铝合金焊接的那些关键技术,你都会了吗?

点击数:642020-05-10来源: 焊接应力消除

铝合金焊接的那些关键技术,你都会了吗?

铝合金被广泛的运用在工业产品上,因为它具有很好的物理性能,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。
由于焊接方法及焊接工艺参数的选取不当,造成铝合金零件焊接后产生严重变形,或因为焊缝气孔、夹渣、未焊透等缺陷,导致焊缝金属裂纹或材质疏松,严重影响了产品质量及性能。以下小编就带您分析铝合金焊接的方法以及注意事项。

 铝合金的三种焊接方法

 钨极氩弧焊
钨极氩弧焊法主要用于铝合金,是一种较好的焊接方法,不过钨极氩弧焊设备较复杂,不合适在露天条件下操作。

 电阻点焊、缝焊
这种焊接方法可以用来焊接厚度在5mm以下的铝合金薄板。但是在焊接时用的设备比较复杂,焊接电流大、生产率较高,特别适用于大批量生产的零、部件。

脉冲氩弧焊
脉冲氩弧焊可以很好的改善在焊接过程中的稳定性可以调节参数来控制电弧功率和焊缝成形。焊件变形小、热影响区小,特别适用于薄板、全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。

铝合金的焊接注意事项

  1  焊接铝合金前先要清理铝合金表面,不能有油污,尘埃等存在,可以用丙酮清洗铝合金焊接处的表面,厚板铝合金要用钢丝刷清理,之后再加丙酮清洗。

   2  在焊接铝合金的时候要先清理铝合金表面,不能有油烟,灰尘等,另外厚板铝合金要用钢丝刷清理,然后再加丙酮清洗。
   3  如果板材比较后可以对板材预热,这样可以防止预热不够造成成焊不透,在收弧时要用小电流收弧填坑。

   4  焊接时一定要规范,要根据板材的厚度来焊接。
 
   5  焊枪的电缆不要太长,要是太长会造成送丝稳定。

一、焊接材料要求:


01 保护气体的选择
焊接时所用的保护气体有惰性气体氩气(Ar)和氦气(He),生产上普遍使用氩气。用于焊接铝及铝合金的氩气必须满足下列纯度(体积分数)要求:氩气大于99.99%,氦气小于0.04%,氧气小于0.03%,水的质量分数小于0.07%。目前国内生产的氩气,其纯度一般能达到此要求,故在使用前不需再进行提纯处理。

02
钨电极的选用

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,不容易熔化挥发,但电子发射能力比钍钨、铈钨要差。在纯钨中加入质量分数为1.0%~2.0%的氧化钍(Tho)电极称为钍钨极。它的电子发射能力强,允许的电流密度高,电弧燃烧稳定。但钍元素具有一定的放射性,对其推广应用带来障碍。目前普遍采用的铈钨极(牌号WCe20)是在纯钨中加入质量分数为1.8%~2.2%氧化铈(杂质≤0.1%)而制成。铈钨极电子逸出功低,化学稳定性高,反复引弧的可靠性高,允许电流密度高(如采用直流正接氩弧焊时,允许电流密度比钍钨极提高5%~8%),烧损率低,并消除了放射性。

03
溶剂的选择

在气焊、碳弧焊过程中,熔化的金属表面极易氧化而形成氧化膜,为保证焊接质量,必须用熔剂去除氧化膜及其他杂质。气焊、碳弧焊用的熔剂是各种钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。用气焊、碳弧焊方法焊接、角接、搭接等接头时,焊件上残留的熔渣往往难以完全清除,在这种情况下,应根据不同的铝合金材料选用不同的熔剂。对于铝镁合金,不宜用含有钠的熔剂。

04
焊丝的选用

在铝合金材料的焊接过程中,铝合金用焊丝的选用至关重要,选取前应该了解以下内容:
是否所有的铝合金材料都可用作焊接填充合金?
是否所有的铝合金都可以焊接?
应避免发生的缺陷有哪些?
如何选择焊接填充合金?
选择时应当考虑的标准是什么?

铝合金系列需要了解

选择什么样的焊丝?

一种母材可以用多种铝合金焊材完成焊接 ,如5083-5083的焊接:可用 5356,5183,5556 等焊丝。但是每一种焊丝得到的焊接接头可能只能在某一个性能方面是最佳的。选择最佳的焊丝时,主要应考虑焊接件的最终使用性能。整体来说,主要考察以下几个性能指标:




总之,选择铝合金焊丝过程中,只有在对铝件焊接及其应用中的许多相关变量进行了充分分析后,才能选择出最合适的合金填料。首先必须考虑的是焊接母材的类型和化学性质,其次要考虑的是焊接部件的性能要求。最后,在开发和评估适合的焊接工艺参数时,合金填料的选择是不可缺少的一部分。

二、施焊焊工:
应按《铝容器焊工考试规则》附录A的规定考试合格。

三、焊前准备:
1.铝材坡口加工应采用机械方法(含剪切),如采用等离子火焰方法加工应从变色部分机械加工去掉不少于3mm,加工后的坡口表面应平整、光滑,不得有裂纹、分层、夹杂、毛刺、飞边和氧化色。坡口表面应呈银白色的金属光泽;必要时对坡口及两侧不少于50 mm范围内进行100%PT。

2.焊丝、坡口表面及其两侧不少于50 mm范围内必须进行表面清理(包括去表面氧化膜、鳞片、污染和不合格的氧化色)。打磨可用φ0.15~0.2不锈钢丝盘刷、金属磨头(即电动铣刀)、手工盘铣机、锉刀(应是铝专用弧形锉刀)、刮刀和丙酮(沾丙酮的白布应干净,不要使用棉布或棉纱,以避免擦拭时带出毛绒),但应注意这些工具在使用前应被清理干净,清理时也应注意不要把氧化膜以压入母材内,因此清理时不要太用力;但不准用砂轮或普通砂纸打磨,因为铝材很软而导致砂粒留在铝材里,焊后就易产生气孔和夹渣等缺陷。

3.对于外委热加工的部件,如封头等,原则上在进厂后应对铝材表面进行100%PT,必要时对不能确定的部位进行RT。

4.焊丝表面可用不锈钢丝刷或干净的油砂纸擦洗;对表面氧化皮较厚的焊丝在焊前打磨后还需要化学清理。化学清理:用70℃、5%~10%的NaOH溶液浸泡0.5~3min左右后用清水冲洗,接着用15%左右的HNO3溶液在常温下浸泡约1~2min后用温水冲洗,再用手持式吹风机(不能用空气压缩机,因为空气中有水和油)吹干再放入烘箱中100℃烘干即可使用。对铝材也可参考此法。

5.清理干净的焊丝和焊件应保持清洁和干燥,不得用手触摸和口吹焊接部位,焊工一般戴白色的焊工手套,不要因为怕麻烦而戴脏手套;焊前严禁污染,否则应重新进行清理,局部污染可局部重新清理;最好用白纸覆盖在坡口用两侧。一般机械清理后应立即焊接,如清理后4h之内未焊,焊前就应重新清理。

6.焊件装配应准确,如果装配不良时,应考虑换部件,而不得强行组对,以避免造成过大的应力。在正式焊接前应对坡口尺寸进行检查,合格后方可施焊。

7.定位焊选用的焊丝及采取的工艺措施与焊接工艺相同。

8.焊件组对时在应力集中处(如焊缝交叉处和工件上的转角处等)尽量避免进行定位焊,定位焊缝长度和间距可按下表:(mm)
母材厚度
定位焊间距
每段定位焊缝长度
<3
3~6
>6
接管或法兰
40~50
50~60
50~80
2~4点
4~6
5~10
10~12
每点3~8

9.定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷,否则必须清除重焊。重焊应在附近区域进行,而不要在原处点焊;对接焊缝间隙在工艺没规定时,可按2~4mm。

10.对于会熔入永久焊缝的定位焊缝必须保证焊透和清除其表面的氧化层(只允许银白色),并使焊缝两端平滑过渡以便于接弧,否则就应修整。在冷态零件上施焊时,电弧应在始焊稍作停留一下,待母材边缘开始熔化时,再及时加丝焊接,以保证始焊点焊透。

11.焊接纵缝时,必须在焊件两端放置引弧板和退弧板,引弧板和退弧板采用与被焊件相同牌号和厚度的铝材。焊接环缝时尽量避免产生弧坑。

12.焊接过程中定位焊点开裂,造成板边错位或间隙变化,应立即停止焊接,经修复后才能继续施焊。

13.在焊接过程中,应先钢丝刷清理上层焊缝表面的黑灰和氧化物。焊时注意处理火口,即收弧处。引弧可在离焊接始端10~20mm,再迅速回始端焊接,第一层采用直线焊接,为了获得良好的成形,其它层焊时可以横向摆动,并在两侧稍停一下,以便熔合。

14.铝焊接变形和焊时易产生塌陷,因此在焊前应有针对性地制作夹具和垫板。采用夹具时一般零件正反面都需要夹紧,并且夹具的刚性和夹紧力大小要适中,因为过小取不到控制变形作用,过大则焊缝拘束度太强易导致焊缝开裂,夹紧力按350Kg/100mm为宜。软性铝材夹具可为碳钢或不锈钢,可以减缓散热;强化铝材可用铝材制造夹具,这样可以加强散热。纵缝夹具可用琴键式,环缝可用液压胀形夹具。纵缝装配时可适当增大间隙,以便焊后有收缩余地;环缝(包括圆形凸缘、法兰等)则留些反向错边或扳边,因为焊后凸缘会塌陷变形。垫板材料一般为不锈钢或碳钢,对要求不高的铝材焊接可用石墨制作垫板。选择垫板材料还应考虑对焊缝冷却速度的影响。当铝板较厚或垫板装配间隙较大时,可用粘土泥封住间隙,焊后去掉即可。垫板尺寸可按下图:
 
材料及尺寸
A
B
C
不锈钢或碳钢

石 墨


四、焊接要求:
1.持证焊工应按焊接工艺文件和其它文件焊接。

2.在焊接环境出现下列情况之一时,应采取有效防护措施,否则不准施焊:
1) 焊接环境不清洁,有灰尘、烟雾;
2) 焊接环境风速大于或等于1.5m/s;
3) 焊接环境相对湿度大于80%;
4) 下雨、下雪的室外作业;
5) 焊接温度低于5℃;

3.铝材产品焊接设在专门的场地,场地应铺设橡胶或绒布;焊接时应远离通风口和门窗以避免影响气体保护效果。

4.用手工钨极氩弧焊焊接铝材一般都使用交流,以便产生阴极雾化的作用;熔化极氩弧焊则用直流反接。当由于设备所限采用直流焊接时,焊缝表面一般有一层氧化膜甚至是黑灰,这时可用钢丝刷或抹布擦去。对焊缝表面由于焊剂熔剂残留物或氧化而形成的白色膜可用钢丝刷或抹布醮热水擦去。

5.焊前预热:由于铝材导热性能很强,因此一般手工钨极氩弧焊焊接大于10mm厚度时,焊前都应预热,但不超过100℃,焊时层间温度也不超过100℃。可视具体情况用火焰或远红外线板进行加热。

6.在焊接过程中焊丝的填入点不应位于电弧正下方,而应位于熔池边部,距电弧中心线约0.5~1.0mm处,焊丝填入点不得高于熔池表面或在电弧下横向摆动,以避免影响母材熔化,破坏气体保护而使金属氧化;焊丝回撤时勿使焊丝未端露出气体保护区外,以免焊丝未端被氧化后再度送进时随之带入熔池。焊接时若钨极碰到焊缝金属应立即停止焊接,用金属磨头清除污染,并修磨钨极;无论焊前还是焊接过程中,都应先切除焊丝端部已氧化的部分再焊。

7. 一条焊缝应尽量一次焊完,不得已中途停焊后重新焊接时,应重叠10~20 mm。多层焊缝在进行下一道焊缝前,对前道焊缝进行表面颜色检查,只允许银白色;并彻底清除表面污染、夹渣等缺陷。弧坑应填满,接弧处应熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法:收弧时匀速抬高电弧,同时加速填充焊丝,直至电弧熄灭,使熄弧处焊缝局部凸出,必要时打磨超标的余高。在焊机上有衰减装置时,此熄弧方法效果更好。

8.A、B类接头焊缝的余高、余高差及宽度差下表 mm:
焊缝位置
焊缝余高
焊缝余高差
焊缝宽度差
钨极氩弧焊
熔化极氩弧焊
手工焊、半自动焊
自动焊、机械化焊
平焊
0~3
0~5
0~2
0~3
0~2
除平焊外的其他焊缝位置
0~4
0~5
0~3
0~3
0~2

9.接管与壳体的D类焊缝当壳体厚度≤12mm时,一般应将壳体扳边对接焊,扳边高度为25~30mm。

10.C、D类接头的焊缝厚度t,在图样上无其他规定时,应不小于组成角焊缝两边构件厚度δ1、δ2较小值的0.7倍,且不应小于3mm,在一般情况下不超过10 mm(按下图);在衬里或复合板复合采用盖板搭接角焊缝时,盖板厚度构成了角焊缝的一侧边长度L2一般较薄,使得焊脚长度受到侧边长度的限制,当L2≤4mm时,应要求t≥0.7 L2。


11.C、D类接头的焊缝与母材应呈圆滑过渡。

12.焊缝和热影响区表面应进行100%检查,不得有裂纹、未熔合、气孔、弧坑、夹渣和飞溅物等缺陷,焊缝外不应有打弧点。

13.铝材压力容器焊缝表面不应有咬边。常压容器焊缝表面的咬边深度不应大于0.5mm,咬边连续长度不应大于100mm,焊缝两侧咬边的总长度不应超过该焊缝长度的10%。

14.换热器换热管焊接顺序:管板组装(换热管预留长度应不少于4mm,以便后面的机加工);管端及管板清理;一端胀管;焊接一面管板;机加工未焊换热管管端;胀管;管端及管板清理;焊接未焊一面的换热管。焊接时第一层一般不加丝焊(第一层是否进行PT或气密性检测按规定),但其它层应加丝焊。

15.铝焊接应注意坡口钝边较大,一般为2~6mm。对有垫板的接头,钝边可适当减小。当铝板较薄时,对接焊都应考虑扳边对接焊,如当≤3mm考虑扳边和不加丝焊。铝焊接可采用双面同时焊,背面加丝或不加丝视具体情况而定。

五、焊缝返修:
1.对需要返修的缺陷应当分析产生原因,提出改进措施,编制焊接返修工艺(应考虑加工装防焊接变形)后才能开始返修(下表为一般情况下焊缝缺陷及原因分析);

2.焊缝同一部位返修次数不宜超过2次。

3.一般用金属磨头清除缺陷和开坡口。如果缺陷较深时,可先用规定的手工铣打磨,再用金属磨头打磨坡口表面。坡口应宽度均匀、表面平滑和便于施焊的凹槽,凹槽两端有一定的坡度(一般不大于1:4)。

4.返修前需将缺陷清除干净,一般应进行100%PT确认(若缺陷是裂纹,则必须进行100%PT)。补焊时只需将缺陷除尽即可,不要挖得太深,必要时进行RT进行确认缺陷已完全清除。补焊时先不填丝,用电弧对补焊区金属熔化;填丝后电弧应稍偏向焊丝,防补焊区金属过热,电弧可在补焊长度方向上适度往复移动,以延长熔池存在时间,以利于氢气泡从熔池逸出。

5.返修焊缝性能和质量要求应与原焊缝相同;

6.铝焊接主要焊缝缺陷是气孔和裂纹:
6.1 气孔产生原因:铝焊接气孔主要是氢进入焊接熔池而形成的。氢来源有:材料、焊丝、保护气体、送丝机构、焊工的手套和环境湿度太高等,如焊丝被污染、材料及焊丝本身的氧化膜、送丝机构上有油污或汗渍等。预防措施:
6.1.1材料及焊丝内的含氢量≤0.4mL /100g;

6.1.2 被焊件表面应去除油污及氧化膜,存放时间不超过4h。表面清理后应用干燥、洁净、不起毛的物件覆盖坡口及两侧;

6.1.3 焊丝尽量使用抛光焊丝,不然处理方法同上;

6.1.4 保护气体内杂质含量:H2≤0.001%;O2≤0.02%;N2≤0.1%;H2O≤0.02%;

6.1.5保护气体管路:一般采用不锈钢管或铜管,软管采用塑料管而不能用橡胶等易吸水的软管;焊前应检查冷却水管道,确保不会漏水;当环境湿度很大时,应对保护气体进行加热对管路进行吹扫;

6.1.6 送丝机构:不得有油污,送丝管采用聚四氟乙烯管或尼龙,并焊前清理管内污染和冷凝水;

6.1.7现场环境:温度不宜超过25℃,相对湿度不超过50%,保持环境清洁;

6.1.8焊工:工作服装尽量是白色的,以便能及时发现和清理污染。焊时注意汗水和油渍不要再次污染焊件;

6.1.9 在焊前都应在试板上试焊,以便检查保护气体和管路是否合格。

6.1.10 焊接工艺上预防措施:用双面焊代替单面焊;每道焊缝薄时比厚时有利于气孔逸出;大直径焊丝有利于减少气孔;焊前预热、焊后缓冷;降低电弧电压、增大电流、降低焊接速度,有利于减少气孔。

6.2 裂纹产生原因:材料焊接性较差;选择焊丝时没考虑抗裂性;结构的拘束度过大。预防措施:

6.2.1 对焊接性较差的铝材在焊接前应考虑其抗裂性而不能只考虑强度;必要时可考虑对焊件进行退火后焊接,焊后再淬火时效。

6.2.2 选择抗裂纹性好的焊丝,如含Si等低熔点元素的焊丝。

6.2.3 尽量减少焊接接头的拘束度,合理安排焊接顺序,让焊缝能够有横向收缩余量,以减小焊接应力。没有必要定位焊的就不要焊定位焊,能双面定位焊的就不要单面定位焊。

6.2.4 尽量改单面焊为双面焊。

六、探伤要求:
1.封头拼缝焊后应进行100%RT,成形后再按规定100%RT或100%PT。
2.A、B类焊缝一般进行100%RT。
3.容器上的C、D类焊接接头进行100%PT。
4.铝材表面补焊焊缝进行100%PT。
5.铝卡具和拉筋的临时固定连接焊缝拆除后的焊痕等进行100%PT。
6.其他图样要求探伤的部位。

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