺陷。
GMT-S136gt;0.5~1.6mm
HB~400塑料射出模,抗腐蚀、渗透性良好。高纯度、高镜面度,抛光性良好,抗锈防酸能力,热处理变型少,适合PVC、PP、EP、PC、PMMA塑料,耐腐蚀及容易加工之模件及夹具,超镜面耐蚀精密模具,如橡胶模具、照相机部件、透镜、表壳等。
GMT-皇牌钢gt;0.5~2.4mm HB~200铁模、鞋模、软钢焊接、易雕刻蚀花,S45C、S55C钢材等修补。质地细密、软、易加工、不会有气孔产生,预热温度200~250℃后热温度350~450℃。
GMT-BeCu(铍铜)gt;0.5~2.4mm
HB~300高导热的铜合金模具材料,主加元素为铍,其适用于塑料注塑成型模具的内镶件、模芯、压铸冲头、热流道冷却系统、导热嘴、吹塑模具的整体型腔、磨耗板等。钨铜材料则应用在电阻焊、电火花、电子封装以及精密机械设备等。
GMT-CU(氩焊铜)gt;0.5~2.4mm HB~200此焊支用途广泛,可焊补电解片、铜合金、钢、青铜、生铁、一般铜件之焊补。机械性能良好,可用于铜合金之焊接修补,也可用于焊接钢和生铁、铁的接合。
GMT-油钢焊丝gt;0.5~3.2mm HRC 52~57冲裁模、量规、拉模、穿孔冲头、可广泛使用在五金冷冲压,手饰压花模等,通用工具钢、耐磨、油冷。
MT-hs221锡黄铜焊丝。性能特点:HS221焊丝含少量锡、硅的黄铜焊丝,用于黄铜的气焊及碳弧焊,也广泛用于钎焊铜、钢、铜镍合金等。铜及铜合金焊丝适用的焊接方法有氩弧焊、氧-乙炔焊及碳弧焊。
GMT-hs211力学性能好。铜合金氩弧焊及钢的MIG钎焊用。
GMT-hs201,HS212,HS213,HS214,HS215,HS222,HS225铜焊丝。
GMT-1100、1050、1070、1080纯铝焊丝。性能特点:用于MIG和TIG焊接的纯铝焊丝。此种焊丝在阳极处理后具有很好的颜色配比性。适用于电力应用,抗蚀性很好,导通性优良。用途:船舶运动器材电力
镍基合金焊丝焊接注意事项:
1、焊接处须油污、铁锈、水份等表面杂质。
2、焊接时,采用小线能量,建议采用较低的道间温度。
3、所使用的氩气的纯度要在以上且气体的流量控制要适当,通常焊接电流在100-200A时,气体流量约为10-15L/min。
4、施焊时有适当的设施,否则保护气体易受风的影响而致气体保护不良。使焊道劣化而发生气孔。
5、适当选择喷嘴及控制钨电的恰当伸岀长度。
纯镍焊丝特点
1、具有可焊性,较高的导电性,适宜的线膨胀系数。
2、高温下强度较好,电阻率较低 。
3、熔点高、耐蚀、机械性能好,在热冷状态下都有较好的压力加工性,易除气,适用于无线电、电光源、机械制造、化学工业,是真空电子器件中重要的结构材料。 纯镍丝根据材质可分为N4和N6。