鋁及鋁合金在現(xiàn)代工程技術(shù)所用的各種材料中占有舉足輕重的地位,它在世界年產(chǎn)量僅次于鋼鐵而居第二位,在有色金屬中則居位。如果說鋁合金初是在航空工業(yè)中嶄露頭角的話,那么近幾十年來,除航空工業(yè)外,在航天、汽車、船舶、橋梁、機(jī)械制造、電工、化學(xué)工業(yè)及低溫裝置中已大量應(yīng)用鋁及鋁合金,以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導(dǎo)線等。目前鋁合金焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣的是防銹鋁合金,即鋁鎂合金和鋁錳合金。
?保護(hù)氣體的選擇?
焊接時所用的保護(hù)氣體有惰性氣體氬氣(Ar)和氦氣(He),生產(chǎn)上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿足下列純度(體積分?jǐn)?shù))要求:氬氣大于99.99%,氦氣小于0.04%,氧氣小于0.03%,水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.07%。目前國內(nèi)生產(chǎn)的氬氣,其純度一般能達(dá)到此要求,故在使用前不需再進(jìn)行提純處理。
?鎢電極的選用?
氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點和沸點高,不容易熔化揮發(fā),但電子發(fā)射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%~2.0%的氧化釷(Tho)電極稱為釷鎢極。它的電子發(fā)射能力強(qiáng),允許的電流密度高,電弧燃燒穩(wěn)定。
?溶劑的選擇?
在氣焊、碳弧焊過程中,熔化的金屬表面極易氧化而形成氧化膜,為焊接質(zhì)量,用熔劑去除氧化膜及其他雜質(zhì)。氣焊、碳弧焊用的熔劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
?焊絲的選用?
在鋁合金材料的焊接過程中,鋁合金用焊絲的選用至關(guān)重要,選取前應(yīng)該了解以下內(nèi)容:
?是否所有的鋁合金材料都可用作焊接填充合金?
?是否所有的鋁合金都可以焊接?
?應(yīng)避免發(fā)生的缺陷有哪些?
?如何選擇焊接填充合金?
?選擇時應(yīng)當(dāng)考慮的標(biāo)準(zhǔn)是什么?
?鋁合金系列需要了解?
選擇什么樣的焊絲?
一種母材可以用多種鋁合金焊材完成焊接 ,如5083-5083的焊接:可用 5356,5183,5556 等焊絲。但是每一種焊絲得到的焊接接頭可能只能在某一個性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時,主要應(yīng)考慮焊接件的終使用性能。整體來說,主要考察以下幾個性能指標(biāo):
總之,選擇鋁合金焊絲過程中,只有在對鋁件焊接及其應(yīng)用中的許多相關(guān)變量進(jìn)行了充分分析后,才能選擇出合適的合金填料。
氣孔產(chǎn)生原因:鋁焊接氣孔主要是氫進(jìn)入焊接熔池而形成的。氫來源有:材料、焊絲、保護(hù)氣體、送絲機(jī)構(gòu)、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等,如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機(jī)構(gòu)上有油污或汗?jié)n等。預(yù)防措施:
6.1.1材料及焊絲內(nèi)的含氫量≤0.4mL /100g;
6.1.2 被焊件表面應(yīng)去除油污及氧化膜,存放時間不超過4h。表面清理后應(yīng)用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側(cè);
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲,不然處理方法同上;
6.1.4 保護(hù)氣體內(nèi)雜質(zhì)含量:H2≤0.001%;O2≤0.02%;N2≤0.1%;H2O≤0.02%;
6.1.5保護(hù)氣體管路:一般采用不銹鋼管或銅管,軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管;焊前應(yīng)檢查冷卻水管道,確保不會漏水;當(dāng)環(huán)境濕度很大時,應(yīng)對保護(hù)氣體進(jìn)行加熱對管路進(jìn)行吹掃;
6.1.6 送絲機(jī)構(gòu):不得有油污,送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍,并焊前清理管內(nèi)污染和冷凝水;
6.1.7現(xiàn)場環(huán)境:溫度不宜超過25℃,相對濕度不超過50%,保持環(huán)境清潔;
6.1.8焊工:工作服裝盡量是白色的,以便能及時發(fā)現(xiàn)和清理污染。焊時注意汗水和油漬不要再次污染焊件;
6.1.9 在焊前都應(yīng)在試板上試焊,以便檢查保護(hù)氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預(yù)防措施:用雙面焊代替單面焊;每道焊縫薄時比厚時有利于氣孔逸出;大直徑焊絲有利于減少氣孔;焊前預(yù)熱、焊后緩冷;降低電弧電壓、電流、降低焊接速度,有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因:材料焊接性較差;選擇焊絲時沒考慮抗裂性;結(jié)構(gòu)的拘束度過大。預(yù)防措施:
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應(yīng)考慮其抗裂性而不能只考慮強(qiáng)度;必要時可考慮對焊件進(jìn)行退火后焊接,焊后再淬火時效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲,如含Si等低熔點元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度,合理安排焊接順序,讓焊縫能夠有橫向收縮余量,以減小焊接應(yīng)力。沒有必要定位焊的就不要焊定位焊,能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求:
1.封頭拼縫焊后應(yīng)進(jìn)行RT,成形后再按規(guī)定RT或PT。
2.A、B類焊縫一般進(jìn)行RT。
3.容器上的C、D類焊接接頭進(jìn)行PT。
4.鋁材表面補(bǔ)焊焊縫進(jìn)行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時固定連接焊縫拆除后的焊痕等進(jìn)行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。
鋁及鋁合金焊絲廣泛應(yīng)用于鋁合金氬弧焊及氣焊。焊絲選用主要根據(jù)母材的種類、接頭的抗裂性能、機(jī)械性能、抗腐蝕性能及經(jīng)陽極化處理后焊縫與母材的色彩協(xié)調(diào)等方面的要求綜合考慮。一般來說,焊接鋁及鋁合金都采用與母材相同或相近牌號的焊絲,這樣可以獲得較好的耐蝕性;但焊接熱裂傾向大的熱處理強(qiáng)化合金時,選擇焊絲時則主要考慮抗裂性。鋁鎂合金焊接時,為彌補(bǔ)焊接過程中鎂的燒損,應(yīng)避開焊縫易出現(xiàn)裂紋的鎂含量臨界點(2%),一般采用含鎂量比基材高1%~2%的焊絲。另外,采用含Mg量高的鋁合金焊絲焊接高Zn鋁合金時可提高焊縫的抗裂性。以6005A型材為例,其鎂含量為0.65%、硅含量為0.70%,采用ER5356鋁合金焊絲可以滿足上述要求。依據(jù)美國ALCOTEC鋁焊接研究所提供的技術(shù)資料,并參照德國、日本等國文獻(xiàn)報道,焊接7005鋁合金型材時可選用的焊絲牌號有ER5356、ER5183,接頭綜合性能均較高;二者比較,ER5356接頭強(qiáng)度稍差,但延伸率較大。綜合國外鋁合金車輛的成功制造經(jīng)驗,選擇ER5356焊絲焊接7005基材較好
目前國內(nèi)研制的用鋁合金焊絲線坯的生產(chǎn)主要采用立式半連續(xù)鑄造-擠壓法,其特點是產(chǎn)品質(zhì)量好、性能穩(wěn)定,所用設(shè)備也可用于生產(chǎn)其它鋁合金線材(如鉚釘線等),但設(shè)備投資較大,工序多,占地面積大,工模具消耗和能耗較高,生產(chǎn)過程中的幾何廢料也高,產(chǎn)品成品率相對較低;國外鋁合金焊絲線坯的生產(chǎn)多采用連鑄連軋法,設(shè)備投資適中,產(chǎn)品單重大、成材率高(90%以上)、質(zhì)量相對穩(wěn)定;水平連鑄連拉法的特點是設(shè)備投資少,線材的成品率高(90%以上),在純鋁焊絲線坯的生產(chǎn)中優(yōu)勢明顯,有取代其它工藝的趨勢,但這種方法目前還有一些工藝問題有待解決。
鋁及鋁合金焊絲可用于線軸或縱向切口的 MIG或 TIG的焊接加工,按其成分可分為純
鋁、鋁硅和鋁鎂焊絲,通過一定方法加工成盤狀(卷狀)或棒狀(直條狀)供貨,廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾和設(shè)備、冶金、管道、紡紗器具、船舶、鉆井裝備、火車、汽車、儲存罐和壓力容器等行業(yè)的焊接加工等行業(yè)。
鋁焊絲如何選擇
為了得到性能良好的焊接接頭,應(yīng)從焊接構(gòu)件使用目的考慮,選擇適合于母材的鋁焊絲作填充材料。
(1)焊縫金屬的裂紋敏感性
選擇具有熔化溫度低于母材的填充金屬,可大大減小熱影響區(qū)中晶間裂紋傾向。故用合金含量母材的焊絲作填充金屬,通??煞乐购缚p金屬裂紋。如含0.6%硅的6061合金,如果用6061作填充金屬,裂紋敏感性很大,但用含5%硅的4043焊絲作填充金屬,熔化溫度比母材低,在冷卻過程中比母材具有更好的塑性以消除引起裂紋的收縮應(yīng)力,所以抗裂性良好。還應(yīng)注意避免產(chǎn)生對裂紋敏感的焊縫金屬成分,如在鋁合金焊縫中不希望有鎂與銅的組合,因此5000系列焊絲還應(yīng)用于焊接2000系列母材;面2219焊絲不應(yīng)用于5000系列的母材。
(2)接頭強(qiáng)度
焊接接頭的強(qiáng)度隨著焊絲的合金元素含量變化。即對于非熱處理合金的焊接接頭強(qiáng)度,按1000系、4000系和5000系的次序。在5000系中隨鎂、錳等含量增加,焊接接頭強(qiáng)度按5554、5654、5356、5183、5556的順序增加。
(3)接頭的加工性(塑性)
需要彎曲加工的焊接接頭,一般加工性受塑性的影響,而塑性隨著強(qiáng)度的而降低。特別是含3%鎂以上的母材(5154、5056、5082、5182、5083、5086)避免使用含硅的焊絲(4043、4047)。這種組合形成大量的Mg2Si,塑性下降。
(4)陽極氧化處理后的色差
為了提高耐蝕性,焊后常進(jìn)行陽極氧化處理,若焊縫金屬的成分明顯不同于母材,或焊縫金屬的鑄造組織不同于母材的壓延組織,焊縫金屬在陽極氧化工藝處理后產(chǎn)生色差。例如含硅的4000系焊絲的焊縫陽極氧化處理后呈灰黑色,2000第、5000系和6000系母材呈銀白色。所以若外觀顏色匹配是重要指標(biāo)時,選擇焊絲時考慮所形成焊縫組織的成分及組織。
(5)高溫下接頭的力學(xué)性能及耐蝕性
含3%鎂以上的5000系焊絲(5654、5356、5556、5183)應(yīng)避免在使用溫度65攝氏度以上的結(jié)構(gòu)中采用,因為這些合金對應(yīng)力腐蝕裂紋很敏感,在上述溫度和腐蝕環(huán)境中會發(fā)生應(yīng)力腐蝕龜裂。
鎳基合金焊絲焊接注意事項:
1、焊接處須油污、鐵銹、水份等表面雜質(zhì)。
2、焊接時,采用小線能量,建議采用較低的道間溫度。
3、所使用的氬氣的純度要在以上且氣體的流量控制要適當(dāng),通常焊接電流在100-200A時,氣體流量約為10-15L/min。
4、施焊時有適當(dāng)?shù)脑O(shè)施,否則保護(hù)氣體易受風(fēng)的影響而致氣體保護(hù)不良。使焊道劣化而發(fā)生氣孔。
5、適當(dāng)選擇噴嘴及控制鎢電的恰當(dāng)伸岀長度。
純鎳焊絲特點
1、具有可焊性,較高的導(dǎo)電性,適宜的線膨脹系數(shù)。
2、高溫下強(qiáng)度較好,電阻率較低 。
3、熔點高、耐蝕、機(jī)械性能好,在熱冷狀態(tài)下都有較好的壓力加工性,易除氣,適用于無線電、電光源、機(jī)械制造、化學(xué)工業(yè),是真空電子器件中重要的結(jié)構(gòu)材料。 純鎳絲根據(jù)材質(zhì)可分為N4和N6。
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