铝及其合金的焊接.doc

. .铝及其合金的焊接第一节 铝及其合金的类型和特性一、铝及其合金的类型根据铝合金的化学成分和制造工艺可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。在变形铝合金中又可分为非热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。非热处理强化铝台金通过加工硬化、固溶强化来提高力学性能。二、铝及其合金特性特点：与低碳钢相比拟，具有密度小，电阻率小，线膨胀系数大(约为低碳钢线膨胀系数的2倍)，导热系数大(铝及其合金熔合区的冷却速度为高强钢熔合区冷却速度的(47)倍)、良好的耐蚀性、较高的比强度，优异的低温韧性，但强度低。抗拉强度一般不超过100MPa，热处理后能到达400 MPa。1. 纯铝：高耐蚀性、较好的塑性2. 防锈铝：强度中等，塑性和耐蚀性好，焊接性也好，是目前焊接构造中应用最广泛的铝合金。典型牌号：LF4、LF5铝锰合金：Mn1.01.6%。大于1.6%脆性化合物增加。LF21铝镁合金：铝镁合金的强度随含镁量的增高而增高，但含镁量增多大于7%出现脆性相(Mg2Al3) 使合金的塑性、耐蚀性、特别是抗应力腐蚀性能下降。Si的存在形成脆性相Mg2Si塑性、耐蚀性下降、Mn参加0.150.8%耐蚀性增加，强度提高。Ti、V参加0.1%左右，能获得细晶粒组织。3.硬铝：典型牌号LY12，成分Al-Cu-Mg系。Cu、Si、Mg等元素，形成溶解于铝的化合物，促使合金热处理时强化，耐蚀性差，焊接性不良，热裂倾向大。4. 超硬铝：LC4 ，成分Al-Zn-Mg-Cu系。抗拉强度可达588Mpa，塑性较差。非时效强化铝合金的强度比纯铝高、塑性及耐磨性好，特别是焊接性好，所以广泛用作焊接构造材料。时效强化铝合金的焊接性较差，焊接时容易出现裂纹，所以在焊接构造中应用较少。铸造铝合金的铸造性能良好，强度较高，焊接性也较好，其铸造缺陷可以焊补。第二节 铝及其合金的焊接性分析铝及铝合金与黑色金属不同，由于它容易氧化、导热性强、热容量和线膨胀系数大，熔点低及高温强度小等特性，所以给焊接工作带来一些困难。铝及铝合金焊接的主要问题如下:    (1)容易氧化。铝和氧的亲和力大，在常温下便生成一层致密而熔点很高(2050)的氧化膜(Al203)，其密度比纯铝大(3.83g/cm3)。在焊接过程中，它会阻碍焊件之间的熔合，极易造成焊缝金属夹渣，引起焊缝性能下降。    (2)容易产生气孔。液态铝可溶解大量氢气，而固态时却儿乎不溶解氢。因此，熔池金属结晶时，原来溶于液态铝中的氢全部析出，形成气泡。但因为铝及铝合金的比重小，气泡从熔池中上浮的速度慢，而且铝的导热性很强，冷凝快，因此，在焊接铝时很容易产生气孔。    (3容易烧穿。当铝受热温度升高后，强度和塑性很快下降，在370时强度仅为9.8MPa，加之铝熔化时，外表颜色没有明显变化，所以不易判断焊件是否熔化及熔池温度的变化情况，极易因熔池温度过高而烧穿焊件。    (4)产生热裂纹的倾向较大。铝及其合金焊接时，在焊缝金属和热影响区中均常出现热裂纹。铝合金多是共晶型合金，由液相线到固相线的结晶温度区间较大，且易熔共晶呈薄膜状分布于晶界时，破坏晶间联系力，因而增大铝合金的热裂倾向。另外，铝合金的线胀系数比钢约大一倍，在拘束条件下焊接时，产生较大的焊接应力，这也促使铝合金产生裂纹。一、焊缝中的气孔一铝极其合金熔焊时形成气孔的特点氢是熔焊时产生气孔的主要原因。来源：弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分、焊丝及母材外表氧化膜吸附的水分。1. 弧柱气氛中的水分的影响气孔形成原因：弧柱气氛中的水分分解而来的氢，溶入过热熔融金属中特点：白亮内壁通过氢溶解度变化特征解释市产生气孔的原因：据研究，在凝固点氢在铝中的溶解度从0.69(m1100g)突然下降至0.036(m1100g)，从液相到固相溶解量相差约20倍(钢材中，液相、固相中H溶解量相差约2倍)。此外，铝及铝合金比重小、导热性强，致使溶解于熔池中的大量氢在焊缝金属冷凝时来不及析出形成气孔。此外，合金系统不同，对弧柱气氛中水分的敏感性不同，纯铝最敏感，Al-Mg合金，随Mg增加不敏感。MIG焊时，弧柱温度高，熔滴比外表积大，焊缝气孔倾向大于TIG。2.氧化膜中水分的影响正常状态下，弧柱气氛中的水分已尽量的控制。焊丝或工件的氧化膜所吸附的水分是生成气孔的主要原因。1  铝合金气孔倾向大于纯铝原因：铝合金氧化膜由Al2O3、MgO构成。MgO越多，氧化膜越不致密，吸水性越强。2  焊接方法不同，氧化膜的影响也不同。二防止焊缝气孔的途径1、减少氢的来源1    焊前要对焊丝、焊条、焊剂和保护气体进展枯燥处理，严格限制其含水量(研究得出，气体保护焊时，氩中的含水量小于0.08就不易形成气孔)。2    焊丝及母材外表氧化膜应彻底去除，采用化学方法或机械方法。2、控制焊接工艺  控制焊接工艺来防止气孔的产生，是通过限制溶氢量和改善氢的逸出条件来实现的。在TIG焊时，尽量采用小线能量，以减少气氛中氢的溶入。在MIG焊时，焊丝以极细小熔滴过渡到熔池中，弧柱的温度高，所以MIG焊熔滴金属的溶氢量显然会比TIG焊填充金属的溶氢量多。减少熔池的存在时间，难以有效防止焊丝氧化膜分解氢熔入。此外，MIG焊的熔深比TIG焊的熔深大，在一样气氛下进展焊接MIG焊的含氢量较T1G焊的含氢量多。所以MIG焊时，低焊速配合高线能量较好。二、焊接热裂纹铝及铝合金焊接时，发现的热裂纹主要是焊缝金属的凝固裂纹和近缝区的液化裂纹。一铝合金焊接热裂纹的特点铝合金为共晶型合金，热裂纹倾向与凝固温度区间成比例，这个结论是由状态图分析得出的。熔焊时处于不平衡凝固条件下，先凝固的固相中合金元素含量少，液相中的合金元素含量多。固相线向左下方移动。致使焊接热裂纹倾向最大的合金成分并不是状态图中合金凝固温度区间最大的成分，裂纹倾向最大的合金成分均小于它在合金中的极限溶解度。如，A1-Mg合金中的最大热裂纹倾向Mg含量约2；A1-Zn合金中最大Zn含量约为1012；A1-Si合金中最大Si含量约为0.7；A1-Cu合金中最大Cu含量约为2    此外，铝合金线膨胀系数比钢线膨胀系数大一倍，在拘束条件下焊接易产生较大的焊接热应力，这也是焊接铝合金时具有较大热裂纹的原因。二防止焊接热裂纹的途径1.合金系统的影响从防止热裂纹考虑，控制适量的易熔共晶和缩小结晶温度区间，都能提高抗裂倾向。铅合金为共晶型合全，虽然少量易熔共晶的存在会增大其凝固裂纹倾向，但适量的易熔共晶能改善合金的流动性，从而提高其抗裂性能。例如：A1-Mg合金    焊丝含Mg量超过3.5或5硬铝之类的高强铝合金      可以采用标准的A1-5Si焊丝，能产生较多的易熔共晶，流动性好2.焊丝成分的影响同质焊丝，裂纹倾向大，焊接时宜改用其他合金组成的焊丝，一般采用标准的A1-5Si焊丝、A1-5Mg焊丝，具有较好的抗裂效果。向铝合金焊丝中的参加微量元素(变质剂)Ti、V、Zr、B等，不仅可细化合金的晶粒、改善其塑性和韧性，而且可显著地提高合金的抗裂性能。3、焊接工艺参数的影响    热能集中的焊接方法，有利于快速焊接(可防止粗大的柱状结晶)，改善抗裂性能。小焊接电流，可减少焊接熔池过热，有利提高抗裂性。焊接速度提高，增大了变化速度，因而会增大热裂倾向。三、焊接接头的等强性    非时效强化铝台金，在退火状态下焊接时，可认为焊接接头与母材是等强的；在冷作硬化状态下焊接时，接头强度低于母材。    时效强化铝合金(除A1-Zn-Mg合金)，无论是在退火状态下还是在时效状态下焊接，焊后不经热处理，其接头强度均低于母材的强度。    A1-Zn-Mg合金的焊接接头强度与焊后自然时效的时间长短有关，该合金焊后仅靠自然时效的时间延长，焊接接头的强度就可提高到接近母材强度水平。四、焊接接头的耐蚀性    由于焊接接头组织不均匀，尤其是有析出相存在时，可使其电极电位不均匀，所以焊接接头的耐蚀性通常都低于母材的耐蚀性。这种耐蚀性的降低，对热处理强化铝合金尤其显著。为了改善焊接接头的耐蚀性，目前主要采取以下措施。    1通过焊接材料的合金化，细化晶粒，防止缺陷；调整焊接工艺，减小焊接热影响区，防止过热；焊后热处理等方法改善焊接接头组织、成分的不均匀性。    2采用退火及局部锤击，消除焊接剩余应力。3采用涂层或阴极保护等。第三节 铝及其合金的焊接工艺一、焊接工艺的一般特点1.       从物理性能看导热系数大，热容量大。要求采用能量集中的热源线膨胀系数大，要采用垫板和夹具，防止焊接变形2.       从化学性质看强氧化能力，易产生气孔，夹杂物焊前采用化学和机械的方法清理，焊接过程加强保护，氩弧焊时利用阴极清理作用，气焊或其他熔焊时，采用能去氧化膜的焊剂。3.       接头形式及坡口准备工作薄板焊接一般不开坡口，大功率焊接时板厚可增加，厚度小于3mm可采用卷边接头。二、焊接工艺制定问题根据牌号、焊件厚度、产品构造、生产条件及接头质量要求选择焊接方法：1气焊气焊灵活，有经历，设备简单，生产中常用于薄板(0.5mm2.0mm)的焊接和铸件的焊补。但气焊热量分散，热影响区大，焊件变形大。焊接接头质量低晶粒粗大、组织疏松、夹杂、裂纹等现已逐渐被氩弧焊所代替。2.钨极氩弧焊(TIG)特点：热量集中、电弧稳定、焊缝致密、接头强度塑性高。应用：重要构造，可焊板厚120mm，主要是薄板3. 熔化极氩弧焊(MIG)特点：热量集中、HAZ小、生产效率高应用：厚件的焊接50mm以下的纯铝及铝合金板材此外，电阻点焊、缝焊常用于4mm以下的铝合金薄板，电子束焊、激光焊也可用于铝合金薄板。4. 氩弧焊焊接工艺 (1)氩气氩气的纯度要求在99.9以上，O、N含量增加，能恶化阴极雾化作用。(2)钨极氩弧焊(TIG)TIG焊时，直流反极性联接，电流过大会使钨极烧损很快，并可造成焊缝夹钨、所以电流应限制得较小；直流正极性联接无阴极清理作用。TIG焊一般都采用交流电源。TIG焊在功率一定条件下，焊接速度与焊件厚度有关，手工焊时Vh(0.0650.25)m/min,自动焊时Vh(0.250.50)m/min。在钨极直径一定时，随着焊接电流的增加，焊接速度也要相应提高，保护气体流量要伴随焊接速度的改变作调整。(3)熔化极氩弧焊(MIG)   MIG焊时，通常采用直流反极性联接，为了获得稳定的射流过渡电弧。一般希望焊接电流超过“临界电流值。由于临界电流的限制，在焊接厚度小于3mm的焊件时，须采用很细的焊丝，这给送丝造成很大困难。焊接铝合金厚板时，MIG焊具有优越性，但焊接电流不能过大超过300A400A时焊缝外表易产生皱皮。焊接薄构件，特别是热处理强化铝合金材料的构件，熔化极脉冲氩弧焊具有明显的优越性。MIG焊，Vh(0.151.50)m/min；V(1.110.0)m/min。焊丝直径、焊接电流、送丝速度间的关系见表三、焊丝的选用必须首先考虑基体金属的成分，产品具体要求施工条件。1同质焊丝    焊丝成分与母材成分一样，或从母材上切下板条作填充金属。母材为纯铝LF2l、LF6、LYl6和A1-Zn-Mg合金，可采用同质焊丝。2异质焊丝    为了满足焊接时抗裂要求，焊丝成分与母材成分有较大差异。如高Mg焊丝焊接低Mg的Al-Mg合金，用A1-5Si焊丝焊接Al-Cu-Mg合金等。    A1-5Si焊丝(LTl)，可用于焊接多数铝合金，焊接硬铝或锻铝抗裂性好，但不适宜焊接含Mg量较高的合合(因易形成脆性相Mg2Si)。焊接低Mg的Al-Zn-Mg合金有时也可以使用。    A1-5Mg焊丝(LF10、LF11、5356)，可用于焊接含Mg合金，如LF3、LF6、LC4等。    LY16焊丝主要用于焊接与其成分根本一样的A1-Cu-Mn合金，也可用于焊接Al-Cu-Mg合金硬铝。铝及铝合金的焊接铝具有密度小、耐腐蚀性好、很高的塑性和优良的导电性、导热性以及良好的焊接性等优点，因而铝及铝合金在航空、汽车、机械制造、电工及化学工业中得到了广泛应用。铝及铝合金在焊接时的主要问题是：1铝及铝合金外表极易生成一层致密的氧化膜Al2O3，其熔点2050远远高于纯铝的熔点657，在焊接时阻碍金属的熔合，且由于密度大，容易形成夹杂。2液态铝可以大量溶解氢，铝的高导热性又使金属迅速凝固，因此液态时吸收的氢气来不及析出，极易在焊缝中形成气孔。3铝及铝合金的线膨胀系数和结晶收缩率很大，导热性很好，因而焊接应力很大，对于厚度大或刚性较大的构造，焊接接头容易产生裂纹。4铝及铝合金高温时强度和塑性极低，很容易产生变形，且高温液态无显著的颜色变化，操作时难以掌握加热温度，容易出现烧穿、焊瘤等缺陷。焊接方法：氩弧焊、电阻焊、气焊，其中氩弧焊应用最广，电阻焊应用也较多，气焊在薄件生产中仍在采用。电阻焊焊接铝合金时，应采用大电流、短时间通电，焊前必须去除焊件外表的氧化膜。如果对焊接质量要求不高，薄壁件可采用气焊，焊前必须去除工件外表氧化膜，焊接时使用焊剂，并用焊丝不断破坏熔池外表的氧化膜，焊后应立即将焊剂清理干净，以防止焊剂对焊件的腐蚀。为保证焊接质量，铝及铝合金在焊接时应采取以下工艺措施：1焊前清理，去除焊件外表的氧化膜、油污、水分，便于焊接时的熔合，防止气孔、夹渣等缺陷。清理方法有化学清理椝嵯椿蚣钕矗登謇項用钢丝刷或刮刀去除外表氧化膜及油污。2对厚度超过58mm的焊件，预热至100300，以减小焊接应力，防止裂纹，且有利于氢的逸出，防止气孔的产生。3焊后清理残留在接头处的焊剂和焊渣，防止其与空气、水分作用，腐蚀焊件。可用10%的硝酸溶液浸洗，然后用清水冲洗、烘干。铝及铝合金的焊接 2.6.1 铝及铝合金的焊接需要焊接的铝及铝合金主要有工业纯铝，不能热处理强化铝合金，热处理可强化铝合金和铸造铝合金。   2.6.1.1 铝和铝合金焊接的主要问题  1极易氧化极易生成高熔点、密度大的氧化物，使焊缝产生未熔合或夹渣缺陷；  2易产生气孔液态铝能溶解大量氢而固态时几乎不溶解氢。易使焊缝产生气孔；  3易产生裂纹高温时铝的强度低，塑性差，且线膨胀系数大、易产生应力变形和裂纹；  4合金易损失铝合金含的低沸点合金元素如Mg、Zn、Mn等，焊接时极易蒸发、烧损；  5热量损失快铝的热导率和热容量大，焊接时热损失大，需要能量大或密集的热源；  6铝由固态加热到液态时无颜色变化，使操作困难，易焊穿。  2.6.1.2 铝和铝合金的焊接性：  工业纯铝和非热处理强化的变形铝合金的焊接性较好，可热处理强化变形铝合金和铸造铝合金的焊接性较差。  2.6.1.3 焊接方法：  铝及铝合金的焊接常用氩弧焊、电阻焊、钎焊和气焊等，其中氩弧焊是熔焊中焊铝较为理想的焊接方法因氩气保护效果好；氩弧具有“阴极破碎作用，能去除氧化膜。  1氩弧焊：电弧集中，工艺简便，焊接质量好，易于实现自动化和进展全位置焊接，焊接变形小，主要用于焊接质量要求高的焊件。其中不熔化极氩弧焊多用于薄板的焊接，而熔化极氩弧焊主要用于厚度在3mm以上工件的焊接。  2气焊：设备简单、操作灵便、经济，但生产率低，接头质量不高，焊接变形大。适于焊接要求不高的薄件及小件。 2.6.1.4 焊接材料及焊接工艺  焊接材料：填充金属可采用与被焊金属成分相近的铝合金焊丝，也可从被焊金属上切下的板条作为填充金属。  对于可热处理强化铝合金，为防止热裂纹，可采取铝硅合金焊丝HS311，气焊时必须采用气焊熔剂气剂401去除氧化物。  焊接工艺：不管何种方法焊接，焊前都必须用化学清洗法或机械去除法对工件焊接处及焊丝外表的氧化膜、油污等进展彻底清理。试述铝及铝合金的焊接性。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0.1m。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外表的氧化物，并加强焊接区域的保护。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。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。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、焊接材料及母材外表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外表清理工作。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到达等强度。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。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发觉而导至焊穿。67  铝及铝合金焊前应进展哪些准备工作？焊前清理  清理的目的是去除焊件外表的氧化膜和油污，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%405020清水30%室温13清水风干或低温枯燥铝镁、铝锰合金汽油煤油6%10%40507清水30%室温13清水风干或低温枯燥2机械清理  先用有机溶剂(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件外表的油污，然后用细铜线刷至外表露出金属光泽，或者用刮刀清理外表。清理后的焊件应在4h内施焊，否那么应重新清理。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，外表开一圆弧形槽，以保证反面焊缝成形。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，为了使接缝附近到达所需要的温度，焊前应对焊件进展预热，预热温度为100300。68  铝及铝合金焊后应进展哪些清理工作？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，否那么在空气、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，剧烈的腐蚀焊件。因此，焊后应立即严格去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6080、质量分数为2%3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约510min，并用硬毛刷仔细洗刷。或者将焊件放于1520质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗1020min。3在热水中冲刷洗涤焊件。4将焊件用热空气吹干或在100枯燥箱内烘干。69  试述铝及铝合金钨极氩弧焊的焊接工艺。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MgMnSiFeAl母材抗拉强度MPaHS301纯铝焊丝余量纯铝7080纯铝及接头质量要求不高的铝合金HS311铝硅合金焊丝46余量LF21120140  除铝镁合金以外的铝合金HS321铝锰合金焊丝1.01.6余量LF21120140铝锰合金HS331铝锰合金焊丝4.55.70.20.60.20.50.4余量LF5220260铝镁合金焊接接头及坡口形式  坡口形式见表39。焊接电源  应选用交流电源。70  试述铝及铝合金钨极氩弧焊的焊接工艺参数。铝及铝合金手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊的焊接工艺参数，分别见表40、41。表40  铝及铝合金手工钨极氩弧焊焊接工艺参数焊件厚度(mm)焊丝直径mm钨极直径mm预热温度焊接电流A氩气流量(L/min)喷嘴孔径mm焊接层数正面/反面备   注11.5234568101214161820162022251.61.62.022.523334445454556565656565622233445555656666667100100150150200180200200220200240200260200260200260406050809012015018018020018024024028016032028034030036034038034038036040036040030038036040079798128121015101516201620162018222024202425302530253030358881281281210121416141614161620162016201620202216202022正1正1正1正112/112/112/12/134/1234/1234/1245/1245/1245/1223/2334/34卷边焊卷边或单面对接焊对接焊Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接双V形坡口对接双V形坡口对接表41  铝及铝合金自动钨极氩弧焊焊接工艺参数焊件厚度(mm)焊接层数钨极直径mm焊丝直径mm喷嘴孔径mm氩气流量(L/min)焊接电流A送线速度(m/h)1234568812111212223231.5234555661.61.6222323334810810101410141216141814185612141418141816201824182412016018022022024024028028032028032030034065706570707570757580808571  试述铝及铝合金熔化极氩弧焊的焊接工艺参数。自动及半自动熔化极氩弧焊焊接铝及铝合金时的焊接工艺参数，分别见表42、表43。焊接电源采用直流反接。 表42  铝及铝合金自动熔化极氩弧焊焊接工艺参数焊件 牌号焊丝 牌号焊件厚度(mm)坡口 形式坡口尺寸焊丝直径 喷嘴孔径 氩气流量(L/min)焊接电流(A)电弧电压(V焊接速度 (m/h)备注钝边(mm)坡口角度(°)间隙(mm)LPSSAiMg552.02228240212242单面焊双面成形L2L3L2681012141620252830V形V形V形V形V形V形V形双V形468101216211610010010010010010010010000.500.5010101010101012.52.53.03.04.04.04.04.04.0222228282828282828303530353035303540454045506050605060230260300320310330320340380400380420450500490550560570262726272728282929312931293129312931252428181518172017191315正反面均焊1层LF2LF3LF3LF512182025V形V形V形8141616120120120120010101013.04.04.04.022282828303550605060506032035045047045070049052028302930283029312418.7181619LY11SAISi550双V形687500.54.2285045050024271518  也可采用双面U形坡口钝边68mm 72  试述铝及铝合金的气焊接接工艺。接头形式  铝及铝合金气焊时不宜采用搭接接头和T形接头，因为这些接头易于残留气焊熔剂和焊渣，不便焊后清理，其接头形式见图9。火焰和焊嘴  气焊时火焰可采用中性焰 或轻微碳化焰，焊嘴根据铝板厚度进展选择，见表44。定位焊  定位焊时的工艺参数见表45。焊嘴和焊丝倾角  焊薄板时，焊嘴倾角约为30°45°，焊丝倾角约为40°50°；焊厚板时，焊嘴倾角应为50°左右，焊丝倾角为40°50°。表44  铝及铝合金气焊焊接工艺参数焊件厚度mm1.21.52.03.04.05.07.07.010.010.020.0焊丝直径(mm)1.52.02.02.52.03.04.05.05.06.05.06.0射吸式焊炬型号H016H016H016H0112H0112H0120焊嘴11234132443焊嘴孔径(mm)0.90.91.01.11.31.41.81.62.03.03.2乙炔气消耗量(L/h)751501503003005005001400140020002500表45  铝及铝合金气焊定位焊工艺参数焊件厚度mm1.51.52.03457710101616定位焊间距10303050507080100100120120180180240定位焊缝长度5861010152030304040505060定位焊缝余高11.21.222.5335355768铝合金返修焊技术满伯倩,胡明华,卢碧琨(XX航天精细机械研究所,XX202100)摘要: 根据2A14 铝合金的冶金特点,针对对接接头和锁底焊缝的不同要求,提出了相应的采用缺陷槽的补焊工艺。分析了焊接位置、补焊层数及两面补焊、预热和缓冷、补焊的收/ 起弧及长度、电源选择、环境控制、补焊顺序和方向,以及装配等因素的影响。由不同运载贮箱补焊的结果可知,该工艺措施有效,补焊质量较好,提高了补焊的一次合格率。关键词: 2A14 铝合金; 返修焊; 对接接头; 锁底焊缝; 焊接质量中图分类号 :V261. 34 文献标识码 :A0 引言 焊接过程中的可变因素较多,常因出现一些技术条件不允许的焊接缺陷而造成焊缝的返修补焊(以下简称补焊) 。一些重要的航天器构件,如运载贮箱,往往因补焊质量不高而导致重大事故和经济损失。因此,研究和探索补焊的机理,采用适宜的工艺,对确保补焊质量具有十分重要的意义。 2A14 铝合金为铝铜系可热处理强化材料,是运载贮箱的主材料。其抗拉强度较高,但焊接性较差,焊缝的伸长率较小(3 %5 %) ,会影响补焊质量。 为此,本文对2A14 铝合金钨极惰性气体( TIG)保护焊的补焊技术进展了研究。1 补焊原因和目的 导致补焊的主要原因是存在技术条件不允许的焊接缺陷。它们主要有两大类:一是裂纹,包括焊缝中的凝固裂纹、焊趾的液化裂纹,以及校正过程中出现的外表裂纹;二是气孔,如密集气孔、链状气孔和锋利尾状气孔。另外,在液压、气密试验过程中,当压力升至一定量值或在压力到达设计指标后的保压过程中,贮箱(或单底) 有时会出现渗漏或破裂。在贮箱(或单底) 通过液压、气密检验后进展目视检查(10 倍放大镜) 时,也会在焊接接头处发现裂纹。焊接过程是非均匀加热,其焊缝为铸造组织。 根据2A14 铝合金的冶金特点和产品厚度,焊接经过正面二层、反面一层三道工序。补焊时,即使是一条很短的焊缝,同样要经过屡次引弧2正常焊接2收弧的过程,因此补焊区的非均匀加热较为严重。 另外,接头还存在一定程度的成分偏析和构造应力。 因此,补焊时要采取适宜的工艺,将加热的非均匀化程度减至最小,成分偏析和构造应力的峰值不致过高,从而使接头的伸长率得以保持或不会大幅减小。同时,由于焊接构造和材料的特点,对补焊次数也有限制,规定一、二级构造件为两次,三级构造件为一次。补焊失败将导致构造件的分解。2.1 对接接头特点 对接接头一般是构件中承受主要载荷的A 类或B 类焊接接头,因此其质量要求最高。大直径薄壁件的对接接头一般采用TIG 和熔化极惰性气体(MIG) 保护焊,且要制备焊接坡口。其坡口角度较大,填充丝也较多。坡口的形状及其均匀性会影响熔合比,进而影响对接接头的质量。 2A14 铝合金在焊接中不仅会出现其他铝合金常见的焊缝凝固裂纹,而且接头的熔合线附近(即焊趾处) 还易产生液化裂纹。这将导致接头抗载能力下降,严重时还会引起渗漏或破裂。另外,由于工艺流程、制造加工和构造等因素,壳体上通常都有开孔和连接构件。开孔不仅削弱了壳体的强度,而且会在孔的边缘和连接处产生较大的局部构造应力1 。2.2 工艺准备 a) 制订焊接工艺规程(WPS) 分析需补焊的部位,对关键细节作针对性描绘,在此根底上形成书面的焊接工艺规程,并经焊接工艺师认可。 b) 评定焊接工艺的适宜性可用已有的焊接实物作参考。假设无焊接实物,那么必须进展返修试样试验,并进展WPS 评定。 c) 选定适宜的补焊操作人员操作者领会WPS的内容并遵照执行,同时对操作人员进展补焊工件的适应性评定。补焊时,焊接工艺师应在场指导。2.3缺陷排除和缺陷槽制备2.3.1 排净缺陷的重要性 文献2 ,3 的研究说明:任一种电弧焊焊接的焊趾(即熔合线区) 都有一锋利的微观焊渣侵入线,同时也会生成程度不等的趾部咬边,即所有焊缝均不可防止地存在微气孔和微裂纹等缺陷。因此,尽可能发现、排除宏观和微观缺陷,显得尤为重要。2.3.2 缺陷槽的制备a) 长度和宽度 制备缺陷槽的首要目的是排净缺陷,为此应适当加大缺陷区的排除X围。长度方向,缺陷槽两端应分别延长12 个实际宏观缺陷长度,如裂纹长10 mm 时, 缺陷槽长度应为30 50 mm;宽度方向,缺陷槽至少应增加1. 52 个缺陷宽度,如一般缺陷(裂纹或链状气孔) 的宽度为23 mm ,那么缺陷槽的宽度应为610 mm。 b) 剖面形状 整个缺陷槽的剖面以船形最适宜,底部较平坦,无波浪式起伏;补焊时焊丝能到达熔池附近,运条方便,不