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》):
焊接要求:
1.持证焊工应按焊接工艺文件和其它文件焊接。
2.在焊接环境出现下列情况之一时,应采取有效防护措施,否则不准施焊:
1) 焊接环境不清洁,有灰尘、烟雾;
2) 焊接环境风速大于或等于1.5m/s;
3) 焊接环境相对湿度大于80%;
4) 下雨、下雪的室外作业;
5) 焊接温度低于5℃;
3.铝材产品焊接设在的场地,场地应铺设橡胶或绒布;焊接时应远离通风口和门窗以避免影响气体保护效果。
4.用手工钨极氩弧焊焊接铝材一般都使用交流,以便产生阴极雾化的作用;熔化极氩弧焊则用直流反接。当由于设备所限采用直流焊接时,焊缝表面一般有一层氧化膜甚至是黑灰,这时可用钢丝刷或抹布擦去。对焊缝表面由于焊剂熔剂残留物或氧化而形成的白色膜可用钢丝刷或抹布醮热水擦去。
5.焊前预热:由于铝材导热性能很强,因此一般手工钨极氩弧焊焊接大于10mm厚度时,焊前都应预热,但不超过100℃,焊时层间温度也不超过100℃。可视具体情况用火焰或远红外线板进行加热。
6.在焊接过程中焊丝的填入点不应位于电弧正下方,而应位于熔池边部,距电弧中心线约0.5~1.0mm处,焊丝填入点不得熔池表面或在电弧下横向摆动,以避免影响母材熔化,破坏气体保护而使金属氧化;焊丝回撤时勿使焊丝未端露体保护区外,以免焊丝未端被氧化后再度送进时随之带入熔池。焊接时若钨极碰到焊缝金属应立即停止焊接,用金属磨头清除污染,并修磨钨极;无论焊前还是焊接过程中,都应先切除焊丝端部已氧化的部分再焊。
7. 一条焊缝应尽量一次焊完,不得已中途停焊后重新焊接时,应重叠10~20 mm。多层焊缝在进行下一道焊缝前,对前道焊缝进行表面颜色检查,只允许银白色;并清除表面污染、夹渣等缺陷。弧坑应填满,接弧处应熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法:收弧时匀速抬高电弧,同时加速填充焊丝,直至电弧熄灭,使熄弧处焊缝局部凸出,必要时打磨超标的余高。在焊机上有衰减装置时,此熄弧方法效果更好。
8.A、B类接头焊缝的余高、余高差及宽度差下表 mm:
焊缝位置
焊缝余高
焊缝余高差
焊缝宽度差
钨极氩弧焊
熔化极氩弧焊
手工焊、半自动焊
自动焊、机械化焊
平焊
0~3
0~5
0~2
0~3
0~2
除平焊外的其他焊缝位置
0~4
0~5
0~3
0~3
0~2
9.接管与壳体的D类焊缝当壳体厚度≤12mm时,一般应将壳体扳边对接焊,扳边高度为25~30mm。
10.C、D类接头的焊缝厚度t,在图样上无其他规定时,应不小于组成角焊缝两边构件厚度δ1、δ2较小值的0.7倍,且不应小于3mm,在一般情况下不超过10 mm(按下图);在衬里或复合板复合采用盖板搭接角焊缝时,盖板厚度构成了角焊缝的一侧边长度L2一般较薄,使得焊脚长度受到侧边长度的限制,当L2≤4mm时,应要求t≥0.7 L2。
11.C、D类接头的焊缝与母材应呈圆滑过渡。
12.焊缝和热影响区表面应进行检查,不得有裂纹、未熔合、气孔、弧坑、夹渣和飞溅物等缺陷,焊缝外不应有打弧点。
13.铝材压力容器焊缝表面不应有咬边。常压容器焊缝表面的咬边深度不应大于0.5mm,咬边连续长度不应大于100mm,焊缝两侧咬边的总长度不应超过该焊缝长度的10%。
14.换热器换热管焊接顺序:管板组装(换热管预留长度应不少于4mm,以便后面的机加工);管端及管板清理;一端胀管;焊接一面管板;机加工未焊换热管管端;胀管;管端及管板清理;焊接未焊一面的换热管。焊接时层一般不加丝焊(层是否进行PT或气密性检测按规定),但其它层应加丝焊。
15.铝焊接应注意坡口钝边较大,一般为2~6mm。对有垫板的接头,钝边可适当减小。当铝板较薄时,对接焊都应考虑扳边对接焊,如当≤3mm考虑扳边和不加丝焊。铝焊接可采用双面同时焊,背面加丝或不加丝视具体情况而定。
铝焊丝如何选择
为了得到性能良好的焊接接头,应从焊接构件使用目的考虑,选择适合于母材的铝焊丝作填充材料。
(1)焊缝金属的裂纹敏感性
选择具有熔化温度低于母材的填充金属,可大大减小热影响区中晶间裂纹倾向。故用合金含量母材的焊丝作填充金属,通常可防止焊缝金属裂纹。如含0.6%硅的6061合金,如果用6061作填充金属,裂纹敏感性很大,但用含5%硅的4043焊丝作填充金属,熔化温度比母材低,在冷却过程中比母材具有更好的塑性以消除引起裂纹的收缩应力,所以抗裂性良好。还应注意避免产生对裂纹敏感的焊缝金属成分,如在铝合金焊缝中不希望有镁与铜的组合,因此5000系列焊丝还应用于焊接2000系列母材;面2219焊丝不应用于5000系列的母材。
(2)接头强度
焊接接头的强度随着焊丝的合金元素含量变化。即对于非热处理合金的焊接接头强度,按1000系、4000系和5000系的次序。在5000系中随镁、锰等含量增加,焊接接头强度按5554、5654、5356、5183、5556的顺序增加。
(3)接头的加工性(塑性)
需要弯曲加工的焊接接头,一般加工性受塑性的影响,而塑性随着强度的而降低。特别是含3%镁以上的母材(5154、5056、5082、5182、5083、5086)避免使用含硅的焊丝(4043、4047)。这种组合形成大量的Mg2Si,塑性下降。
(4)阳极氧化处理后的色差
为了提高耐蚀性,焊后常进行阳极氧化处理,若焊缝金属的成分明显不同于母材,或焊缝金属的铸造组织不同于母材的压延组织,焊缝金属在阳极氧化工艺处理后产生色差。例如含硅的4000系焊丝的焊缝阳极氧化处理后呈灰黑色,2000第、5000系和6000系母材呈银白色。所以若外观颜色匹配是重要指标时,选择焊丝时考虑所形成焊缝组织的成分及组织。
(5)高温下接头的力学性能及耐蚀性
含3%镁以上的5000系焊丝(5654、5356、5556、5183)应避免在使用温度65摄氏度以上的结构中采用,因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感,在上述温度和腐蚀环境中会发生应力腐蚀龟裂。
铝及铝合金资料密度低,强度高,热电导率高,耐腐蚀才能强,具有的物理特性和力学功能,因而广泛应用于工业商品的焊接构造上。长期以来,因为焊接办法及焊接技术参数的选择不当,构成铝合金零件焊接后因应力过于会集发生严峻变形,或因为焊缝气孔、夹渣、未焊透等缺点,致使焊缝金属裂纹或原料疏松,严峻影响了商品质量及功能。
1.铝合金焊丝材料特点
铝是银白色的轻金属,具有的塑性、较高的导电性和导热性,一起还具有抗氧化和抗腐蚀的才能。铝很简单氧化发生三氧化二铝薄膜,在焊缝中简单发生夹杂物,然后损坏金属的连续性和均匀性,降低其机械功能和耐腐蚀功能。常见铝合金母材和焊丝的化学成分及机械功能。
2.铝合金资料的焊接难点
(1)很简单氧化。在空气中,铝简单同氧化合,生成细密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1-0.2μm),熔点高(约2050℃),远远铝及铝合金的熔点(约600℃摆布)。氧化铝的密度3.95-4.10g/cm3,约为铝的1.4倍,氧化铝薄膜的外表易吸附水分,焊接时,它阻止根本金属的熔合,很简单构成气孔、夹渣、未熔合等缺点,引起焊缝功能降低。
(2)易发生气孔。铝和铝合金焊接时发生气孔的首要原因是氢,因为液态铝可溶解很多的氢,而固态铝几乎不溶解氢,因而当熔池温度疾速冷却与凝结时,氢来不及逸出,简单在焊缝中构成气孔。氢气孔目前难于完全避免,氢的来历很多,有电弧焊气氛中的氢,铝板、焊丝外表吸附空气中的水分等。实践,即便氩气按GB/T4842标准需求,纯度到达99.99%以上,但当水分含量到达20ppm时,也会呈现很多的细密气孔,当空气相对湿度80%时,焊缝就会显着呈现气孔。
(3)焊缝变形和构成裂纹倾向大。铝的线胀大系数和结晶缩短率约比钢大两倍,易发生较大的焊接变形的内应力,对刚性较大的构造将促进热裂纹的发生。
(4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s.℃)。约为钢的4倍,因而,焊接铝和铝合金时,比焊钢要耗费更多的热量。
(5)合金元素的蒸腾的烧损。铝合金中含有低沸点的元素(如镁、锌、锰等),在高温电弧效果下,很简单蒸腾烧损,然后改动焊缝金属的化学成分,使焊缝功能降低。
(6)高温强度和塑性低。高温时铝的强度和塑性很低,损坏了焊缝金属的成形,有时还简单构成焊缝金属塌落和焊穿表象。
(7)无色彩改变。铝及铝合金从固态转为液态时,无显着的色彩改变,使操作者难以把握加热温度。
铝焊丝焊接铝箱技术
(1)选择铝焊丝
一般选用301纯铝焊丝及311铝硅焊丝。
(2)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。
(3)焊前准备
采用化学或机械方法,严格清理焊缝坡口两侧的表面氧化膜。
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0.25mm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。
(4)铝箱中铝及铝合金材料特点
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。
(5)铝箱中铝及铝合金材料铝合金材料的焊接难点
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。
4047铝硅焊丝
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铝焊丝标准:GB/T10858-2008
焊丝直径:1.2、1.6、2.0、2.4、3.0、3.2、4.0、5.0(mm)
焊丝盘尺寸:D300(9kg)、D270(7kg)、D200(2kg)、D100(0.5kg)
包装状态:盘丝、直条、圈丝、桶装
焊丝特点:12%硅含量,流动性好,焊接温度低。
推荐焊接方法:钎焊(俗称:氧气焊、火焰焊),配201铝焊粉。
焊接应用:焊接以下铝合金——汽车铝水箱、中冷器、散热器、铝合金客车窗、自行车车架、铝件维修。
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铝焊丝特性介绍及使用存放说明
1、4043(铝焊条/铝焊丝)特性如下:主要元素合金有:硅。不可以热处理,熔化温度为:574℃~632℃,抗腐蚀能力:B(Gen)A(Sc c ),导电率:42%IACS(-O),密度:2.67克/㎝3,阳极化处理后为灰色。4043铝焊条是目前用途广的焊接材料之一,广泛用于MIG焊及TIG焊。加入硅的作用是增加焊料的流动性,以便于焊接操作。
2、4047(铝焊条/铝焊丝)特性如下:主要元素合金有:硅。不可以热处理,熔化温度为:577℃~582℃,抗腐蚀能力:B(Gen)A(Sc c ),导电率:41%IACS(-O),密度:2.66克/㎝3,阳极化处理后为灰黑色。4047铝焊条是主要被用于铝合金材料的钎焊。
3、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.
4、5356(铝焊条/铝焊丝)特性如下:主要元素合金有:镁、锰、铬、钛。不可以热处理,熔化温度为:571℃~635℃,抗腐蚀能力:A(Gen)A(Sc c ),导电率:27%IACS(-H12),密度:2.66克/㎝3,硬度(BHN):105(-H18)阳极化处理后为白色。
5、5556(铝焊条/铝焊丝)特性如下:主要元素合金有:镁、锰、铬、钛。不可以热处理,熔化温度为:570℃~635℃,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。
现产品已广泛应用于:汽车制造、制冷、化工、造船、自行车、运动、器材、集装箱、空分、航天航空等行业。主要产品形态有铝焊条、铝焊丝、铝焊环、
使用及存放说明:
1、产品拆封后,在保质期内你可以直接施焊,不需要任何焊前处理。产品出厂包装密封条件下可保存二年
以上,拆去包装后在通常大气环境下可保质三个月;
2、产品应置于通风、干燥及酸、碱、油介质隔离的地方存放;
3、产品在运输中应避免摔撞和受潮,以免损坏焊丝盘和影响焊丝质量;
4、焊丝拆去包装后,建议在焊丝上方施加适当的防尘遮盖物;
5、对于超过保质期的焊丝,建议在焊前进行焊丝表面清理;
6、焊接过程中的电弧会你的眼睛,请注意保护。
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。