铝焊工艺

 铝焊工艺                       珠海市科盈焊接器材有限公司 珠海市福尼斯焊接技术有限公司   2008年11月    铝焊工艺１目录目录..................................................................................０前言....................................................................................2铝的种类...............................................................................3材料....................................................................................4合金元素的鉴别....................................................................9铝焊的填充金属.................................................................16焊接方法............................................................................22铝焊丝的特殊性质............................................................２５引弧的问题......................................................................２８协同脉冲..........................................................................３０铝焊接的保护气...............................................................３１焊前准备..........................................................................３３焊接缺陷..........................................................................３５汽车工业的应用...............................................................３８ 铝焊工艺２前言铝发现于19世纪初，并且从1880年开始作为轻金属得到实际应用。铝可以通过电解氧化铝获得。应用领域铝及铝合金逐渐取代了钢材料，变得越来越重要。铝的应用领域有：•航空航天•汽车工业（商运和客运）•造船业•火车制造业，以及传统的钢结构领域，如•建筑•棚架•储油罐•合金窗等。铝与钢相比的优点•密度小，强度高•耐蚀性好•低温下韧性好•适合连续铸造成型生产。主要的合金成分：•镁：0.3%-7%细化晶粒，提高强度•锰:0.3-1.2%增强抗腐蚀性(盐水),提高强度•铜:5%提高强度,降低抗腐蚀性,对铝的淬透性有重要影响•硅:12%熔点低,约为577℃，主要用于铸造铝合金铝焊工艺３铝的种类电力工业Al99.51…•输电线•变压器线•散热片装饰品业•日用装饰•幕墙板材，管材AlMg5…·储油罐，造船·管道，仪器型材AlMgSi6…·建筑，装潢•门、窗，家具·车身铸铝AlSi4…·齿轮箱·发动机组·汽缸盖·机动车的铝轮毂铝焊工艺４材料分类纯铝：铝的抗腐蚀性好，抗拉强度低（接近80N/mm2），经冷变形强化后可增加到130N/mm2左右。但焊接后的焊缝金属却不具备这种冷变形强化的效果。例如纯铝：Al99.9%和99.5%。=〉经验：焊接时可获得很好的焊缝外观，但强度很低。可热处理强化锻造铝合金：铝与镁、硅、锌或铜的合金在热处理后能时效强化至450N/mm2左右。如（AlMgSi1，AlZn4.5Mg1等等）。这些材料经退火，淬火处理后，合金元素在微观结构上沉淀强化，增强了铝的强度。时效硬化可以在室温下几天内完成，也可以在80~160℃的温度区间内以较短的时间内，:如：60小时（60°C）/24小时（120°C）完成。AlZnMgCu铝铸铝合金变形铝合金可热处理强化铸铝合金不可热处理强化铸铝合金G-AlCuSiG-AlCuTiMgG-AlMgSiG-AlSiMgG-AlSiG-AlSiCuG-AlMg可热处理强化铝合金AlMgSiAlZnMgAlCuMgAlMgAlMgMnAlMnMgAlMn不可热处理强化铝合金铝焊工艺５焊后，硬铝合金的焊接热影响区硬度降低，发生软化现象，输入的热量越多，软化就越严重。随后的热处理可以恢复其硬度。例如AlZn4.5Mg1这种合金在焊后进行简单的热处理就可以恢复到它的原始硬度值。=〉经验：在用铝代替钢结构时，昀常用的是时效硬化铝合金，重量可减轻40%。不可热处理强化铝合金：不可热处理强化铝合金采用热处理后大不到强化效果，通常采用固溶强化，加入镁、锰后，合金的抗拉强度将增至280N/mm2左右。如AlMg1/AlMg3/AlMg4.5Mn。=〉经验：不可热处理强化铝合金一般用于防腐蚀（海水）金属板，交通工具，网纹板等。铸造铝合金铸造铝合金是在铝中加入硅合金元素。通常只有修复性的焊接工作采用这种材料（特殊焊条的手工电弧焊，TIG或MIG气体保护焊）。修复性焊接，尤其是要求焊缝金属特性与母材不能有任何不同的焊接，需采用与母材成分相同的填充金属。焊接材料的氢含量不能太高。抛光后，焊缝的颜色应与母材相同。通常焊缝在经阳极氧化后颜色会有稍微的不同，这种现象对于含硅元素的铸铝的焊接尤其明显。=〉经验：因为铸铝的熔点低，所以熔滴流动速度快，焊速高，焊缝表面清洁。铝焊工艺６铝的裂纹倾向取决于Si,Cu和Mg的含量注意：铝镁合金具有很高的裂纹倾向，焊接时要采用收弧填弧坑工艺！锌则可抵制热裂纹倾向。昀大热裂纹风险：Mg，在0.5~2.5%之间Si，在0.3~1.5%之间裂纹为了防止热裂纹，焊接通常采用合金成分的填充金属。弧坑裂纹通常由于铝的强大的收缩性而形成。它们可通过使用收弧板或填弧坑程序（焊接电源必须具备此程序）避免。铝焊工艺７焊缝的焊前清理（去毛刺，除油）也对防止裂纹有帮助。图3：填充金属和母材的合适搭配与锻造铝合金的裂纹敏感性的关系填充金属影响材料的裂纹敏感性。填充金属和母材的合适搭配可减少裂纹倾向。AlMg4.5Mn合金的焊接热裂纹倾向和特性，当：1．介绍AlMg4.5Mn合金广泛的用于焊接结构件。它们被证实非常适合用于航空和化工领域，和用于LNG上的运输容器。匈牙利在1950年代首次被开发为造船用。当计算设计元件时，显然有增加载重量的优势。当然这需深入的金属材料特性知识以服从各种不同的负载情况。对于AlMg4.5Mn这种特别的合金来说,困难在于大多数标准和规则允许很大的镁和锰元素的含量公差范围(4.0%-4.9%Mg,0.4%-1%Mn).这会引起机械性能的随机波动，导致承载能力的不准确。这种金属在焊接时，该问题会因焊缝和热影响区的微观结构的各向异性而加剧，如此看来，仅有静态强度值能被确定。所以各种材料中不同的合金元素成分会影响其可焊性。2.实验程序Experimentalprogramme研究有关AlMg4.5Mn中镁和锰元素的波动的影响:a)母材(静态强度，疲劳强度特性和fractureproperties)b)可焊性(母材和填充金属中合金成分的影响，焊接工艺和焊接参数对热裂纹倾向的影响。c)焊接接头形式(静态强度，疲劳强度特性和fractureproperties)以下是五种形式的合金（表格）。列出了可焊性的确定，和焊接接头形式的特性。合金合金元素成分Mg%Mn%Cr%Fe%Si%Ti%AlMg4Mn0,44,00,470,180,200,060,01AlMg4Mn1,03,950,990,180,190,150,03AlMg4,9Mn0,44,90,420,190,180,110,02AlMg4,9Mn1,04,851,00,190,210,170,02AlMg4,7Mn0,74,650,650,200,230,160,02SG-AlMg33,50,460,030,340,110,02SG-AlMg4,5Mn5,20,820,100,160,070,09SG-AlMg55,10,310,170,420,140,083.可焊性的确定3.1.检测程序“鱼骨测试”可确定热裂纹的倾向。Thepropensitytohot-crackingwasdeterminedinthe“Fish-skeletontest”.该测试是使用硬度在焊缝纵向方向的改变（如减小）的自载荷样件。垂直作用于焊缝的抗收缩力在焊缝起始处昀大，到焊缝末端逐渐减小。裂纹长度从而是样件硬度的一个功能所使。裂纹敏感系数A1=(裂纹的测量长度/焊缝长度)x100%.为了确定母材金属的裂纹敏感性，测试样件采用不填丝TIG焊。与之对照的是,加填充金属的TIG和MIG焊。样件厚度为6mm。加填充金属的TIG焊采用U形坡口。焊接参数见下表。铝焊工艺８“鱼骨测试”示意图WeldprocessWeldfillermetalØmmWeldingparameters1)WeldingamperageAWeldingVoltageVWeldingspeedm/min“Fish-skeletontest”TungsteninertgasweldingTungsteninertgasweldingMetalinertgasweldingButt-seamMetalinertgasweldingMetalinertgasweldingMetalinertgaswelding-SG-AlMg5SG-AlMg5SG-AlMg3SG-AlMg3SG-AlMg4,5MnSG-AlMg4,5MnSG-AlMg5SG-AlMg5-2.41.21.61.61.61.61.61.6340...3452)330...3402)160...1652753)3003)2703)2903)2603)2753)15...1815...1824...2526.33)26.43)25.83)26.03)24.83)25.03)0.250.250.250.40.80.40.80.40.81)喷嘴Ø16mm,氩气流量16l/min.2)Ø钍钨直径6.3mm3)平均值纯铝纯铝具有很强的耐腐蚀性,但是抗拉强度低(约.80N/mm²),经过冷作后其抗拉强度能增加至约130N/mm²。然而在焊缝区这种加工硬化作用会在焊接中减弱。例如纯铝：Al99.9/Al99.5⇒实际经验:能达到昀好的焊缝外观,但是强度低。铝焊工艺９合金元素的鉴别当与水混合时，非金属氧化物形成酸，同时金属氧化物形成碱。我们知道金属氢氧化物溶液是碱性的腐蚀性溶液。例如:三氧化硫SO3与水反应形成无色液体-硫酸H2SO4:SO3+H2O_H2SO4例如:固体氧化钠溶入水变成氢氧化纳:Na2O+H2O_2NaOH碱溶液测试（可分辨出铝与铜、锌、镍、硅的合金）例如测试方案1:苛性钠25%(氢氧化钠+水;Na2O+H2O_2NaOH.)让我们将此样本溶液滴到光洁的测试样件的表面3到四分钟，然后用水洗掉用滤纸吸干。测试液1使合金形成AlSi。以下有9种测试方案，每一种为不同的合金成分。Al,AlMn,AlMg的试件表面无颜色变化。纯铝、铝镁、铝锰合金仍保持光亮，只是表面的硬度不同。G-AlMgSi即AlMg+Si试件表面为亮灰色AlCuMg,AlZn