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。
焊前预备
(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学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。
1)化学清洗 化学清洗,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、汽油、煤油等表面往油,用40℃~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),活动净水冲洗,接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1 min~3 min,活动净水冲洗,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、汽油等擦试表面以除油,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,焊接时进进熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。
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,特别是在湿润环境下,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,在天气湿润的情况下,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,液态铝的活动性能好,在焊接时焊缝金属轻易产生下塌现象。为了焊透而又不致塌陷,焊接时常采用垫板来托住熔池及四周金属。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,以焊缝成型。也可以不加垫板单面焊双面成型,但要求焊接操纵熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等工艺措施。
(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℃,可用氧一乙炔焰、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。
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