铝和铝合金焊接特点和焊接方法详解.docx

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1、铝和铝合金焊接特点和焊接方法详 解全套铝及铝合金的焊接特点(1 )铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝(AI2O3 )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。铝极氮弧焊时，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，氮弧热量大，利用氨气或氮氨混合气体保护，或者采用大规范的 熔化极气体保护焊，在

2、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，为了获得高质量的焊接接头，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。a.化学清洗是使用碱和酸清洗工件表面，该法既可去除氧化膜，还可以 除油污,具体工艺过程如下：体积分数为6%10%的氢氧化钠溶液, 在7CTC左右浸泡0.5min-水洗一体积分数为15

3、%的硝酸在常温下浸 泡Imin进行中和处理-水洗-温水洗一干燥。洗好后的表面为无光 泽的银白色。b.机械清理可以采用风动或电动铳刀，还可以采用刮刀、锂刀等工具。 对于较薄的氧化膜也可采用不锈钢丝刷或细钢丝刷子刷，直到露出金属 光泽。清理后最好立即施焊，如果停放时间超过4h ,应重新清理。对于焊丝清理更为重要。焊丝的供应状态应是清理干净和经光亮处理的 盘丝焊丝，通常采用塑料袋密封包装。每当开封后应尽快用完。否则污 染的焊丝难以再用。(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

4、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 SAISi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

5、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。(8 )铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相 变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。焊接方法几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种 焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊 条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可

6、用于对焊接质量要求不高 的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气 体保护焊（TIG或MIG ）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。 铝及铝合金薄板可采用铝极交流筑弧焊或铝极脉冲氮弧焊。铝及铝合金 厚板可采用铝极氮弧焊、氮氨混合铝极气体保护焊、熔化极气体保护焊、 脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应 用越来越广泛（氨气或氮/氮混合气）。铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光-电弧复合焊、 电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解 决方法，几种工艺均具有优越性，并可对厚板铝合金进行焊接。铝合金焊接的难点铝合金由于重

7、量轻、比强度高、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。铝合金焊接有几大难点:铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大 障碍;铝合金表面易产生难熔的氧化膜（AI2O3其熔点为2060 ），这就 需要采用大功率密度的焊接工艺；铝合金焊接容易产生气孔；铝合金焊接易产生热裂纹；线膨胀系数大，易产生焊接变形；铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接 钢材大2 4倍。因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的 高效焊接方法。焊接材料（1

8、）焊丝铝及铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，按容 器要求应使对接接头的抗拉强度、塑性（通过弯曲试验）达到规定要求， 对含镁量超过3 %的铝镁合金应满足冲击韧性的要求，对有耐蚀要求的 容器，焊接接头的耐蚀性还应达到或接近母材的水平。因而焊丝的选用 主要按照下列原则：1）纯铝焊丝的纯度一般不低于母材；2）铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近；3 ）铝合金焊丝中的耐蚀元素（镁、镒、硅等）的含量一般不低于母材；4）异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝；5环要求耐蚀性的高强度铝合金（热处理强化铝合金）可采用异种成分的 焊丝,如抗裂性好的铝硅合金焊丝SAISi - 1等（注意强度

9、可能低于 母材）。（2 ）保护气体保护气体为氮气、氨气或其混合气。交流加高频TIG焊 时，采用大于99 .9%纯氮气，直流正极性焊接宜用氮气。MIG焊时， 板厚25 mm时宜用氮气;板厚25 mm50 mm时氮气中宜添加 10%35%的氨气；板厚50mm-75mm时氯气中宜添加10%35% 或50%的氨气；当板厚75 mm时推荐采用添加50%75%氨气的 氮气。氨气应符合GB/T4842?995纯氮的要求。氮气瓶压低于0.5 MPa后压力不足，不能使用。（3）铝极氮弧焊用的铝极材料有纯铝、社铝、锦铝、错铝四种。纯铝极 的熔点和沸点高，不易熔化挥发，电极烧损及尖端的污染较少，但电子 发射能力较差

10、。在纯铝中加入1%2%氧化社的电极为社铝极，电子 发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧较稳定，但社元素具有一定 的放射性，使用时应采取适当的防护措施。在纯德中加入1.8%2.2%的氧化铀（杂质40.1%）的电极为铺铝极。铺铝极电子逸出功低，化学稳定性高，允许电流密度大，无放射性，是目前普遍采用的电极。错皆极 可防止电极污染基体金属，尖端易保持半球形，适用于交流焊接。(4 )焊剂气焊用焊剂为钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物，可 去除氧化膜。焊前准备(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

11、学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。1枇学清洗化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、 成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。可用丙酮、汽油、煤油等 有机溶剂表面去油，用40。0 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),流动清水冲洗，接着用 室温至60的30%HNO3溶液酸洗1 min 3 min，流动清水冲洗, 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。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油， 随后直接用直径为0.15 mm 0.2 mm的铜丝刷或不锈

12、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，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、铿刀 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 是在潮湿环境下，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，在气 候潮湿的情况下，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，液态铝的流动性能好，在焊接 时焊缝金属容易产生下塌现象。为了保证焊透而又不致塌陷，焊接时常 采用垫板来托住熔池及附

13、近金属。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，以保证焊缝反面成型。也可以不加垫板单面焊双面成型，但要求焊接操作熟练或采取对电弧施 焊能量严格自动反馈控制等先进工艺措施。(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 , 可用氧一乙焕焰、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。焊后处理(1)焊后清理焊后留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的 钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理干净。形状简单、要求一般的工件 可以用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理。要求

14、高而形状复杂的铝件, 在热水中用硬毛刷刷洗后，再在60。5 80左右、浓度为2%3% 的铭酢水溶液或重铭酸钾溶液中浸洗5 min-10 min ,并用硬毛刷洗 刷，然后在热水中冲刷洗涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然 干燥。（2）焊后热处理铝容器一般焊后不要求热处理。如果所用铝材在容器接 触的介质条件下确有明显的应力腐蚀敏感性，需要通过焊后热处理以消 除较高的焊接应力，来使容器上的应力降低到产生应力腐蚀开裂的临界 应力以下，这时应由容器设计文件提出特别要求，才进行焊后消除应力 热处理。如需焊后退火热处理，对于纯铝、5052、5086、5154、5454、 5A02、5A03、5A06 等

15、，推荐温度为 3450c ;对于 2014、2024、 3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、 3A21等,推荐温度为415 ;对于2017、2A11、6A02等，推荐 温度为360 ,根据工件大小与要求，退火温度可正向或负向各调 2030 ,保温时间可在0.5 h2 h之间。MIG焊铝及铝合金工艺特点铝及铝合金比较活泼，与氧的亲合力很大，极易与氧结合而生成AI2O3 , 其熔点为2050 ,大约为铝的熔点的3倍。另外，在室温下铝表面形 成一层牢固而致密的氧化膜。这层氧化膜是不利于焊接的，妨碍接头的 结合。为此必须排除氧的影响，首先，MIG焊

16、的保护气体，必须是惰 性气体，可以应用纯氮或Ar+He混合气体，不得混入氧化性气体（02 或CO2 ）。其次，应采用直流反极性（DCRP ），使工件为阴极，依靠 阴极破碎作用将焊缝及其附近的金属氧化膜（Ar2O3薄膜）在焊接过 程中去除，同时还能保证熔滴过渡稳定。再次，MIG焊铝时，电弧温 度较高（尤其在大电流时），电弧中充满金属蒸气，当该蒸气失去气体 保护时，与空气中的氧相作用生成Ar2O3等氧化物，在近缝区，甚至 在焊缝表面上将形成黑粉。试验表明，采用脉冲MIG焊，可以大大减 少黑粉。熔滴和熔池在液态下极易吸潮而生成气孔。所以焊前应仔细清理焊丝与 材料表面，同时应注意保护气体的纯度。因铝及铝合金导热快和热膨胀 系数大，使得焊接变形大，易产生未熔合及未焊透。而MIG焊时，恰 恰热量比较集中，因此比较适于焊铝。但是焊接大厚度工件时，为了减 少变形，应采取预热措施，一般应在夹具中焊接。MIG焊铝前，怎样清洗母材和焊丝？铝及铝合金焊件在焊前应对其表面进行清理。目的是去除氧化膜和油污, 以防止在焊缝中产生气孔和夹渣。生产中常用的清理方法有清理油污和去氧化膜两道工序。1 ）油污的清理对工件表面的油污，可以用汽油、四氯化碳、三氯乙烯 和丙酮等擦拭，擦拭时宜采用清洁白布蘸上溶剂清理，注意不得用棉纱。2 ）氧化膜的清理表面氧化膜利用上述溶剂清理是无效的，只能采用化 学清洗和机械清理。