2A12铝合金焊接工艺设计

1、目录第一章 2A12铝合金概述2第二章 2A12铝合金材料成分和力学性能 22.1 2A12铝合金材料成分 22.2 2A12铝合金力学性能 3第三章 2A12铝合金材料焊接性分析 33.1 焊缝中的气孔33.1.1 熔焊时形成气孔的原因 33.1.2 预防焊缝气孔的途径 43.2 焊接热裂纹 63.2.1 铝合金焊接热裂纹的特点及形成原因 63.2.2 预防焊接热裂纹的途径 73.3 焊接接头的“等强性 93.4 焊接接头的耐蚀性 103.5 其他焊接缺陷11第四章 2A12铝合金平板对接焊接工艺 114.1 焊前准备和预热114.1.1 化学1#理124.1.2 机械清理124.1.3 焊

2、前预热124.1.4 垫板124.2 焊接方法134.3 坡口设计144.4 焊接材料154.5 焊接参数154.6 焊接变形及限制164.7 后处理164.7.1 清理残渣164.7.2 焊件的外表处理174.7.3 焊后热处理 204.8 焊缝的整形和焊缝缺陷的返修 20第五章 2A12铝合金平板对接焊缝质量及探伤要求 205.1 外表质量215.2 无损检测(RT) 21第六章 2A12铝合金焊接工艺卡 22参考文献23第一章 2A12铝合金概述2A12 (LY12)硬铝合金是一种共晶型高强度硬铝合金,属于 Al-Cu-Mg系合 金,2A121一种极易被氧化的材料,在空气中容易与氧结合生

3、成紧密结实的 A12. 氧化薄膜(厚度约0. 1 m)0这些薄膜的熔点高达2050% ,密度3. 950kg/m 4. 10kg/m ,约为铝的1. 4倍,它会吸附水分,在焊接过程中形成气孔、夹渣 等缺陷,从而降低了焊接接头的力学性能. 可进行热处理强化,在退火和刚淬火 状态下塑性中等,电焊焊接良好,用气焊和氮弧焊时有形成晶间裂纹的倾向,在淬火和冷作硬化后的可切削性尚好, 退火后可切削性低；抗蚀性不高,常采用阳 极氧化处理与涂漆方法或外表加包铝层以提升其抗腐蚀水平.由于密度小、强度高、耐蚀性好、无磁性、成形性好以及低温性能好等特点而广泛应用于工业领域. 具有优良的综合力学性能,有利于结构件的轻

4、量化,在航空、航天、舰船制造等 领域.用于制造各种承受高载荷的零件和结构件,如飞机的骨架、蒙皮、翼肋、 翼梁、隔框零件怫钉等在150c以下工作的零件.在制作高载荷零件时有被 LC4 取代的趋势.第二章 2A12铝合金材料成分和力学性能2A12铝合金为变形铝合金,属于热处理强化、Al-Cu-Mg系合金.2.1 2A12铝合金材料成分经查标准GB/T3190-1996, 2A12铝合金的化学成分具体数值见表 1: un铝合金的比学成分质量分敏)2A12 (LY12)硬铝合金是一种共晶型高强度硬铝合金,属于 Al-Cu-Mg系合2.2 2A12铝合金力学性能经查标准GB/T3190-1996, 2A

5、12铝合金的化学成分具体数值见表 2: 表2 2A12铝合金的力学性能材料状态抗拉强度(T s/MPa屈服强度(T b/MPa伸长率6(%)断面收缩率3(%)硬度HBW淬火+自然时效4703301730105退火210110185542包铝的,淬火+自然时效43030018一105包铝的,退火18010018一42第三章 2A12铝合金材料焊接性分析2A12(LY12)是典型的硬铝合金,合金系统是：Al - Cu Mg它的焊接性较 差.3.1 焊缝中的气孔2A12铝合金熔焊时最常见的焊接缺陷就是焊缝气孔.3.1.1 熔焊时形成气孔的原因 soon-J-ex一氢是铝及铝合金熔焊时产生 气孔的主要

6、原因,氢的来源是弧 柱气氛中的水分、焊接材料以及 母材外表氧化膜所吸附的水分 对焊缝气孔的产生有重要的影 响.由于液态铝合金溶解氢的能 力很强,在凝固过程中氢来不及 析出而聚集在焊缝中形成气孔.(1)弧柱气氛中水分的影响.弧柱气氛中的氢之所以能使图3-1氢在铝中的溶解度焊缝形成气孔,与它在铝中的溶(PH2=101kp句解度有很大的关系.由图3-1可见,平衡条件下氢的溶解度沿图中的实线变化, 凝固点时可从0.69mL/100g突降到0.036mL/100g,相差约20倍(在钢中只相差 不到2倍),这是氢易使铝焊缝产生气孔的重要原因之一.弧柱空间或多或少存在一定量的水分,尤其在潮湿季节或湿度大的地

7、区进行 焊接时,由弧柱气氛中水分分解而来的氢, 溶入过热的熔融金属中,凝固时来不 及析出成为焊缝气孔.这是形成的气孔具有白亮内壁的特征.MIG焊时,焊丝以细小熔滴形式通过弧柱落入熔池,由于弧柱温度高,熔滴比外表积大,熔滴金属 易于吸收氢.而且在焊接2A12铝合金时保护气体中的含水量也是非常重要的, 一般需要小于0.08%才能使焊接时过渡到焊缝中的氢含量更少.(2)氧化膜中水分的影响.在正常的焊接条件下,对于气氛中的水分已严 格限制,这时,焊丝或工件氧化膜中所吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因. 氧化膜不致密、吸水性强的铝合金(如 Al-Mg合金),比氧化膜致密的纯铝具有 更大的气孔倾向.由于

8、 Al-Mg合金的氧化膜由A12Q和MgO与成,而MgOffi多, 形成的氧化膜越不致密,更易于吸附水分；纯铝的氧化膜只由A12Q构成,比拟致密,相对来说吸水性要小.MIG焊时,由于熔深大,坡口端部的氧化膜能迅速 熔化,有利于氧化膜中水分的排除,氧化膜对焊缝气孔的影响就小很多.(3)焊接方法的影响.MIG焊时,焊丝以细小熔滴形式向熔池过渡,弧柱温度高,熔滴比外表积大,熔滴易于吸氢；TIG焊时,主要是熔池金属外表与氢反 应,比外表积小,熔池温度小于弧柱,吸氢条件不如MIG有利；另外,MIG焊熔池深度大于TIG焊,不利于氢气泡的逸出.(4)极性的影响.TIG焊时,直流反接,具有阴极雾化作用,可以预

9、防氢 的产生,但鸨极易烧损,形成缺陷；正接时无阴极雾化作用,熔深大,对气泡逸 出不利,所以采用交流. MIG焊时,采用直流反接,无阴极雾化作用,也没有 鸨极烧损.(5)焊接工艺参数.焊接标准主要影响熔池在高温的停留时间,从而对氢 的溶入时间和析出时间产生影响.TIG焊时,采用小线能量,采用较大的标准,高的焊速,减少熔池存在时间, 减小氢的溶入；MIG焊时,焊丝氧化膜的影响更为显著,不能通过减少熔池时间 来预防氢向熔池的溶入,所以通过降低焊速和提升焊接线能量来增大溶池存在时 问,有利于减少焊缝中的气孔.3.1.2 预防焊缝气孔的途径预防焊缝中的气孔可从两方面着手： 一是限制氢溶入熔融金属,或者是

10、减少 氢的来源,或者减少氢与熔融金属作用的时间(如减少熔池熙吸氢时间) ；二是 尽量促使氢自熔池逸出,即在熔池凝固之前使氢以气泡形式及时排出, 这就要改善冷却条件以增加氢的逸出时间(如增大熔池析氢时间).(1)减少氢的来源.使用的焊接材料(包括保护气体、焊丝、焊条等)要严格限制含水量,使用前需枯燥处理.一般认为,氮气中的含水量小于0.08%时不易形成气孔.氮气的管路也要保持枯燥.焊前处理十分重要.焊丝及母材外表的氧化膜应彻底去除,采用化学方法或 机械方法均可,假设两者并用效果更好.(2)限制焊接参数.焊接参数的影响可归结为对熔池高温存在时间的影响,也就是对氢溶入时间和氢析出时间的影响. 熔池高

11、温存在时间增长,有利于氢的 逸出,但也有利于氢的溶入；繁殖,熔池高温存在时间减少,可减少氢的溶入, 但也不利于氢的逸出.焊接参数不当时,如造成氢的融入量多而又不利于逸出时, 气孔倾向势必增大.在MIG焊条件下,焊丝氧化膜的影响更明显,减少熔池存在 时间,难以有效地预防焊丝氧化膜分解出来的氢向熔池侵入.因此希望增大熔池时间以利气泡逸出.TIG焊：小热输入-减少熔池存在时间-减少氢的溶入同时为保证根部熔 透,需用大电流,所以应：大电流,大的焊接速度.如图 5-2所示为TIG焊时焊 接参数对焊缝中扩散氢H的影响.MIG焊：水分主要来自氧化膜-增大熔池存在时间-气泡析出,所以应： 大电流,小的焊接速度

12、,必要时进行预热.如图 5-3所示为MIG焊焊接参数对 焊缝气孔的影响.v/iirmin4 2 o S 6 4 2 O L L L a.0a0,0.- uEwfMM鬻一金 一 H-Tso 20035030350图3-3 MIG焊焊接参数对焊缝气孔的影响图3-2 TIG焊焊接参数对焊缝中扩散氢H的影响3.2 焊接热裂纹纯铝和非热处理强化铝合金如Al-Mn、Al-Mg合金等,一般是不容易产生 裂纹的.而硬铝及大局部热处理强化铝合金,产生裂纹的倾向较大.对含有铜白硬铝Al-Cu-Mg和超硬铝Al-Zn-Cu-Mg 合金,目前很难用 熔焊方法获得没有裂纹的焊接接头,所以一般不能选用熔焊方法制造硬铝和超

13、硬 铝焊接结构.2A12铝合金属于硬铝,在焊接时,常见的热裂纹主要是焊缝凝固裂纹图3-4和近焊缝液化裂纹图3-5.并且2A12铝合金的热裂纹倾向很大,在焊接过程中最重要的就是预防热裂纹的产生图3-4铝合金接头中的结晶裂纹图3-5铝合金接头热影响区中的液化裂纹3.2.1 铝合金焊接热裂纹的特点及形成原因2A12铝合金属于共晶型合金.从理论上分析,最大裂纹倾向与合金的“最 大凝固温度区间相对应.但是,由平衡状态图得出的结论与实际情况有较大的 出入.在焊接过程中生成的二次相a -Al + S 及a -Al +9共晶组织和杂质,会促使铝合金具有较大的裂纹倾向. 假设合金存在其他元素或杂质时,还可能形成

14、三 元共品,其熔点比二元共晶更低一些,凝固温度区间也更大一些.易熔共晶的存 在,是铝合金焊缝产生凝固裂纹的重要原因之一.铝的线膨胀系数比钢约大一倍, 而凝固时的收缩率又比铁大两倍,当成分中的杂质超过规定范围时,在熔池中将 形成较多的低熔点共晶o两者共同作用的结果,在焊缝中就容易产生热裂纹.在 铝的线膨胀系数比钢约大一倍时,并且拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应 力,也是促使铝合金具有较大裂纹倾向的原因之一.关于易熔共晶的作用,不仅要看其熔点上下,更要看它对界面能量的影响.易熔共晶成薄膜状展开于境界上时,促使晶体易于别离,而增大合金的热裂倾向；假设成球状聚集在晶粒间时,合金的热烈倾向小.近缝区“

15、液化裂纹同焊缝凝固 裂纹一样,也与晶间易熔共晶有联系,但 这种易熔共晶夹层并非晶间原已存在的, 而是在不平衡的焊接加热条件下因偏析而 形成的,所以称为晶间“液化裂纹.(1)液化裂纹产生原因.如图3-6所 示,在母材的热影响区中,成分为Xc的铝 合金在平衡状态下,ti温度下组织为+ , t2时 中的组元开始向 固溶体溶解,t3时 全部转化为固溶体.在焊接快速加热条 件下,在t2来不及溶解,达不到平衡, 到t 3时仍可能为+两相状态,t 4时已超过共晶温度,中的组元还未完全溶入 固溶图3-6铝合金组织转变图体,那么在和两相界面出现共晶液相,这种局部液化在焊接应力下沿晶界液膜 形成“液化裂纹.(2)

16、热裂纹的形成原因.1)拘束度的影响；2)液固相距离宽,生成柱状晶,柱状晶之间产生成分偏析,导致容易产 生裂纹；3)材料因素的影响：a)铝合金为共晶合金,裂纹倾向与合金结晶温度区间大小有关系； 2A12吕合金热裂倾向最大时的合金组元浓度(x»:Al-Cu : x 后2%Cub)线膨胀系数大,是钢的1倍,在拘束条件下焊接,容易产生较大的 焊接应力,增大裂纹倾向；c)铝合金焊接过程中无相变,柱状晶粗大,容易偏析.3.2.2 预防焊接热裂纹的途径母材的合金系对焊接热裂纹有重要的影响. 在焊接中获得无裂纹的铝合金接 头并同时保证各项使用性能要求是很困难的.例如,硬铝和超硬铝就属于郑重情 况.即

17、使对于纯铝、铝镁合金等,有时也会遇到裂纹问题.对于焊缝金属的凝固裂纹,主要是通过合理确定焊缝的合金成分, 并配适宜 当的焊接工艺来进行限制.(1)合金系的影响.在铝中参加 Cu> Mn. Si、Mg Zn等合金元素可获得不同性能的合金,但是对于裂纹倾向大的硬铝之类高强铝合金,在原合金系中进行 成分调整以改善抗裂性,往往成效不大.生产中不得不采用Si=5%勺Al-Si合金焊丝(4A01)来解决抗裂纹问题.由于可以形成较多的易熔共晶,流动性好, 具有很好的“愈合作用,有很高的抗裂性能,但强度和塑性不理想,不能到达 母材的水平.(2)焊丝成分的影响.不同的母材配合不同的焊丝.如果采用成分与母材

18、 相同的焊丝时,具有较大的裂纹倾向,不如改用其他合金组成的焊丝.例如采用 Al-5%Si焊丝(国外牌号 4043)和Al-5%Mg焊丝(5A05或5556)的抗裂效果是 较好.Al-Zn-Mg 合金专用焊丝X5180 (Al-4%Mg-2%Zn-0.15%Zr也具有相当高 的抗裂性能.>fc5f生用序 <5«3> (6061) (2024) (20H) (2219)(7075) 口加(?QS9) 07016)图3-7 母材与焊丝组合的抗热裂性试验(括号中数字为母材代号,无括号的数字为焊丝代号)所以本次2A12铝合金采用Al-5%Si焊丝(国外牌号4043)进行MIG

19、焊对此 次工艺来说是十分合理的.(3)焊接参数的影响.焊接参数影响凝固过程的不平衡性和凝固后的组织 状态,也影响凝固过程中的应力变化,因而影响裂纹的产生.热能集中的焊接方 法,可预防形成方向性强的粗大柱状晶,因而可以改善抗裂性.采用小焊接电流, 可减少熔池过热,也有利于改善抗裂性.焊接速度的提升,促使增大焊接接头的 应力,增大热裂的倾向.因此,增大焊接速度和焊接电流,都促使增大裂纹倾向. 大局部铝合金的裂纹倾向都较大,所以,即使是采用合理的焊丝,在融合比大时, 裂纹倾向也必然大.因此,增大焊接电流是不利的,而且应预防断续焊接.(4)变质剂的影响.Ti、Zr、V、B微量元素作为变质剂,在焊接过程

20、中生 成细小难熔质点,作为结晶时的非自发形核核心,细化晶粒,改善塑性,还能显著改善抗裂性能3.3 焊接接头的“等强性时效强化：固溶度变化大的合金,加热至高温后急冷,都可形成过饱和固溶 体SS,即固溶处理.然后常温或稍高温度加热,即可产生所谓的“时效过程 而强化.热翳阴区时效过程：时效初期,SS中发生溶质原子偏聚形成局部富集 GP区,随温度 或时间延长,开展为一种共格过渡相 其成分与平衡非共格相相同,倬继金温胖火区软化区崩始组织区 闻晶)例时和图3-8热处理强化铝合金焊接接头组织示意图但点阵不同而且未脱溶,随温度或时 间延长,转化为 而脱溶析出.“过时效：一般在GP区合金 发生强化,微细共格相开

21、始出现 时强度进一步提升,一旦发生向 转化,强化作用降低,转变结束时强 化作用消失,成为“过时效.热处理强化铝合金焊接接头组织如图3-8所示,焊接过程中,焊接温度超过过时效温度,产生过时效和脱溶,所 以导致强度损失.在退火状态下焊接时,接头与母材是等强的；在冷作硬化状态下焊接时,接 头强度低于母材.说明在冷作状态下焊接时接头有软化现象.是想强化铝合金, 无论是退火状态下还是时效状态下焊接,焊后不经热处理,接头轻度均低于母材. 特别是在时效状态下焊接的硬铝, 即使焊后经人工时效处理,接头强度系数(即 接头强度与母材强度之比的百分数)也未超过 60%(1)非时效强化铝合金HAZ的软化 主要发生在焊

22、前经冷作硬化的合金上. 经冷作硬化的铝合金,热影响区峰值温度超过再结晶温度 (200300 C)的区域 时就产生明显的软化现象.洁柔的软化主要取决于加热的峰值温度, 而冷却速度 的影响不很明显.由于软化后的硬度实际已低到退火状态的硬度水平,因此,焊前冷作硬化程度越高,焊后软化的程度越大.板件越薄,这种影响也显著.冷作 硬化薄板铝合金的强化效果,焊后可能全部丧失.(2)时效强化铝合金HAZ的软化 主要是焊接热影响区“过时效软化, 这是熔焊条件下很难预防的.软化程度决定于合金第二相的性质, 也是焊接热循 环有一定关系.第二相易于脱溶析出并易于聚集长大时,就越容易发生“过时效软化图 3-9 Al-C

23、u-Mg (2A12)合金焊接热影响区的强度变化Al-Cu-Mg硬铝的时效过程是很快的, 而Al-Zn-Mg合金的时效过程是很慢的,说 明前者比后者的第二相易于脱溶,所以在 焊后强度损失大.另外 Al-Cu-Mg在焊后 560天自然时效对强度改善不明显,而 Al-Zn-Mg那么在焊后4天自然时效,软化开 始显著消失,30天后根本消失.此次焊接为退火状态下得2A12硬铝铝合 金,热影响区的强度变化如图3-9所示, 由于时效过程很快等原因,使焊接接头的 强度和母材的强度相差很大,根本上最高 也只能到达母材强度的50% 60%3.4 焊接接头的耐蚀性铝合金焊接接头的耐蚀性一般低于母材,热处理强化铝合

24、金(如硬铝)接头 的耐蚀性降低尤其明显.接头组织越不均匀,越易降低耐蚀性.焊缝金属的纯度 和致密性也是影响接头耐蚀性的因素.杂质较多、晶粒粗大以及脆性相(如FeAl3) 析出等,耐蚀性会明显下降,不仅产生局部外表腐蚀,而且会出现晶间腐蚀.焊 接应力更是影响铝合金耐蚀性的敏感因素.对于铝合金焊接接头的耐蚀性下降的主要原因有(1)接头的组织不均匀 由于焊接热过程的影响,使得焊缝和热影响区组 织不均匀,并且还存在着偏析,会使接头各部位产生电极电位差, 在腐蚀介质中 形成微电池,产生电化学腐蚀,从而破坏了氧化膜的完整性和致密性, 使腐蚀过 程加速.(2)焊接接头存在有焊接缺陷 在焊接接头中总是或多或少

25、地存在有焊接 缺陷,如咬边、气孔、夹杂物、未焊透等.这些缺陷破坏了接头外表氧化膜的连 续性.(3)焊缝金属铸造组织的影响 焊缝组织较母材粗大疏松,外表也不如母 材光滑,外表氧化膜的连续性和致密性差.另外,焊缝为铸造组织,具有明显的 枝状晶特点.由于存在着枝晶偏析,具有很大的组织和成分不均匀性,以及焊缝 金属枝状晶的结晶方向,对其耐蚀性均有一定的影响.(4)焊接应力的影响 焊接应力的存在,容易产生应力腐蚀.对于铝合金焊接接头,主要在以下几方面采取举措来改善接头的耐蚀性.(1)改善接头组织成分的不均匀性主要是通过焊接材料使焊缝合金化,细化晶粒并预防缺陷；同时通过限制焊接热输入以减少热影响区,并预防

26、过热(2)消除焊接应力 外表拉应力可采用局部锤击方法来消除；焊后热处理 有良好效果.(3)调节工艺条件 改善焊缝柱状晶成长方向.(4)采取保护举措 例如,采取阳极氧化处理或涂层等.3.5 其他焊接缺陷(1)易氧化铝和氧的亲和力很大,生成的氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良 好组合,焊接时易造成熔合不良与火渣,焊接过程中合金元素易被氧化和蒸发.(2)易烧穿 铝合金由固态转变为液态时,没有显著的颜色变化,所以不易 判断母材温度.另外温度升高时,铝合金的强度降低,因此焊接时常因温度过高 无法发觉而导致烧穿.(3)易塌陷 铝及铝合金的熔点低,高温强度低,而且熔化时没有显著的颜 色变化,因此焊接时常因温度过高

27、无法发觉而导致塌陷.为了预防塌陷,可在焊件坡口下面放置垫板,并限制好焊接工艺参数.综上分析,2A12吕合金的焊接性较差,焊接时需要采取一定的工艺举措, 才 能获得优质的焊接接头.第四章 2A12铝合金平板对接焊接工艺由于2A12铝合金的焊接性比拟差,因此各个细节局部都应当有所注意.1.1 焊前准备和预热焊前清理是保证铝及铝合金焊接质量的一个重要的工艺举措.总所周知,由于铝及铝合金极易氧化,外表生成一层致密而坚硬的氧化物薄膜, 该薄膜很容易 吸收水分,它不仅阻碍焊缝的良好熔合,而且是生成气孔和夹渣的根源之一. 此 外,如工件外表被油污、锈、垢污染后,也会引起气孔等缺陷.为了保证铝及铝 合金的焊接

28、质量,焊前要采取严格的清理举措,彻底去除焊丝和焊接接头上的氧 化膜和油污.清理的程度直接关系到焊接接头的焊接质量. 清理主要有脱脂去油 清理、化学清理和机械清理三种.1.1.1 化学清理(1)将焊件与焊丝用浓度为8% 10%溶液温度为40c60c的NaOHS液 浸蚀1015分钟;(2)用水冷冲洗约2分钟；(3)在体积分数30%勺稀硝酸溶液中进行中和处理,焊件外表不允许有黄 斑、黑斑；(4)用50c60c热水冲洗23分钟,并用硬毛刷刷干净；(5)放在100c150c枯燥箱中烘干约30分钟.1.1.2 机械清理先用汽油、酒精、丙酮等有机溶剂擦拭外表以除油,然后用不锈钢丝刷或刮刀把坡口及两侧50mm

29、e围内的氧化膜刷除或刮除干净,露出金属光泽.不可采 用砂纸或砂轮打磨,由于铝及铝合金材质较软,在打磨中砂粒可能被压入母材内, 在焊接时会产生焊接缺陷.1.1.3 焊前预热为了减少吸附水分所产生的焊缝气孔缺陷,化学处理后最好将焊丝放置在温 度为200c480c的惰性气体中预热3080分钟,焊丝在氮气中加热,可使吸 附的水分含量减少到缺乏五分之一.母材(2A12铝合金)预热温度为100c 150C,可以减小冷却速度,保证焊接接头的氢有足够的时间往外扩散和强度不 至于降得很低.1.1.4 垫板铝和铝合金在高温时的强度很低,这样在焊接时容易使焊缝塌陷或烧穿.为 了保证焊透而又不致使焊缝塌陷,在实际焊接

30、中常常采用某些形式的垫板来拖住 金属.垫板可用石墨、不锈钢或铜制造.垫块加工时,应在外表正对焊缝开一个圆弧型槽,以保证焊缝反面成形良好.垫块应该设计成能提供对底部焊缝的 激冷作用,这样就减小了热影响区,对提 高焊接接头的性能很有好处.此次2A12铝 合金采用如下图垫板.1.2 焊接方法各种熔焊方法以氮弧焊的应用最为广泛.焊接薄板多应用TIG焊法,MIG焊法主要应用于板厚在3mmz上的焊接上.铝合金氮弧焊时,氮气的纯度要限制在99.9%以上,其中限制杂质：氧在0.005%以下,氢0.005以下,水分0.02mg/L以下,氮0.015%以下.氧、氮增多, 均恶化阴极清理作用.氧超过 0.3%那么使

31、鸨极烧损加剧,超过0.1%氧那么使焊缝表 面无光泽或发黑.氮超过0.05%.熔池的流动性变坏,焊缝外表成型不良.鸨极一般采用含牡鸨极,焊接电流应有所限制.过大的电流会使鸨极烧损, 并可造成焊缝夹鸨.为了预防鸨极烧,在直流反接DCRP焊时,电流要限制的 很小,而采用直流正接时有无阴极清理作用.所以,TIG焊接时一般都采用交流电源.但由于大厚度铝合金焊接的需要,也在研究应用直流正接的TIG焊接方法. 主要是利用其熔深大的特点,同时焊缝截面成形好且气孔倾向相对较小,因此可降低对阴极清理的要求.MIG焊接时,一般采用 DCRP但所选用的焊接电流一般希望超过“临界电 流值,以便获得稳定的喷射过度的电弧过

32、程.MIG焊接时,为了获得喷射过渡, 由于临界电流的限制,焊接板厚小于3mm寸就必须采用很细的焊丝,这在送丝上 造成很大的困难.因此,板厚在3mmz下的构建一般不采用MIG焊焊接方法.此 时熔化极脉冲量弧焊在薄板焊接上那么有其优越性.在TIG对接焊接时,在一定的鸨极直径下电流增大,焊接速度也相应提升, 在变动焊接速度时,气体流量也要与之相匹配,送丝速度也要相应的调整填充 汉斯送进速度可在0.162.0m/min之间变动.功率一定时,焊接速度海域焊件 厚度有关,手工焊时可在0.0650.25m/min间变动,自动焊时可在0.250.50m/min 之间变动.MIG焊接时,焊接速度可以在很大的范围

33、内变化,一般为 0.151.50m/min. 而焊丝送进速度可以在更大的范围内变动,一般为 1.110.0m/min.焊接电流必 须适当,关键是确定临界电流,铝合金焊丝直径 ds 一般使用电流I及相 应的送丝速度vs,大体如表3所示,临界电流Ic与合金种类及焊丝直径ds 有关.表3铝合金焊丝的使用电流和送丝速度ds(mm)ds(mm)I(A)vs(m/min)0.8401704.5-201.21002004.2-121.61502903.5102.42203502.55.5在一定电流下送丝速度应等于熔化速度, 假设焊丝送进速度过大,焊丝未熔化 就送入熔池可发生 粘丝现象.反之,送丝速度过小,电

34、弧将拉长,可能导致喷 嘴的“回烧现象.在送丝速度一定时,当电弧电压降低(电弧缩短)时,为了维持给定的送丝 速度,焊接电流急剧减少；而在焊接电流一定的条件下.为适应电弧缩短,在给 定的送丝速度下,焊丝的熔化速度必然显著增大.当电弧缩短到好似潜入熔池时, 就成为所谓 下潜电弧大电流焊接法.层间温度的限制有重要作用,层间温度的增高,不仅接头强度下降,甚至降 低塑性,还可促使产生微裂纹的倾向增大.由于此次工艺的2A12铝合金厚度为8mm因此采用MIG焊.采用直流反接 电源,焊接时有良好的阴极雾化作用. 而且MIG焊进行铝及铝合金焊接,焊缝金 属熔敷效率很高,通常大于95%焊丝沿着焊缝移动时.根本没有飞

35、溅和氧化现 象.而且焊出的焊缝质量优良,焊件变形小.MIG焊选用大的焊接电流,慢的焊接速度,以提升熔池存在时间.1.3 坡口设计由于2A12铝合金具有热容量大、线膨胀系数大等特点,拟定出一个合理的 坡口.焊接坡口设计如下图60.1.4 焊接材料焊材：2A12铝合金.厚度为8mm供货状态为退火状态的平板.焊丝：4043.焊丝成分如表4所示,由于可以形成较多的易熔共晶,流动性 好,具有很好的“愈合作用,有很高的抗裂性能,但强度和塑性不理想,不能 到达母材的水平.表4 4043焊丝成分牌 号化学成分(质量分数)(%)SiFeCuMnMgCrZnV、ZrTi其他Al每种合计4043HS3114.56.

36、0< 0.8< 0.30< 0.05< 0.05一< 0.10一< 0.20< 0.05< 0.15余量保护气体：纯Ar.Ar气作为保护气体,可以预防焊接缺陷,焊接成型和焊 接变形限制都比拟理想.其中限制杂质：氧在 0.005%以下,氢0.005以下,水 分0.02mg/L以下,氮0.015%以下.氧、氮增多,均恶化阴极清理作用.超过0.1% 氧那么使焊缝外表无光泽或发黑.氮超过 0.05%.熔池的流动性变坏,焊缝外表成 型不良.1.5 焊接参数焊接参数的选择如表5所示表5 MIG焊焊接参数焊接方法焊材牌号焊材规格 (mm)焊接电流(A)焊接电压

37、(V)焊接速度 (mm/min)气体流星 (L/min)焊道数MIG4043小2.022024021 2320 258102焊丝直径根据板厚选择适宜的焊丝大小.焊接电流根据焊丝直径选择.焊接电压根据焊丝直径和焊接电流选择.焊接速度根据焊接电流选择.气体流量根据既能保护熔池,又能节约的最适宜流量选择1.6 焊接变形及限制由于2A12铝合金比许多其他的焊接材料有较大的热膨胀系数,所以在焊接 过程中,随着快速加热和快速冷却而带来的膨胀和收缩发生时,必然出现不同形式的变形.2A12铝合金在焊后热处理时期也会发生变形.当在金属局部区域加热的时候,未加热区域抑制了加热区域的膨胀而产生了 形变.冷却时,由于

38、周围金属的抑制,可能导致变形或翘曲.由于 2A12铝合金 散热迅速,焊接金属的收缩一般是焊接变形的主要原因.熔融铝的收缩,约为容积钢收缩的3倍之多.焊接变形造成焊接结构尺寸形状超差, 焊接结构组装配合困难,焊接变形过 大或矫正无效,有可能是产品报废,造成经济损失.为了使变形减至最小,零件 设计时,应该将焊缝减至最少并且合理布置焊缝位置.如果是在刚性的区域局部 焊接,如在边棱或拐角处焊接,将会是变形很小.焊缝应该远离强烈的冷作硬化 区.对于一个焊道,一旦开始焊接后,就不要问断,一直焊完.采用工装夹具对 焊件进行刚性固定之后在实施焊接, 这也是预防变形的有效举措,且不必过分考 虑焊接顺序.在实际焊

39、接生产中,限制变形的方法还有很多,而且在运用时,往 往都是联合采用,而非单独采用.由于此次工艺为2A12铝合金的平板对接工艺,直接采用两块压板将对接铝 合金固定住即可.4 .焊后处理焊后处理是2A12铝合金必须要进行的过程,为保证焊缝质量而对残渣的清 理、焊件的外表处理等等.4.1.1 清理残渣焊件焊完后,在对焊缝进行外观检查和无损检测之前, 需要对焊缝及两侧的 残存焊渣即使进行去除,以预防焊渣腐蚀焊缝级外表,预防造成不良的后果.常 用的焊后清理方法如下：(1)在60c80c的热水中刷洗；(2)放入重铭酸钾(K?Cr2.)或质量分数为2%-3%勺铭酊(Cr2Q)溶液中 冲洗；(3)再在60c8

40、0c的热水中洗涤；(4)放入枯燥箱中烘干或风干.4.1.2 焊件的外表处理阳极化处理,可以改善抗腐蚀和抗磨性能.使用快速焊接工艺,如采用 MIG 焊时,可最大限度地减少焊接热影响区.阳极化处理质量好.由于2A12焊接时为退火状态,阳极化处理后,金属基体和焊接热影响区之 间的颜色反差最小.所以金属颜色的外观是非常均匀的.由于焊前进行了酸洗,所以焊后的钝化处理是什么有必要的, 采用氧化膜的 封闭处理方法,具体操作方法如下：氧化膜的封闭实际上就是封闭氧化膜的微孔,孔处理.铝及铝合金阳极氧化膜的封闭方法很多,如下：降低其外表活性,主要可分为以下几种方法,分 述如下：(1)水合封闭法水合封闭的根本原理是

41、氧化膜和孔壁的A1203在较高温度的热水或水蒸气中发生水合反响,生成水合氧化铝(A1203 H20),使氧化膜体 积膨胀,其体积将增大约 33%以上.由于膜的体积膨胀而使孔径变小,从而封 闭膜孔.其反响式：AI2Q 十 H2cH2AlO(OH)- Al 2Q H2O水合封闭法又分高压蒸汽封闭法和沸水封闭法两种.高压蒸汽封闭的效果比 沸水封闭好,主要反映为封闭速度快,不受 pH值影响,封闭后的氧化膜耐蚀性 好,而且封闭质量稳定,特别是在封闭染色氧化膜时不会出现流色现象,因此尤其适合于染色氧化膜的封闭处理.高压蒸汽封闭的主要缺点是所需高压蒸汽设备 投资较大,生产本钱较高,大型工件封闭处理时不能连续

42、生产, 厚氧化膜封闭时 易破裂,因此只在特殊情况下使用.而沸水封闭那么恰好相反,因其生产本钱相对 较低,操作方便,是一种普遍采用的封闭方法.1)封闭工艺标准高压蒸汽封闭法工艺标准如下所示.蒸汽压力1 3x105Pa蒸汽温度100110c时间2030min操作考前须知：蒸汽温度不可过高,否那么易使氧化膜的硬度和耐磨性降低. 沸水封闭法工艺标准如下所示.封闭用水去离子水或蒸储水PH 值5.5 6.5温度9598 c时间每1um厚的氧化膜约需23min通常封闭的时间需要2030min操作考前须知：封闭用水应采用去离子水或蒸储水, 不用自来水,由于普通 自来水易生水垢吸附于孔中,使膜的透明度下降.普通

43、自来水中的 C3 S04、 CuT等均对封闭膜孔有不利影响.2)影响沸水封闭质量的因素水质.水中的杂质离子或不纯物会严重降低封闭后氧化膜的耐蚀性,对其外观也有一定程度的危害,因此一定要严格限制用水的质量,保证其电阻率5 ->5x10 Q - cmt在生产过程中应尽量预防前道工序残留在制品外表的酸或清洗水将有害离子带入封闭槽,为此最好在进入沸水封闭槽前先经过一道去离子水洗,以减少封闭槽的污染.为了保证封闭质量,应定期测定封闭水中的有害离子含量.温度.水温越高封闭速度越快,但长时间沸腾会加大水的消耗,因此温度 最好限制在9598C.当温度低于90c时封闭速度将显著减缓,特别是低于80C 时,

44、水合反响产物将不是一水合氧化铝(A12Q 肌0),而是三水合氧化铝 (A12Q-3HO),后者很不稳定p致使氧化膜的耐蚀性能很差.时间.封闭所需时间与膜厚有关,通常每 1um约需23min,对于一般的 阳极氧化膜总的封闭时间大约为 2030min.当水质条件好时可取下限.PH值.PH值越高封闭速度越快,但过高的 PH值会引起膜层粉化,使表 面出现粉霜.PH值一般才5制在5.56.5之间,最正确为5.8.可用醋酸或氨水调 节PH值.可在沸水封闭液中参加一些添加剂作为封闭助剂,如锲、钻等金属盐和重铭 酸钾、水玻璃及三乙醇胺等,添加封闭助剂不仅可以提升封闭质量, 而且还有抑 制粉霜的作用.在使用封闭

45、助剂时应特别小心,如果封闭助剂选择不当,或参加 过量都会对封闭质量产生极不利影响.(2)重铭酸盐封闭法重铭酸盐封闭的根本原理是,在重铭酸盐水溶液中,氧化膜吸附了重铭酸盐后发生化学反响,生成碱性铭酸铝Al(OH)CrO4和重铭酸铝Al(OH)Cr 2.,这些生成物填充进膜空隙,从而起到封孔作用.重铭酸盐封闭法一般用于防护性阳极氧化膜,氧化膜经封闭后呈现黄色,其耐蚀性较高.但该法不适用于装饰性或染色的氧化膜.重铭酸盐封闭溶液的配方及工艺标准如下：重铭酸钾(K2Cr207)含量15l00g/L(用蒸储水或去离子水配制)pH值6 7.5(用碳酸钠或氢氧化钠调节)温度9098c时间530min操作考前须

46、知：封闭液中重铭酸钾的含量越高,封闭后的氧化膜耐蚀性越好.经阳极氧化的铝制品工件,在封闭处理前必须仔细漂洗,以免将残留在工 件外表的酸性液带入封闭槽,否那么会对氧化膜的封闭质量和外观造成不利影响. 另外,还应预防工件与槽体接触,否那么会损坏氧化膜.对封闭液中杂质应进行限制,当封闭液中 SO-4超过0.2g/L时,会使氧化 膜的颜色变浅或发白,可参加适量的铭酸钙 (CaCrO4)沉淀过滤排除；当SO-4为 0.02g/L时,会使氧化膜的颜色发白,耐蚀性下降,可添加硫酸铝钾 K2Al2(SO)4 24HO0.10.5g/L 进行调整.当 CL>1.5g/L时,会对工件氧化 膜产生腐蚀,封闭液

47、需稀释或更换.(3)水解金属盐封闭法 水解金属盐封闭的原理是,除了封闭过程中 AL03 的水合反响外,主要是利用金属盐被氧化膜吸附后发生水解反响, 生成氢氧化物 沉淀析出,充填在膜子L内,从而到达封闭氧化膜的目的.水解金属盐封闭不影响氧化膜的色泽,而且由于金属离子与有机染料分子之 问会形成金属络合物,从而增加了染料的稳定性和耐晒度.因此,水解金属盐封闭法特别适用于染色或着色的防护、装饰性氧化膜.(4)双重封闭法 所谓双重封闭是指先用金属盐溶液预封, 然后再用热水或 重铭酸钾溶液封闭.这种封闭方式可大大提升氧化膜的耐蚀性能.它不仅适用于 透明的阳极氧化膜,而且也适用于染色或着色的氧化膜.(5)低

48、温封闭法低温封闭法又称为常温封闭或冷封闭,是近年来铝型材行业使用最普遍的封闭方法.低温封闭大多采用Ni F溶液体系,其反响机理很复 杂,但与水解金属盐封闭法也有某些类似之处,存在ALQ;的水合反响和Ni(OH)2沉淀析出的双重作用,只是由于 F-的存在使封闭反响过程可在低温下实现.操作考前须知：低温封闭溶液除上述根本组成外,还常参加少量的外表活性剂、PH缓蚀剂、铝离子络合剂以及粉霜抑制剂等助剂来进一步提升封闭质量. 为了消除由于 锲的沉积而带来的氧化膜偏绿,通常还参加约 0.1g/L的CO+加以改善.低温封闭溶液在长期使用过程中 Ni2+和F的消耗速度不一致,因此在生产 过程中除定期检测Ni2+含量外,还应定期检测游离F-的含量,始终限制其含量在 工艺规定的范围内.低温封闭溶液对SO-4和NH+比拟敏感,当S(O-4> 5g/L, Nhl+>4g/L时会影 响封闭质量,此时应稀释溶液以消除其影响,或全部更换槽液.溶液的pH值可用醋酸或氨水(或氢氧化钠稀溶液)调节.封闭后用50 60 C的热水漂洗或经漂洗后用热风吹干可起到强化封闭、 加快枯燥和防水迹的作 用.(6)有机物封闭法有机涂层封闭方法在铝型材行业应用已十分普遍,其目的是大幅度提升铝材的防腐蚀性能和外观装饰性；同时,阳极氧化膜又是有机涂 层的理想基底层.早期曾采用熔融蜡、干性油、树脂等对铝阳