铝及铝合金的焊接.docx

■母材分析工业纯铝具有铝的一般特点，密度小，导电、导热性能好, 抗腐蚀性能好，塑性加工性能好，可加工成板、带、箔和挤 压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊 工业纯铝不能热 处理强化，可通过冷变形提高强度，惟一的热处理形式是退 火，再结晶开始温度与杂质含量和变形度有关，一般在200°C 左右退火板材的eb=80〜100MPa, e0・2=30〜50MPa,Z=35%〜40%, HB=25〜30经60%〜80%冷变形，虽然im能提高到150〜180MPa，但Z值却下降到1%〜1・5%增 加铁、硅杂质含量能提高强度，但降低塑性、导电性和抗蚀 性以下为母材的化学成分表 2-1 母材 ( L2 ) 化学成分( GB/T3190—1996)牌号AlSiMnFeL299.60.250.030.35Cu0.05■ 母材的焊接性分析一、物理及化学性质分析纯铝的熔点低(6600，熔化时颜色不变，难以观察到熔 池，焊接时容易塌陷和烧穿；热导率是低碳钢的三倍，散热 快，焊接时不易熔化；线膨胀系数是低碳钢的二倍，焊接时 易变形；在空气中易氧化成致密的高熔点氧化膜 Al2O3 (熔 点20500，难熔且不导电，焊接时易造成未熔合、夹渣并 使焊接过程不稳定。

因此纯铝的焊接性比低碳钢差，所以 纯铝的焊接性主要有：焊接过程中易氧化、 能耗大、容易 产生气孔（主要是氢气孔）、容易形成焊接热裂纹、焊接接 头容易软化、焊接接头的耐蚀性下降1、 易氧化铝 1060 和氧的亲和能力很大，在常温下铝容易同氧化合， 在铝的表面生成致密的ai2o3薄膜能防止金属的继续氧化， 对自然防腐蚀有利，但是给焊接带来了困难这是由于氧化 铝薄膜的熔点高（约2050弋），远远超过¥吕1060的熔点， 而且密度很大3.95〜4.10g/m2,约为铝1060的1.4倍，加 之 1060 导热性很强，焊接时容易造成不融合现象，也容易 成为焊缝金属的夹杂物，形成夹渣缺陷同时氧化膜可以吸 收较多的水分，焊接时会促使焊缝生成气孔2、 容易产生气孔由于铝1060中不含碳，不存在生成CO气孔的条件，而 氮又不溶于铝，因此 一般认为铝 1060 产生气孔的主要原 因是氢氢能大量的溶于液态铝，几乎不溶于固态铝在焊 接高温下，氢在液态铝中的溶解度急剧下降，如果熔池金属 溶入过饱和的氢，在一定的冷却速度下，过饱和氢将从液态 金属中析出形成微小的气泡在铝的熔池凝固过程中析出氢 一方面形成新的微小的小气泡，另一方面将扩展到已形成的 微小气泡中，并使它发展长大。

与此同时，由于铝 1060 的 相对密度小，气泡上浮较慢，如果冷却速度较快，气泡来不 及逸出熔池，凝固后就留在焊缝中形成气孔若熔池凝固过 程比较缓慢的进行，能有足够的时间使氢气泡逸出熔池，就 不会在焊缝中形成气孔反之，如果熔池凝固速度很快，氢 来不及由液态金属中析出，而是固溶于铝中形成过饱和固溶 体，也不会析出气体形成气孔可见冷却速度是影响产生气 孔的重要条件之一3、焊接热裂纹铝 1060 非热处强化合金在熔化焊时很少产生裂纹，只有 在杂质含量超过规定范围，或刚性很大的不利条件下，才会 产生裂纹 铝 1060 产生热裂纹的原因与它的成分和焊接 应力有关由于铝 1060 的线膨胀系数比铁将近大一倍，而 其凝固时的收缩率又比铁大两倍，因此铝焊件的焊接应力 大4、高的导热性和导电性铝 1060 的导热系数很大，约为钢的四倍，而且热容量也 比钢大近一倍，因此 焊接铝 1060 时比钢要消耗更多的热 量为得到高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大 的热源才能进行正常的焊接，特别在工件厚度较大时更为明 显 铝 1060 的导电性好，电阻焊时需要更大功率的电源5、高温使强度和塑性低高温时铝1060的强度和塑性很低，如370弋时强度仅为1MPa 左右，常常不能支持液体熔池的重量，破坏了焊缝金 属的成型，有时还容易造成焊缝金属的塌落和烧穿。

6、无色泽变化铝 1060 从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以 不易判断熔池的温度， 另外，温度升高时，铝1060 的强度 降低，因此焊接时难以掌握加热温度，时常因温度过高无法 察觉而导致烧穿总的来说，铝 1060 的焊接性是良好的，只要针对上述焊 接特点，正确选择焊接方法、焊接材料、焊前清理及焊接操 作工艺，完全能获得良好的焊接接头筒体壳板厚为 16mm ，所以在焊接前，为避免出现热裂纹，应对其进行预热，预热温度为120〜140弋2）、焊接方法不当例如；埋弧焊线能量大，会使焊接热影响区过热区出现粗 晶组织，使热影响区韧性降低电渣焊的线能量比埋弧焊还 要大，热影响区晶粒更加粗大，韧性降低更为明显，所以纯 铝自动氩弧焊焊后通常要经正火处理，细化晶粒，以提高韧 性焊接工艺方案焊接设备为NB-500型熔化极MIG气体保护焊机，电流调 节范围为50 ~ 500A焊丝直径为①1.6mm保护气体——氩气， 其纯度不低于 99.96％其选择理由如下：(1)除CO2气体保护焊外，几乎各种焊接方法都可以用于 焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不 同，各种焊接方法有其各自的应用场合。

气焊和焊条电弧焊方法， 设备简单、操作方便气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板 及铸件的补焊，焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊惰性气体 保护焊有TIG焊和MIG焊，它们是应用最广泛的铝及铝合金焊 接方法从“阴极清理”作用和钨极许用电流方面考虑，一般采 用钨极氩弧焊由于是在氩气的良好保护下施焊，熔池可免受氧、 氢等有害气体的影响氩弧焊电流稳定、热量集中、其焊缝组织 致密、成形美观、强度和塑性高，并且工件变形小但是，因受 到钨极许用电流的限制，电弧的熔透力较小，生产率较低故一 般多用于板厚在6mm以下薄板的焊接熔化极氩弧焊(MIG) 电弧功率大，热量集中、热影响区小、生产率可比钨极氩弧焊提 高三倍以上因此适用于厚板结构的焊接，它可焊接 50mm 以 下的铝及铝合金板材，焊接 30mm 厚的铝板可不预热半自动 熔化极氩弧焊，主要用于定位焊、断续小焊缝及结构不规则工件 的焊接 2)铝及铝合金的热导率和比热容均比碳素钢和低合金钢 低两倍多铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍在焊接过程 中，大量的热能被迅速传导到基体金属内部吸收，因而焊接铝及 铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量消 耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显 著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率 大的能源，也可采用预热等工艺措施。

熔化极气体保护焊（MIG ） 与钨极氩弧焊（TIG ）比较，MIG焊的最小加热面积为10-4cm2 , 最大功率密度为104 ~ 105W・cm-2 , TIG焊的最小加热面积为 10-3cm2，最大功率密度为1.5 ~ 104W・cm-2，因此选用MIG焊 较好 3）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-1 等（注意强 度可能低于母材）根据铝储罐的使用情况，按上述原则（等强度、等腐蚀性）， 现选用焊丝为SAI-2,其铝含量高于1060 （ L2 ）工业纯铝，以保 证焊接接头耐腐蚀性的要求4）保护气体选择铝及铝合金 MIG 焊，只采用惰性气体氩或氦气，不采用活 性气体。

氩或氦虽同为保护气体，但其物理性能有差异，因而其 工艺性能也有差异氩气的密度大约是空气的1.4 倍，比空气重； 氦气的密度大约是空气的 0.14 倍，比空气轻在平焊位置焊接 时，氩气下沉，驱走空气，对电弧的保护和对焊接区的覆盖作用 好若选择氦气保护，要得到相同的保护效果，氦气的流量和消 耗量大约比氩气高2 ~ 3倍另外，氦气的导热率比氩气高，能产生能量分布更均匀的电 弧等离子体氩弧等离子体则弧柱中心能量高而其周围能量低 因此，氦弧 MIG 焊时焊缝形状特点为熔深与熔宽大，焊缝底部 呈圆弧形，而氩气MIG焊的焊缝中心呈窄而深的“指状”熔深， 其两侧熔深较浅氦的电离电位比氩高当弧长和焊接电流一定时，氦气保护 的电弧电压比氩气弧高因此，纯氦保护 MIG 焊时，很难实现 轴向射流过渡，常发生较多的飞溅和较粗糙的焊缝表面氩气保 护的 MIG 焊则较易实现射流过渡由于 MIG 氩弧焊的电弧电压低和电弧能量密度小，电弧稳 定、飞溅极少，因而适用于焊接薄件 MIG 氦弧焊的能量密度 高，适用于焊接中厚件，但电弧不够稳定，且氦气价格高昂本产品的最大壁厚为 16mm ，所以选用氩气为保护气为宜3.焊前准备（1）坡口形式、接头形式及其尺寸 坡口形式、接头形式及其尺寸取决于铝焊件厚度、焊接位 置、熔滴过渡形式及焊接工艺。

在焊件厚度、焊接位置和焊接工艺一定时，熔滴过渡形式是 确定坡口形式，焊接工艺参数的重要条件熔化极氩弧焊的熔滴过渡的形式及其过程的稳定性是 MIG 焊焊接方法是否适用的关键当焊接电流由小到大增长时，熔滴 过渡即由短路过渡、滴状过渡，向喷射过渡（射滴过渡、射流过 渡）方向变化短路过渡只适用于材料厚度为1 ~ 2mm薄壁零 件的 MIG 焊，喷射过渡过程比较稳定，几乎可用于各种厚度铝 材的 MIG 焊在短路过渡至射流过渡之间，有一个亚射流过渡 区，此时尽管弧长较短，但并不发生短路，即使弧长变化，电流 电压亦可保持不变，即使采用恒流电源（陡降外特性），电弧也 能进行自身调节，焊接过程稳定，焊缝成形均匀美观，实践经验 表明，采用亚射流过渡形式 MIG 焊铝材时，焊接效率更高，焊 接质量更好 MIG 焊时，一般采用直流反接，不采用直流正接 或交流，有自动焊及半自动焊两种方式采用射流过渡形式的喷射过渡时，焊缝易呈现窄而深的指状 熔深，焊缝两侧熔透不良，出现气孔裂纹等缺陷改用亚射流过 渡形式时，弧长较短，电弧电压较低，电弧略带轻微爆破声，焊 丝端头的熔滴长大到等于焊丝直径时便沿 轴线方向一滴一滴 地过渡到熔池，并间或有瞬时短路发生。

亚射流过渡 MIG 焊时， 阴极雾化区大，熔池保护效果好，焊缝成形好，焊缝缺陷少为 此铝储罐在焊接参数的选择及坡口设计上要充分考虑以上问题2）焊前清理 铝焊件及焊丝表面的氧化膜及污染物可引起 MIG 焊过程中 电弧静特性曲线下移，从而使焊件电流突然上升，焊丝熔化速度 增大，电弧拉长，此时，电弧的声音也从原来有节奏的嘶嘶声变 为刺耳的呼叫声因此，MIG焊前零件及焊丝表面应严格清理， 其清理的质量将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焊件与焊丝 MIG 焊前表面清理，常采用 化学清洗和机械清理两种方法同时铝及铝合金焊丝最好采用经 特殊表面处理的光滑、光洁、光亮的“三光”焊丝① 化学清洗 化学清洗效率高，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 用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油用40弋~ 70 °C的5 %~ 10%NaOH溶液碱洗3min ~ 7min（纯铝时间稍长但不超过 20min），流动清水冲洗，接着用室温至60C的30%HNO3溶液 酸洗1min ~ 3min，流动清水冲洗，风。