如在空气中用裸焊丝焊接,将产生以下问题:
①合乡元素严重烧损。焊丝中的C、Mn、Si等元素将烧损30一?o%,只有一部分能过渡到焊缝巾去。
②气体杂质大量侵入熔池。使焊缝中的含氧量可达0。150.3g6,含氮0.100.20%,均L匕镇静钢的氧、氮含量向十倍以-上,造成焊缝金属变脆。
③焊缝中产生大量气孔等焊接缺馅。
④电弧不稳,导致冶金过程不稳,焊缝金属成形极差。
耐磨药芯焊丝应具有以下作用:
①对电弧焊电弧稳定燃烧和熔滴过渡顺利进行。对电渣焊电渣过程稳定。
②焊接中保护液态熔池,-防止空气侵入。
③进行冶金反应和过渡合金元素,按预期要求控制相调整焊缝金属的成分与性能。
④防止气孔和裂纹等焊接缺陷的产生!
⑤改善施焊工艺性能和劳动卫生条件。
⑥在焊接质量的前题下尽可能提高焊接效率。
大电流MAG焊是在大直径耐磨药芯焊丝和大电流情况下进行的一种焊接方法。直径通常为4mm、4.8mm和6.4mm,其相应的临界电流为800A、900A和1000A。保护气体也使用Ar+CO2混合气体。考虑到CO2在3%-10%时能形成指状熔深,超过30%又不能射流,所以大电流MAG焊用混合气体为Ar+(10%-25%)CO2。
主要特点为:
1)电弧稳定。
2)由于焊接过程稳定,则焊缝成形良好,表面成形美观。但是当焊接参数不合适时,在小电流时易产生飞溅,在大电流时根据焊速的大小会产生咬边、焊缝起皱或焊瘤缺陷。
3)耐磨药芯焊丝熔化速度较高,通常在250g/min(1.6mm焊丝在500A电流CO2保护焊接时熔化速度为140g/min)。
4)焊缝熔深较大,达到10-20mm。
5)使用4mm以上的粗耐磨药芯焊丝。电弧自调节能力差,所以应采用均匀调节的控制方式。
铝及铝合金的理化性能及焊接特点
1 易氧化
铝和氧的亲和力很强。在常温下,铝表面就能被氧化成厚度约0.1~0.2 m致密的AL2O3薄膜。虽然这层氧化铝薄膜比较致密,能防止金属的继续氧化,对自然防腐有利,但它给焊接带来了困难,这是由于氧化铝的熔点(2050℃)远远超过了铝的熔点(600℃左右),比重约为铝的1.4倍。在焊接过程中,会阻碍金属之间的熔合,易形成夹渣,而且氧化铝薄膜还吸附了较多的水份,焊接时会促使焊缝生成气孔。
2 较大的导热系数和比热容
铝的导热系数约为钢的四倍,因此,焊接铝材管时,比钢管焊接要消耗更多的热量,为得到的焊接接头,必需采用能量集中,功率大的热源。
3 易形成氢气孔
铝及铝合金的焊接气孔主要氢气孔。铝在液态时能大量吸收和溶解氢,在熔融状态下溶解度为0.0069ml/g,而在高温凝固状态下为0.00036 ml/g,前后相差近20倍。铝的导热系数很大,在相同的焊接工艺条件下,其冷却速度为钢的4~7倍,使金属结晶加快,焊接熔池在快速冷却过程中,氢的溶解度急剧下降,此时析出大量过饱和气体,氢气来不及析出在焊缝金属中形成气孔。因此,在焊接铝材时,焊缝产生气孔的倾向很大。
5A02 飞机油箱与导管,焊丝,铆钉,船舶结构件。
5A03 中等强度焊接结构,冷冲压零件,焊接容器,焊丝,可用来代替5A02合金。
5A05 焊接结构件,飞机蒙皮骨架。
5A06 焊接结构,冷模锻零件,焊拉容器受力零件,飞机蒙皮骨部件。
5A12 焊接结构件,甲板。
铝合金焊接保护措施
1、焊前用化学+机械的方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物,顺序是先化学清洗,后机械打磨;
2、焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护;
3、在气焊时,采用熔剂,在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。
焊接难点
(1)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。
(2)易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢,由于液态铝可溶解大量的氢,而固态铝几乎不溶解氢,因此当熔池温度快速冷却与凝固时,氢来不及逸出,容易在焊缝中聚集形成气孔。氢气孔难于完全避免,氢的来源很多,有电弧焊气氛中的氢,铝板、焊丝表面氧化膜吸附空气中的水分等。实践,即使氩气按GB/T4842标准要求,纯度达到99.99% 以上,但当水分含量达到20ppm时,也会出现大量的致密气孔,当空气相对湿度超过80%时,如果不采取加热等措施,焊缝就会明显出现气孔。同时,采用小电流慢速焊,加大焊缝冷却时间,并利用焊丝电弧进行熔池搅动,可以较好的帮助气体排出熔池。
(3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍,易产生较大的焊接变形的内应力,对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。
(4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s.℃)。约为钢的4倍,因此,焊接铝和铝合金时,比焊钢要消耗更多的热量。
(5)合金元素的蒸发的烧损。铝合金中含有低沸点的元素(如镁、锌、锰等),在高温电弧作用下,极易蒸发烧损,从而改变焊缝金属的化学成分,使焊缝性能下降。
(6)高温强度和塑性低。高温时铝的强度和塑性很低,破坏了焊缝金属的成形,有时还容易造成焊缝金属塌落和焊穿现象。
(7)无色彩变化。铝及铝合金从固态转为液态时,无明显的颜色变化,使操作者难以掌握加热温度
铝合金是以铝为基体元素和加入一种或多种合金元素组成的合金。一般采用交直流方波钨极氩弧焊和脉冲MIG焊进行焊接,脉冲MIG焊又分为一脉一滴脉冲MIG焊和高速脉冲MIG焊。脉冲MIG焊采用焊丝分为:纯铝焊丝301;铝硅焊丝4043;铝镁焊丝5356;保护气采用高纯度氩气:99.99%Ar。
铝合金具有重量轻、抗腐蚀、易成型等优点;随着新型硬铝、超硬铝等材料的出现使得这类材料的性能不断提高,因而在航空、航天、高速列车、高速舰艇、汽车等工业制造领域得到了越来越广泛的应用。
由于铝及其合金化学活泼性很强和自身的属性,使得在焊接时较困难,对焊缝的质量控制要求较高,主要为:
1、铝及其合金,表面易形成氧化膜:Al2O3或MgO,且多具有难熔性质(Al2O3熔点约为2050℃,MgO熔点约为2500℃)。
2、氧化膜(Al2O3或MgO)密度同铝的密度极其接近,所以也容易成为焊缝金属的夹杂物。
3、氧化膜(MgO)可以吸收较多的水分而形成焊缝气孔。
4、铝及其合金导热性强,焊接时容易造成不熔合现象。
5、铝及其合金的线膨胀系数大约为碳钢的2倍;导热性又强,比钢约大一倍多;凝固时的体积收缩率较大,约为6.5%,而铁为3.5%。焊接后容易产生变形、热裂纹以及热影响区的软化、强度降低等问题。
针对以上问题,采用四川玛瑞焊业发展有限公司高速脉冲MIG焊机可以很好的解决以上问题,同时获得的焊接质量。
高速脉冲MIG焊机焊接时电弧过度脉冲频率为3kHz—5kHz,自动形成压缩电弧,电弧电流密度大,从而使焊接时:
① 电弧更集中,小电流焊接时可以代替TIG焊
② 穿透力更强,不易造成未熔合
③ 搅拌力更大和更深,不易造成气孔和夹渣
④ 高速脉冲对Al2O3破除效果好
⑤ 焊接速度更快,热影响区小、变形小
另外,还得注意气孔的形成原因和焊接参数匹配。焊缝气孔的出现一般多为氢气孔。氢气孔的形成主要为:
1、弧柱气氛中的水分: 弧柱空间总是或多或少存在一定数量的水分,尤其在潮湿季节或湿度大的地区进行焊接时,由弧柱气氛中水分分解而来的氢,溶入过热的熔融金属中,可成为焊缝气孔的原因。
2、焊丝、母材表面氧化膜的吸附水份:铝合金焊丝、母材的表面氧化膜中含有不致密的MgO或Al2O3,焊接时,在熔透不足的情况下,母材坡口端部未除净的氧化膜中所吸附的水分,常常是产生焊缝气孔的主要原因。
3、保护气体不纯:保护气体多为氩气,氩气中含有水份或杂质,焊接时造成焊缝气孔。
一般说来,铝及其合金焊接线能量越大,焊缝性能下降的趋势也越大。对于熔合区,除了防止晶粒粗化,还可能因晶界液化而产生显微裂纹。所以,熔合区的变化主要是恶化塑性。因而焊接工艺参数应选用既不造成未熔合又不过烧的合理参数才能确保铝及其合金的焊接质量。
焊接材料
(1)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、锰、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)不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SAlSi一1等(留意强度可能低于母材)。
(2)保护气体 保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流加高频TIG焊时,采用大于99.9%纯氩气,直流正极性焊接宜用氦气。MIG焊时,板厚<25 mm时宜用氩气;板厚25 mm~50 mm时氩气中宜添加10%~35%的氦气;板厚50mm-75mm时氩气中宜添加l0%~35%或50%的氦气;当板厚>75 mm时推荐采用添加50%~75%氦气的氩气。氩气应符合GB/T 4842?995《纯氩》的要求。氩气瓶压低于0.5 MPa后压力不足,不能使用。
(3)钨极 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,不易熔化挥发,电极烧损及尖真个污染较少,但电子发射能力较差。在纯钨中加进1%~2%氧化钍的电极为钍钨极,电子发射能力强,答应的电流密度高,电弧燃烧较稳定,但钍元素具有一定的,使用时应采取适当的防护措施。在纯钨中加进1.8%~2.2%的氧化铈(杂质≤0.1%)的电极为铈钨极。铈钨极电子逸出功低,化学稳定性高,答应电流密度大,无,是目前普遍采用的电极。锆钨极可防止电极污染基体金属,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,可往除氧化膜。