有色金属及其合金的焊接

1、第十四章 有色金属及 其合金(hjn)的焊接共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺（1）工业纯铝 工业纯铝含铝99以上，其熔点为660。表面易氧化生成氧化膜Al2O3，其熔点高达2050，给焊接带来困难。纯铝导热性约为低碳钢的5倍，热膨胀系数约为低碳钢的2倍。 14.1.1.1 铝及铝合金的特点共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺（2）非热处理强化铝合金 所谓热处理强化是指经固溶处理的铝合金，利用热处理方法使之产生时效强化的效果，从而使

2、合金强度提高。铝合金能否用热处理的方法使之强化，取决于其主要合金成分。 14.1.1.1 铝及铝合金的特点共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺（3）热处理强化铝合金 14.1.1.1 铝及铝合金的特点硬铝 1锻铝 2超硬铝 3高强铝 4共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.2 铝及铝合金的焊接性 其特点是强度中等，塑性良好，容易通过压力加工制成各种半成品，并具有满意的焊接性，良好的耐振性和耐腐蚀性。具体铝及铝合金的焊接性见表14-1

3、。具体请参见P183-P184共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 铝和铝合金的焊接方法很多，常用的熔焊方法有气焊、焊条电弧焊、手工氩弧焊(TIG)、熔化极氩弧焊(MIG)、等离子弧焊、激光焊、真空电子束焊等。具体参见P184-P185 （1）焊接方法的选择共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 焊丝的选择 焊丝选择的合理与否决定着焊接接头的力学性能、耐蚀性和抗

4、裂性等。铝及铝合金同质焊丝的选用见表14-3 。异种铝及铝合金焊接用焊丝见表14-4 。同母材一样，国外通用的铝焊丝种类也基本相同，具体特点见表14-5 。具体参见P185-P186。（2）焊接材料的选择共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 保护气体的选择 焊接铝及铝合金的惰性气体有氩气(Ar)和氦气(He)。 （2）焊接材料的选择共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的

5、焊接工艺 气焊溶剂的选择 气焊熔剂简称为气剂。铝及铝合金的焊接质量和工艺性还取决于气焊熔剂的成分和质量。 （2）焊接材料的选择共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 化学清理 化学清洗效率高，质量稳定，适用于尺寸不大，批量生产的工件。化学清洗法的清洗液的配方与工序流程见表14-6。 （3）焊前准备共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 机械清理 在工件尺寸较大、生

6、产周期较长或清洗后又沾污时，常用机械清理。先用有机溶剂(丙酮或汽油)擦洗表面除油，然后用015mm铜丝轮或不锈钢丝轮或刷子磨刷表面，直到露出金属光泽为止。 （3）焊前准备共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺气焊接头及坡口形式（4）铝及铝合金的气焊共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺(2) 装配间隙及定位焊 (3)焊嘴和火焰的选择 (4)焊前预热 (5

7、)气焊操作技术 （4）铝及铝合金的气焊共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 氩弧焊焊接铝和铝合金的特点如下。采用惰性气体在焊接区形成气罩，防护熔池、焊丝、钨极不与空气中的氧、氮、水蒸气等反应；焊接过程不需采用熔剂，利用电弧自身具有的特性“阴极破碎作用”清除焊接区的氧化膜；电源较焊条电弧焊、气焊集中，热影响区窄，焊接变形小；接头形式不受限制；电弧燃烧稳定，接头成形美观，焊接质量优良；焊后不需要进行专门的清洗。 （5）铝及铝合金的氩弧焊共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(h

8、nji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺钨极氩弧焊(TIG焊)工艺如下。 （5）铝及铝合金的氩弧焊氩气纯度 1钨极 2坡口及接头形式 3手工TIG焊的操作技术5电动钨极氩弧焊 6钨极脉冲氩弧焊 7焊接参数的选择 4共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺熔化极自动氩弧焊 MIG自动焊的焊接参数有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、送丝速度、焊接速度、氩气流量、焊炬倾斜角、焊丝干伸长度、喷嘴孔径、喷嘴与焊件间距离等

9、。 （6）熔化级氩弧焊共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺(2) 熔化极半自动氩弧焊 纯铝半自动MIG焊的坡口尺寸和焊接参数见表14-10 。 （6）熔化级氩弧焊共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺接上表 。 （6）熔化级氩弧焊共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及

10、铝合金的焊接工艺(3) 熔化极脉冲氩弧焊 熔化极脉冲氩弧焊的原理与钨极脉冲氩弧焊相似。但脉冲TIG焊的电源是交流脉冲，而脉冲MIG焊则是直流脉冲电源。 （6）熔化级氩弧焊共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。 87m3浓硝酸贮槽结构如图14-6所示。 （1）产品结构共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。 (1) 装配方案 （2）工艺方案焊成筒节 1组装 2总装3开孔焊接管和支架 4共五十九

11、页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。 (2) 焊接方案 （2）工艺方案筒节纵缝、环缝均采用自动MIG焊 1接管、支架与槽体的焊缝采用半自动MIG焊 2自动MIG焊机用MZ1000埋弧焊机改装 3焊炬采用水冷结构 4共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。 坡口 纵缝、环缝均加工成双Y形坡口，尺寸如图14-7所示。 （3）焊接工艺共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有

12、色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。 (2)清洗坡口 焊前在坡口两侧各100mm范围内用氧乙炔焰加热至100以上，然后用10 NaOH水溶液擦拭，清除坡口及附近表面上的氧化膜A12O3，再用30HNO3水溶液进行光化处理。 （3）焊接工艺共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。 (3)焊接参数如表14-11所列。 （3）焊接工艺共五十九页14.1 铝及铝合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.1.2

13、 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。 (4)防裂措施 防止热裂纹，纵缝约在焊缝长度的25处起焊，焊至终端后再反向焊至另一端，接头处铲去一部分再焊。第二层的接头与第一层错开。 (5)环缝的焊接 环缝先焊内侧焊缝，清根后焊外侧焊缝。 (6)探伤要求 每个筒节的纵缝必须探伤合格后再卷圆。两半槽体环缝全部合格后进行总装。 （3）焊接工艺共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.1 铜及铜合金的特点（紫铜）具有极好的导电性、导热性、良好的常温和低温塑性，具有对大气、海水和某些化学药品的耐腐蚀性 （黄铜）具有比紫铜高得

14、多的强度、硬度和耐腐蚀能力，有一定的塑性，能承受冷热加工（青铜）具有较窄的结晶区间，大大改善了焊接性。因此青铜被广泛用做耐腐蚀性的机械结构材料、铸件材料及堆焊材料。 （白铜）具有较好的综合力学性能，比较容易焊接，不需要预热。但这些合金对于磷、硫杂质很敏感，易形成热裂纹 共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.2 铜及铜合金的焊接性铜及铜合金的焊接缺陷及防止措施见表14-12 共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.

15、3 铜及铜合金的焊接工艺选择铜及铜合金的焊接方法很多，铜和铜合金导热性好，一般需要大功率、高能量的焊接方法各种焊接方法的比较见表14-13。（1）焊接方法的选择共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺填充焊丝常用铜及铜合金焊丝的牌号、化学成分见表14-14。 （2）焊接材料的选择共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺(2) 气焊熔剂气焊、碳弧焊通用的熔剂主要由硼酸盐、卤化物或

16、它们的混合物组成。 （2）焊接材料的选择共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺(3) 焊条焊条电弧焊用铜焊条分为纯铜、青铜两类，目前应用较多的是青铜焊条。铜及铜合金焊条及主要用途见表14-15。 （2）焊接材料的选择共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺 焊前准备主要是指焊前对焊件及焊接材料的清理和坡口形式设计、坡口加工。在焊前必须清理焊丝面和铜板坡口两

17、侧30mm以内的油脂、水分、氧化物及其他夹杂物。（3）焊前准备共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺（4）铜及铜合金的气焊焊接材料的选择 1焊接参数的选择 2操作技术3预热及焊后热处理 4共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺（5）铜及铜合金的手工钨极氩弧焊填充焊丝的选择 1保护气体的选择 2预热温度的选择3焊接参数的选择 4共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)

18、第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺（6）铜及铜合金的埋弧焊焊剂的选择 1焊接参数 2共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺（7）铜及铜合金的熔化气体保护焊 熔化极气体保护焊用焊丝基本上与钨极氩弧焊焊丝成分相同，焊前的预热温度与钨极氩弧焊相近。因熔化极气体保护焊电弧功率较大，特别是采用氦气作保护气体时，可适当降低预热温度。熔化极气体保护焊适用的坡口形式及尺寸与钨极氩弧焊相似。 共五十九页14.2 铜

19、及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接 （1）紫铜蒸出塔的技术要求 蒸出塔全部采用磷脱氧铜或T2紫铜制造，主体采用厚度8mm磷脱氧铜(TUP)，支腿为厚度20mm的T2紫铜板，其他部位采用厚度分别为5mm、6mm、8mm、10mm、12mm紫铜板或紫铜管。蒸出塔的直径为1000mm，高8920mm，重约5t。要求焊缝强度不低于母材强度的85，焊后无裂纹、气孔、未焊透等缺陷，焊后经015MPa水压试验不许有渗漏现象。 共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.2

20、 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接 （2）焊接工艺的选择 (1) 焊接方法、设备、焊接材料的选择铜板拼接、筒体纵缝和环缝采用不预热单面焊双面成形埋弧自动焊，焊机是均匀调节式NZA-1000埋弧自动焊机，用T1、T2直径4mm紫铜焊丝和431焊剂。其他焊缝采用焊条电弧焊，焊机是Axl-500直流焊机，用铜107焊条(焊芯为T2紫铜制造)。 共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接 （2）焊接工艺的选择 (2) 焊前准备坡口准备 1引弧板和引出板 2工伴的清理和定位焊 3焊条电弧焊之前工件预热 4焊条焊剂的烘干及焊丝的

21、清理 5反面衬垫 6共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接 （2）焊接工艺的选择 (3) 焊接规范的选择埋弧自动焊焊接参数见表14-17，焊丝直径4mm，不预热单面焊双面成形。 共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接 （3）产品焊接 (1) 埋弧自动焊平板拼接1筒体纵缝的焊接 2筒体环缝的焊接 3共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.2.2

22、 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接 （3）产品焊接 (2) 焊条电弧焊 人孔、管头等部位的焊接。采用自制三头氧乙炔焰大烤把，这种烤把不仅缩短了预热时间，而且加热点距离操作者远，改善了劳动条件。 支腿的焊接。蒸出塔外部焊有六个支腿，支腿是由20mm紫铜板制作而成的，由于铜板厚度较大，采用烘炉和氧乙炔焰相结合的方法预热。 共五十九页14.2 铜及铜合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接 （3）试验结构 试验证明：埋弧自动焊具有生产效率高、正反面成形好、质量稳定等优点，见表14-18 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第

23、14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.1 钛合金的特点 （1）型钛合金 型钛合金具有高温强度高、韧度好、抗氧化能力强、焊接性能优良、组织稳定等 特点，不能热处理强化，但能冷作硬化。 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.1 钛合金的特点 （2）型钛合金 型钛合金的室温和高温性能都不理想，焊接性能较差，容易形成裂纹，焊接结构中用得较少。 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.

24、1 钛合金的特点 （3）+型钛合金 +型钛合金的基体是相，这类合金中都有稳定元素Al，添加中性元素Sn、Zr和稳定元素Mo、V、Mn、Cr、Si等可进一步强化合金。化元素总量不超过6。该类合金焊后接头塑性低，有冷裂纹倾向。 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.2 钛合金的焊接性 钛及钛合金焊接时，容易出现一些焊接缺陷。如易被氧、氮、氢、碳等元素沾污引起脆化；易产生焊接气孔；易产生粗晶倾向、裂纹倾向等。因此钛和钛合金焊接时，焊前应严格防止有害气体氢、氮、氧以及油脂等污物的带入，焊接过程中要防护300以上区域

25、内不让有害气体侵入，根据合金类型控制冷却速度等。 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.3 钛合金的焊接工艺焊前准备 1焊接材料的选择 2焊接坡口形式的选择 3定位焊及装配 4焊接区的气体保护措施 5焊接参数的选择 6共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.4 钛及钛合金的等离子弧焊（1）焊接方法采用穿透型焊接法和熔透型焊接法进行焊接。 （2）气弧焊托罩的使用可使用氩弧焊拖罩，但随着厚度增加和焊速提高，拖罩要加长。 （3）

26、厚板的焊接5mm以上的钛材焊接时，开68mm钝边的V形或U形坡口，用穿透型焊接法封底，然后用“熔透型”等离子弧填满坡口。 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.4 钛及钛合金的等离子弧焊（4）焊接参数等离子弧焊的典型焊接参数见表14-21，TC4钛合金TIG焊和等离子弧焊接接头力学性能见表14-22 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属及其合金(hjn)的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.4 钛及钛合金的等离子弧焊（4）焊接参数TC4钛合金TIG焊和等离子弧焊接

27、接头力学性能见表14-22 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.4 钛及钛合金的等离子弧焊（5）纯钛的焊接 由于纯钛在液态下的表面张力大，因此宜采用锁孔效应等离子弧焊技术，常用以焊接10mm以内的纯钛板。纯钛等离子弧焊时的气体保护方式与钨极氩弧焊法相同。 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合金的焊接14.3.2 焊接实例35m3钛加热器的焊接实例 （1）原始数据选用TA2工业纯钛制造，其高度为1000mm，内径1200mm，管板直径为1340mm，外套板厚4mm，管板厚度22mm。加热器内部安装有384根33mm2mm的列管。该加热器采用手工钨极氩弧焊工艺施工。 共五十九页14.3 钛及钛合金的焊接(hnji)第14章 有色金属(yus jnsh)及其合