铝合金与不锈钢的焊接工艺

1、铝合金与不锈钢的焊接工艺 本组成员：何泰 CD20150517 朱志权 CD20150502赵川 CD20150523唐靖炎 CD20150532一、铝合金的焊接工艺1、铝及铝合金的焊接性（1）强的氧化能力 铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄，厚度约0.1m。Al2O3的熔点高达2050，远远超过铝及铝合金的熔点（约660），而且体积质量大，约为铝的1.4倍。焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易形成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并加强焊接区域的保护。（2）较大的热导率和比热容 铝及铝合金的热导率和比热

2、容约比钢大1倍，焊接过程中大量的热量被迅速传导到基体金属内部。因此，焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的热量，焊前常需采取预热等工艺措施。 （3）热裂纹倾向大 线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%左右，因此焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而产生热裂纹。生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹，如使用焊丝HS311.（4）容易形成气孔 形成气孔的气体是氢。氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g，而在660凝固温度时，氢的溶解度突降至0.04ml/100g，使原来溶解于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。同时，铝和铝合金的密度小，气泡在熔池中的上升速度较慢，加上铝的导热性强，熔

3、池冷凝快，因此，上升的气泡往往来不及逸出，留在焊缝内成为气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是氢的主要来源，因此焊前必须严格做好焊件的表面清理工作。 （5）接头不等强度 铝及铝合金的热影响区由于受热而发生软化、强度降低使接头与母材无法达到等强度。纯铝及非热处理强化铝合金接头的强度约为母材的75%100%；热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材的40%50%。 （6）焊穿 铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至焊穿。2、铝合金焊接前进行的准备工作（1）焊前清理 清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污，这是

4、防止产生气孔、夹渣的重要措施。 1）化学清洗 效率高、质量稳定、适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的焊件。化学清洗分浸洗法和擦洗法两种，清洗剂及清洗工艺。 2）机械清理 先用有机溶剂(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污，然后用细铜线刷至表面露出金属光泽，或者用刮刀清理表面。清理后的焊件应在4h内施焊，否则应重新清理。（2）垫板 为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷，焊前可在接缝下面安放垫板。垫板材料可采用石墨、不锈钢或碳钢，表面开一圆弧形槽，以保证反面焊缝成形。（3）预热 对薄、小的焊件一般可以不用预热。焊接厚度超过5mm的焊件时，为了使接缝附 近达到所需要的温度，焊前应对焊件进行预热，预热温

5、度为100300。3、铝合金焊接后的清理工作 焊件焊后留在焊缝及邻近的残存熔剂和焊渣，需要及时清理干净，否则在空气、水分的作用下，残存的溶剂和焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜，激烈的腐蚀焊件。因此，焊后应立即严格清除焊件上残存的污物。常用的清渣方法和步骤：1）在热水中用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头。2）将焊件在温度为6080、质量分数为2%3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约510min，并用硬毛刷仔细洗刷。3）在热水中冲刷洗涤焊件。4）将焊件用热空气吹干或在100干燥箱内烘干。4、铝及铝合金钨极氩弧焊（TIG焊）的焊接工艺（1）焊丝的选用 HS311是一种通用焊丝，采用这种焊丝焊接时，金属流

6、动性好，有较高的抗热裂性能，并能保证一定的强度。但在焊接铝镁合金时，焊缝中会出现脆性化合物Mg2Si，降低接头的塑性和耐腐蚀性。焊接铝-镁合金时应采用HS331。（2）焊接接头及坡口形式 坡口形式。（3）焊接电源 应选用交流电源。铝及铝合金钨极氩弧焊（铝及铝合金钨极氩弧焊（TIG焊）焊）5、铝及铝合金熔化极氩弧焊（MIG焊）焊接工艺铝及铝合金熔化极氩弧焊（铝及铝合金熔化极氩弧焊（MIG焊）焊）二、不锈钢的焊接工艺1、不锈钢的性能（1）物理性能 热导率小、线膨胀系数大、电阻率大。（2）耐腐蚀性 1）化学腐蚀: 金属与介质 ( 干燥气体和非电解质溶液 ) 发生化学反应而产生的腐蚀。例如:高温氧化、

7、脱碳等。 特点：无电流产生 2）电化学腐蚀:金属与介质 ( 电解质溶液，即酸、碱、盐溶液 )发生电化学反应而产生的腐蚀。 特点：有电流产生。 2、不锈钢的腐蚀形式（1）均匀腐蚀 接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。（2）点蚀 在金属材料表面产生尺寸小于1.0mm的穿孔性或蚀坑性宏观腐蚀； 原因：材料表面钝化膜局部破坏引起； 预防措施：A、降低cl-浓度；B、减少夹杂物，增加均匀性；C、降低含碳量，增加Cr、Mo、Ni含量。 （3）缝隙腐蚀 金属构件中发生的斑点状宏观蚀坑； 原因：间隙中溶液流动发生迟滞，致使溶液中局部cl-浓化，不锈钢表面钝化膜吸附cl-被局部破坏。（4）晶间腐蚀 在晶粒

8、边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。 原因：贫铬理论（5）应力腐蚀 在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下而引起的断裂。3、A（奥氏体）不锈钢的焊接 显微组织：奥氏体 成分：高铬不锈钢+适量的Ni 典型钢种： 18-8钢 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 25-20钢 2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni20 25-35钢 0Cr21Ni32 4Cr25Ni35（1）焊接分析 1）接头的耐蚀性 变形能力强、含碳量低，焊接性良好； 问题：腐蚀、焊接热裂纹、铁素体含量的控制、脆化等 .（2）预防措施： 降低母材和焊缝中的含碳量 ：将钢中的碳降低到小于或等于其室温时在相中的溶解度，这样在加热时就不

9、会有或很少有Cr23C6析出，从而从根本上避免了贫铬层的形成。如 00Crl9Ni10、00Crl8Nil0N及焊丝H00Crl9Nil2Mo2 在钢中加入稳定的碳化物形成元素（钛、铌、钽等）：如0Crl8Ni11Ti、0Crl8Ni11Nb及焊丝H0Cr20Ni10Ti、H0Cr20Ni10Nb等 。（3）焊后进行固溶处理： 固溶处理可使已经析出的Cr23C6重溶于奥氏体中。 固溶处理：T1050-1150 此方法对大型复杂零部件有一定的困难，处理后再次在敏化温度范围加热，仍然会形成贫铬层 。（4）A不锈钢焊接的工艺要点 1）焊前准备 A、下料方法的选择： 机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等

10、，最好等离子弧切割； B、坡口的制备 适当减小V形坡口角度。当板厚大于10mm时，应尽量选用焊缝截面较小的U形坡口； C、焊前清理 将坡口两侧20mm30mm范围内的焊件表面清理干净，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范围内涂上用白垩调制的糊浆，以防飞溅金属损伤表面； D、表面防护 避免损伤钢材表面，不允许用利器划伤钢板表面，不允许随意到处引弧等 。2）焊接方法 焊接奥氏体不锈钢时，应控制焊接热输入和层间温度，以防止热影响区晶粒长大及碳化物析出，应根据具体焊接性和使用要求选择： A、焊条电弧焊 同样直径的焊条，焊接电流值应比低碳钢焊条降低20%左右 ；

11、焊条长度应比碳素钢焊条短；采用直流反接施焊 ；多层焊时，待上一层焊道冷到60以下再焊下一层焊道，以防晶间腐蚀 ；在焊接过程中，应注意提高焊接速度，同时焊条不作横向摆动。 B、熔化极惰性气体保护焊 一般采用直流反接法 ，焊接电流为相同直径的碳钢焊丝的80 ；保护气体可用纯Ar，ArO2（CO2）或Ar十He十CO2混合气 ；板厚6-25mm用喷射过渡，6mm用短路过渡。 CO2气体保护焊不适合焊接A不锈钢，因为CO2焊接时使焊缝增碳（Cr+CO2=Cr2O3+C） C、钨极氩弧焊 焊缝成形好，线能量很低，特别适合焊接对过热敏感的各种奥氏体钢；一般采用直流正接，以防止因电极过热而造成焊缝中渗钨的现

12、象 ；但因生产效率较低、成本高，一船只用于焊接6mm以下的薄板 。 D、埋弧焊 （含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。（5）焊接材料选择 A、适用性原则 B、注重实验验证 C、考虑熔合比大小对焊缝成分的影响 D、根据焊接性要求确定合金化程度 E、注重具体合金成分在该合金系统中的作用（6）焊接工艺要点 A、合理选择焊接方法，药芯焊丝电弧焊最好，不锈钢薄板宜用TIG焊，厚板用气保焊； B、控制焊接参数，避免接头产生过热：如热输入比焊接碳钢时小20-30%；焊接时采用小电流、窄道快速焊，I=（25-35）d， ；焊完进行强制冷却（加垫板、水冷等）；避免交叉焊缝；多层焊时使层间温度冷却到60以下再焊下一道; C、注意焊接接头设计的合理性，A钢焊接时选择同质材料，坡口一般60。，选择镍基材料做焊材时，坡口需增大80; D、尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定； E、控制焊缝成形，保证焊件表面完好无损，焊接时要避免焊件碰撞损伤和在焊件表面进行引弧，造成局部损伤影响其耐蚀性; F、焊后热处理 奥氏体不锈钢焊接后，原则上不进行热处理。只在焊接接头产生了脆化要进一步提高其耐蚀能力时，才根据需要选择固溶处理、稳定化处理或