焊接材料
(1)焊絲 鋁及鋁合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外,按容器要求應(yīng)使對接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性(通過彎曲試驗(yàn))達(dá)到規(guī)定要求,對含鎂量超過3%的鋁鎂合金應(yīng)滿足沖擊韌性的要求,對有耐蝕要求的容器,焊接接頭的耐蝕性還應(yīng)達(dá)到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則:
1)純鋁焊絲的純度一般不低于母材;
2)鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材相應(yīng)或相近;
3)鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等)的含量一般不低于母材;
4)異種鋁材焊接時(shí)應(yīng)按耐蝕較高、強(qiáng)度高的母材選擇焊絲;
5)不要求耐蝕性的高強(qiáng)度鋁合金(熱處理強(qiáng)化鋁合金)可采用異種成分的焊絲,如抗裂性好的鋁硅合金焊絲SAlSi一1等(留意強(qiáng)度可能低于母材)。
(2)保護(hù)氣體 保護(hù)氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時(shí),采用大于99.9%純氬氣,直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時(shí),板厚<25 mm時(shí)宜用氬氣;板厚25 mm~50 mm時(shí)氬氣中宜添加10%~35%的氦氣;板厚50mm-75mm時(shí)氬氣中宜添加l0%~35%或50%的氦氣;當(dāng)板厚>75 mm時(shí)推薦采用添加50%~75%氦氣的氬氣。氬氣應(yīng)符合GB/T 4842?995《純氬》的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足,不能使用。
(3)鎢極 氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高,不易熔化揮發(fā),電極燒損及尖真?zhèn)€污染較少,但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加進(jìn)1%~2%氧化釷的電極為釷鎢極,電子發(fā)射能力強(qiáng),答應(yīng)的電流密度高,電弧燃燒較穩(wěn)定,但釷元素具有一定的,使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。在純鎢中加進(jìn)1.8%~2.2%的氧化鈰(雜質(zhì)≤0.1%)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低,化學(xué)穩(wěn)定性高,答應(yīng)電流密度大,無,是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬,易保持半球形,適用于交流焊接。
(4)焊劑 氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物,可往除氧化膜。
容器規(guī)范采用的鋁及鋁合金 要求制造容器的材料具有良好的成形性和焊接性,JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》中采用的鋁及鋁合金有:
產(chǎn)業(yè)純鋁 1A85、1050A、1060和1200。
Al-Cu合金 2014。
Al-Mn合金 3003和3004。
Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5052、5058和5086。
Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。
典型牌號(hào)鋁及鋁合金化學(xué)成分和力學(xué)性能,可查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
鋁及鋁合金的焊接工藝
鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)
(1) 鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化,天生的氧化鋁(Al2O3)熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定,不易往除。阻礙母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易天生夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊縫產(chǎn)生氣孔。焊接前應(yīng)采用化學(xué)或機(jī)械方法進(jìn)行嚴(yán)格表面清理,清除其表面氧化膜。在焊接過程加強(qiáng)保護(hù),防止其氧化。鎢極氬弧焊時(shí),選用交流電源,通過“陰極清理”作用,往除氧化膜。氣焊時(shí),采用往除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時(shí),可加大焊接熱量,例如,氦弧熱量大,利用氦氣或氬氦混合氣體保護(hù),或者采用大規(guī)范的熔化極氣體保護(hù)焊,在直流正接情況下,可不需要“陰極清理”。
(2)鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導(dǎo)率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過程中,大量的熱量能被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部,因而焊接鋁及鋁合金時(shí),能量除消耗于熔化金屬熔池外,還要有更多的熱量無謂消耗于金屬其他部位,這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為明顯,為了獲得的焊接接頭,應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源,有時(shí)也可采用預(yù)熱等工藝措施。
(3)鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時(shí)的體積收縮率較大,焊件的變形和應(yīng)力較大,因此,需采取預(yù)防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時(shí)輕易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)中可采用調(diào)整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性答應(yīng)的情況下,可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5%時(shí)熱裂傾向較大,隨著硅含量增加,合金結(jié)晶溫度范圍變小,活動(dòng)性明顯進(jìn)步,收縮率下降,熱裂傾向也相應(yīng)減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)含硅5%~6%時(shí)可不產(chǎn)生熱裂,因而采用SAlSi條(硅含量4.5%~6%)焊絲會(huì)有更好的抗裂性。
(4)鋁對光、熱的反射能力較強(qiáng),固、液轉(zhuǎn)態(tài)時(shí),沒有明顯的光彩變化,焊接操縱時(shí)判定難。高溫鋁強(qiáng)度很低,支撐熔池困難,輕易焊穿。
(5)鋁及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫,固態(tài)幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中,氫來不及溢出,極易形成氫氣孔?;≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分,都是焊縫中氫氣的重要來源。因此,對氫的來源要嚴(yán)格控制,以防止氣孔的形成。
(6)合金元素易蒸發(fā)、燒損,使焊縫性能下降。
(7)母材基體金屬如為變形強(qiáng)化或固溶時(shí)效強(qiáng)化時(shí),焊接熱會(huì)使熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降。
(8) 鋁為面心立方晶格,沒有同素異構(gòu)體,加熱與冷卻過程中沒有相變,焊縫晶粒易粗大,不能通過相變來細(xì)化晶粒。
鋁合金越來越多的用于機(jī)械制造行業(yè). 隨之而來的是對鋁合金焊接的要求也越來越高。目前國外MIG 焊鋁的技術(shù)工藝日趨成熟, 主要用于全焊接鋁合金游輪、火車及汽車箱體、摩托車架、壓力容器、軌道交通、工作平臺(tái)及飛機(jī)等。
這里僅介紹基本的鋁合金知識(shí)和MIG焊技巧 (所有材料牌號(hào)參照AWS 標(biāo)準(zhǔn))。
1.鋁合金分類及對應(yīng)焊材
1.1. 純鋁 (1xxx 系列), 可焊性很好, 對應(yīng)焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 鋁銅合金 (2xxx 系列), 可焊性較差, 對應(yīng)焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 鋁錳合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 對應(yīng)焊材: ER4043、ER5356
1.4. 鋁硅合金 (4xxx 系列), 一般用于制造焊絲 (4043、4047)
1.5. 鋁鎂合金 (5xxx 系列), 高強(qiáng)度, 可焊性很好, 對應(yīng)焊絲: ER5356、ER5183 等
1.6. 鋁鎂硅合金 (6xxx 系列), 應(yīng)用廣, 可焊性好, 對應(yīng)焊絲: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 鋁鋅合金 (7xxx 系列), 高強(qiáng)度, 用于飛機(jī)制造業(yè), 可焊性很差易裂, 對應(yīng)焊絲: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它鋁合金 (8xxx 系列), 可焊性很差