焊接工艺
1焊接材料的选择
焊丝原则上选择与母材成分相同的铝及铝合金焊丝或板条。氩气纯度>99.95%,尽量选用大直径焊丝。在Al-Mg系铝合金的弧焊中,通常都是推荐使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊条,对Al-Cu系铝合金则推荐用01201和01217。
2 组对与点固焊
由于铝及铝合金管导热快、熔池结晶快,所以.组对时不留间隙、钝边,应避免强制进行,以减少焊接后产生较大的残余应力,定位焊缝长度10-15mm为易。定位焊位置在管的7点、9点、12点处。定位焊焊缝常做为正式焊缝保留,因此发现问题应及时处理。焊前对定位焊表面黑粉、氧化膜进行清除,并将两端修成缓坡型。焊件不需要预热.焊前在试板上试焊,当确认无气孔后再进行正式焊接。采用高频引弧,起弧点应越过中心线20mm左右,并停留不动约2-3秒。然后在焊透的情况下,采用大电流、快速焊。焊丝不摆动,焊丝端部不应离开氩气保护区。如离开氩气保护区.焊丝端部应剪掉。焊丝与焊缝表面的夹角宜在15O右。焊枪与焊缝表面的夹角宜保持在80O~90O之间。为氩气保护区和增强保护效果,可采用大直径焊枪瓷嘴,加大焊枪氩气流量。当喷嘴上有明显阻碍氩气气流流通的飞溅物附着时。将飞溅物清除或更换喷嘴。当钨极端部出现污染,形状不规则等现象时.修整或更换。钨极不宜伸出喷嘴外。焊接温度的控制主要是焊接速度和焊接电流大小的控制。试验结果表明,大电流、快速焊能有效防止气孔的产生。这主要是由于在焊接过程中以较快速度焊透焊缝,熔化金属受热时间短,吸收气体的机会少。收弧时,注意填满弧坑,缩小溶池,避免产生缩孔,终点的结合处应焊过20~30mm。停弧后,要延迟停气6秒。可旋转的铝及铝合金管对接平焊时.焊炬应处于稍带上坡焊位置。这样有利于焊透。厚壁管子底层焊时。可不填加焊丝。但以后的焊层需加焊丝。
合 金
典 型 用 途
2014
应用于要求高强度与硬度(包括高温)的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料,车轮与结构元件,多级火箭级燃料槽与航天器零件,卡车构架与悬挂系统零件
2019
是个获得工业应用的2XXX系合金,目前的应用范围较窄,主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件,螺旋桨与配件
2024
飞机结构、铆钉、构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件
2048
航空航天器结构件与兵器结构零件
2124
航空航天器结构件
2218
飞机发动机和柴油发动机活塞,飞机发动机汽缸头,喷气发动机叶轮和压缩机环
2219
航天火箭焊接氧化剂槽,超音速飞机蒙皮与结构零件,工作温度为-270~300摄氏度。焊接性好,断裂韧性高,T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力
2618
模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件
2A02
工作温度200~300摄氏度的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片
2A06
工作温度150~250摄氏度的飞机结构及工作温度125~250摄氏度的结构铆钉
2A10
强度比2A01合金的高,用于制造工作温度小于等于100摄氏度的结构铆钉
2A11
飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。的中等强度的螺栓与铆钉
2A12
蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等,建筑与交通运输工具结构件
2A14
形状复杂的自由锻件与模锻件
2A16
工作温度250~300摄氏度的航天零件,在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱
2A17
工作温度225~250摄氏底的零件
2A50
形状复杂的中等强度零件
2A60
发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等
2A70
飞机蒙皮,发动机活塞、导风轮、等
2A80
航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件
2A90
航空发动机活塞
3A21
飞机油箱、油路导管、铆钉线材等;建筑材料与食品等工业装备等
5052
此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度,用于制造飞机油箱、油管,以及交通车辆、船舶的钣金件,仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等
5056
镁合金与电缆护套铆钉、拉链、钉子等;包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩,以及需要有高抗蚀性的其他场合
5083
用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,诸如舰艇、汽车和飞机板焊接件;需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、元件、装甲等
5086
用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,例如舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、零部件与甲板等
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
6005
挤压型材与管材,用于要求强高大于6063合金的结构件,如梯子、电视天线等
6009
汽车车身板
6010
薄板:汽车车身
6061
要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性,如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材
6A02
飞机发动机零件,形状复杂的锻件与模锻件
7049
用于锻造静态强度与7079-T6合金的相同而又要求有高的抗应力腐蚀开裂勇力的零件,如飞机与零件——起落架液压缸和挤压件。零件的疲劳性能大致与7075-T6合金的相等,而韧性稍高
7050
飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件。制造这类零件对合金的要求是:抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高
7075
用于制造飞机结构及 他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造
7175
用于锻造用的高强度结构性。T736材料有良好的综合性能,即强度、抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀开裂性能、断裂韧性、疲劳强度都高
7178
供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件
7475
机身用的包铝的与未包铝的板材,机翼骨架、桁条等。其他既要有高的强度又要有高的断裂韧性的零部件
7A04
飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等
焊后处理
(1)焊后清理 焊后留在焊缝及四周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。外形简单、要求一般的工件可以用热水冲洗或蒸气吹刷等简单方法清理。要求高而外形复杂的铝件,在热水中用硬毛刷洗擦后,再在60℃~80℃左右、浓度为2%~3%的铬酐水溶液或溶液中浸洗5 min~10 min,并用硬毛洗擦刷,然后在热水中冲洗擦涤,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。假如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,推荐温度为345℃;对于2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等,推荐温度为415℃;对于2019、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20℃~30℃,保温时间可在0.5 h~2 h之间。
铝容器的应用特点
(1)铝在空气和氧化性水溶液介质中,其表面较易产生致密的氧化铝钝化膜,它在一些氧化性介质中具有良好的耐蚀性。在高温中,纯铝的耐蚀性优于不锈钢。铝材常作为耐蚀容器材料。
(2)对一些腐蚀性不太强,但要求防铁污染的介质,如化纤生产介质等,铝有较好的耐蚀性,而且没有铁污染物料,因此,铝材常作为防铁污染的容器的材料。其他有色金属容器也能防铁污染,但铝便宜。
(3)铝是面心立方晶格,没有同素异构体,低温下不存在像铁素体钢那样的脆性转变,铝容器的低设计温度可达-269℃。铝材常作为低温容器的材料。铝镁合金中的镁含量较高时,会以金属间化合物Mg2Al3和Mg5Al8在晶间析出,使铝镁合金在某些介质中产生应力腐蚀敏感性,只有在65℃以下使用才不会产生应力腐蚀,因此含镁量超过了3%的铝镁合金规定设计温度不超过65℃。析出相过多也会降低冲击韧性,因此含镁量超过3%的铝镁合金及其焊接接头应检验冲击韧性。其他铝和铝容器,包括低温铝容器均不要求进行冲击韧性检验。
(4) 由于铝镁硅合金固溶时效状态强度高,塑性也较好,焊接性好,焊接接头在焊后状态仍能保持较高的强度,因而常用作容器用高强度铝合金。铝,特别是纯铝的规定非比例伸长应力很低,在小的载荷下即会产生塑性变形。铝容器在使用与运输时,应留意碰撞变形。
(5) 为了得到好的塑性,纯铝、铝锰合金和铝镁合金的变形铝材都只在退火状态或热作状态使用,不采用冷作状态。热作状态铝的焊接接头,焊接热对热影响区有退火作用,因而其许用应力也只取退火状态铝材的许用应力。只有铝镁硅合金和铝铜合金的铝材才采用固溶时效状态,以其高强度。
应用举例:铝母线的焊接
大中型发电机组的槽形和管形,小型机组的板状母线。
1、母线材质、焊接材料及设备
母线材质:L2工业纯铝;
焊材:丝301或丝311;
焊接设备:交流氩弧、熔化极气体保护焊机。
2、对接坡口及接头垫板
(1)对接坡口及其尺寸
δ≤6mm,不开坡口,间隙2-5mm;
δ=6-20mm,70ºV型坡口,间隙5-8mm,钝边1-2mm。
(2)坡口根部垫板
1)铝质或钢质;
2)垫板的大小视母线形状和尺寸而选择;
3)母线为板状或槽状时,选板形垫板;
4)母线为管形时,一般选纯铝垫圈;
5)母线封闭外壳的环缝对接选用带弧形槽的钢垫板。
3、清洗工艺
(1)焊丝清洗:分焊丝整理,碱洗,酸洗,烘干存放几个步骤。烘好的焊丝要随即使用,避免再次氧化。
(2)焊件坡口清理
1)化学清洗 :采用清洗剂进行清洗。
2)机械清洗:先用(、松香或汽油)擦拭表面除油污,然后用细钢丝刷或刮刀使母材焊接区刮至有金属光泽为止。
(3)焊接过程中的清理
清除焊接过程中出现的黑斑、粘合、夹渣(铲削)。
4、焊接工艺
(1)预热:一般可采取电阻炉加热。高一些为好,但不要超过250ºC。
(2)工艺要点:TIG焊
1)大规范参数:钨棒直径3-6mm,焊丝直径2.4-6mm,焊接电流250-400A,氩气流量15-20l/min(视喷嘴大小决定)。
2)点焊要求
直线焊缝先点焊两端,后点焊中部至少三处,每处约60~80mm;
外壳环焊缝每隔60º点焊一处,每处长约80mm左右;
管形主母线沿圆周均分2-4处点焊,每处长约40-50mm。
3)好用铝制引弧板引弧和收弧。
4043是含硅5%的铝硅合金焊丝,常用作除铝镁合金以外的铝合金工件和铸件的氩弧焊及气焊时的填充材料。是一种通用的铝合金焊接用焊丝。
4043具有:流动性好,抗热裂能力强,但延展性不足、塑性和耐蚀性低的特点。
4043:可广泛用于船舶、机车、化工、建筑模具、食品、运动器材、模具、家具、容器、集装箱等行业。
常见的6系合金比如6061、6063母材即可用ER4043来焊接,它在阳氧化处理后的颜色为灰白色。
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