铝合金弧焊技术

关于铝合金弧焊技术铝及铝合金第2页,共48页，2024年2月25日，星期天铝合金弧焊技术理化性能焊接特点焊接难易度焊前准备焊接改善第3页,共48页，2024年2月25日，星期天一、理化性能铝的焊接较容易实现，与钢的焊接相比存在许多不同点。第4页,共48页，2024年2月25日，星期天牌号主要合金元素1xxx≧99%Al2xxxCu3xxxMn4xxxSi5xxxMg6xxxMg和Si7xxxZn8xxxFe、Ni或Li第5页,共48页，2024年2月25日，星期天牌号热处理强化强度耐蚀性焊接性工艺性用途1xxx不可最低最佳无问题较差电气和化学工业2xxx适当的很高较差部分无问题部分较难较佳

航空器、螺丝及温度较高行业3xxx不可低较差无问题最佳无缝管、易拉罐4xxx不可中等中等无问题中等硬钎料和焊接电极铝及铝合金理化性能对比表一:第6页,共48页，2024年2月25日，星期天牌号热处理强化强度耐蚀性焊接性工艺性用途5xxx不可中等良好最好中等手柄、管道、防弹衣6xxx可中等良好良好较佳交通工具（行李架、门、窗、车身、等）7xxx可高较差部分良好部分较难最佳航空器机架结构8xxx可很高最佳无问题最佳瓶盖、散热器、铝箔、航空器铝及铝合金理化性能对比表二：第7页,共48页，2024年2月25日，星期天铝合金状态表示法表一

代号数字说明F无铸态O无退火状态H1单纯应变硬化2应变硬化然后不完全退火3应变硬化然后稳定化处理W无固溶热处理状态T1高温成形过程冷却后自然时效2退火状态（仅限铸件）3固溶热处理后冷加工4固溶热处理后自然时效5高温成形过程冷却后人工时效第8页,共48页，2024年2月25日，星期天代号数字说明T6固溶热处理后人工时效7固溶热处理后稳定化处理8固溶热处理后再热处理，冷加工和人工时效9固溶热处理后人工时效再冷加工10高温成形过程冷却后人工时效再热处理铝合金状态表示法表二：

第9页,共48页，2024年2月25日，星期天1、表面覆盖有一层氧化物薄膜；2、高导热性；3、高热膨胀系数；4、低熔点；5、温度接近熔点时，颜色不发生改变。二、焊接特点铝与钢焊接的不同点第10页,共48页，2024年2月25日，星期天问题铝氧化铝薄膜熔点600°C2050°C比重2.713.95结论氧化铝的熔点约为,铝的3.4倍，比重约为铝的1.4倍，会阻碍金属之间的熔合，易形成夹渣。铝和氧的亲和力很强，

常温下会在表面生成厚0.1～0.2mm致密Al2O3薄膜；有利于防腐，但不利于弧焊。第11页,共48页，2024年2月25日，星期天气体保护焊焊钢的电流(A)焊铝合金的电流(A)焊接2mm材料40～6080～120结论运行成本较高，需用新工艺来降低运行成本。铝的导热系数约为钢的3～5倍，焊接需要消耗更多的热量，需功率大的焊接热源与设备。第12页,共48页，2024年2月25日，星期天焊瘤焊接缺陷咬边未焊透塌陷夹渣烧穿氢气孔热裂纹第13页,共48页，2024年2月25日，星期天热裂纹塌陷第14页,共48页，2024年2月25日，星期天氢气孔热裂纹第15页,共48页，2024年2月25日，星期天热裂纹第16页,共48页，2024年2月25日，星期天夹渣第17页,共48页，2024年2月25日，星期天氢气孔第18页,共48页，2024年2月25日，星期天T（K）=273.15+t(℃)第19页,共48页，2024年2月25日，星期天氢熔融状态(ml/g)高温凝固状态（ml/g）溶解度0.00690.00036结论前后相差近20倍,直接导致铝合金在冷却时会逸出大量过饱和氢

问题钢的冷却速度铝合金的冷却速度冷却速度14～7结论快速冷却过程中，氢气来不及逸出会在焊缝金属中形成气孔。因此，焊缝产生气孔的倾向非常大。也需采用新工艺来保证连接强度，同时考虑工场除湿氢气孔形成与解决举例第20页,共48页，2024年2月25日，星期天氢的主要来源焊丝H2油污油漆灰尘氧化铝受潮气象第21页,共48页，2024年2月25日，星期天问题钢铝合金热膨胀系数0.0000118/℃0.0000238/℃结晶收缩率2.3%6%结论铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大2倍，这种尺寸变化与倾向在加上杂质与合金元素的作用，会在刚性较大的接头中产生裂纹，在刚性较低的部分产生变形。因此，需要设计合理的焊缝和接头及在薄管与钣金连接的地方采用新工艺是首要任务。热裂纹形成与解决举例第22页,共48页，2024年2月25日，星期天热裂纹的常见形态第23页,共48页，2024年2月25日，星期天问题钢的焊接铝合金的焊接颜色观察有明显变化没有明显变化结论常因温度过高不易被察觉而导致烧穿或严重塌陷，特别是起收弧的方法上人工不容易掌握；焊接关键部件时需要较高技能。因此，在工艺设计时，关键工序需尽量启用机器人工作站来确保焊接质量；如主梁、框架、薄壁件与钣金件的焊接等。烧穿和塌陷形成与解决举例第24页,共48页，2024年2月25日，星期天①化学工业出版社：﹝美﹞WowardB.Cary与ScottC.Helzer巨著《现代焊接技术》原著第六版395页三、焊接难易度嗯！……。

没有这么难嘛！铝合金的焊接比焊钢件容易。

①哎呀！……。就是薄壁件焊后变形了。七拱八翘的，的想个什么办法才好啊！第25页,共48页，2024年2月25日，星期天焊接变形与尺寸控制举例第26页,共48页，2024年2月25日，星期天设计措施合理选择焊接尺寸合理选择焊接形式减少不必要的焊缝合理安排焊缝位置第27页,共48页，2024年2月25日，星期天工艺措施焊前预防过程控制焊后矫正第28页,共48页，2024年2月25日，星期天预变形法焊前预防预拉伸法刚性固定组装法第29页,共48页，2024年2月25日，星期天过程控制合理的方法规范的参数合理的顺序随焊两侧加热随焊碾压随焊激冷第30页,共48页，2024年2月25日，星期天≤3mm材料随焊激冷MIG焊TIG焊保湿棉冷却法恒温恒湿空冷法冷却装置法第31页,共48页，2024年2月25日，星期天随焊激冷尺寸控制第32页,共48页，2024年2月25日，星期天焊后校正加热矫形法机械校形局部热矫正整体热矫正第33页,共48页，2024年2月25日，星期天四、焊前准备项目位置要求焊前焊口的清理方法焊丝无采用已经可靠表面处理、并未被氧化或受污染的焊丝，开包后应在8小时内施焊；否则应重新进行化学法清理。坡口内外30～50mm1、丙酮清除油污；2、采用机械法。结论采用机械清理氧化皮和丙酮油污；这样质量稳定经济。项目使用方法丙酮除油污将丙酮注入到矿泉水瓶中，瓶盖上扎几个小孔，雾状喷洒在铝合金表面，用工业擦拭纸或布清洁即可。机械法用0.3mm以上的不锈钢丝做刷子，采用风动打磨或手动打磨。化学法用约70℃5～10%的NaOH溶液浸泡30～60秒或用常温5～10%的NaOH溶液浸泡3分钟后；接着在常温下用约15%的HNO3浸泡2分钟左右后用温水清洗。或用冷水冲洗，再使其完全干燥。结论铝合金焊接应选择参数自适应MIG/TIG弧焊机。第34页,共48页，2024年2月25日，星期天项目位置要求焊接坡口加工基本要求与装配≥3mm管材a1平整、无毛刺、无钝边和飞边；角度70～75℃为宜。≤3mm管材a2管内壁应倒0.5～1.5mm的角，其他同上。≤3管材组对a2内壁平齐、错边量应符合b≤0.5mm；间隙尽可能等于零。不同壁厚组对a1+a2对接焊应有14°的过渡段,其他同上。结论各工位有冷却时间，坡口这时采用机械法比较经济。焊缝背面是否倒角对焊缝的影响第35页,共48页，2024年2月25日，星期天Al2O3Al2O3机械法去除氧化皮比较适用！第36页,共48页，2024年2月25日，星期天MIG焊机TIG焊机铝焊丝TIG焊枪双工位MIG焊机MIG焊枪第37页,共48页，2024年2月25日，星期天项目焊机的品质要求焊机的使用要求TIG焊机参数稳定、调节灵活和安全可靠；具有陡降的外特性和足够的电容量性能；具有引弧、稳弧和消除直流分量装置。焊机在使用前，先检查接地是否完好，冷却水路和气路是否畅通，其各项功能须确保能正常工作。MIG焊机恒流电源与电压反馈送丝；DSP全数字化双脉冲多功能；具有专家数据库，电压、电流自动运算匹配。结论采用MIG/TIG参数自适应数字化焊机。第38页,共48页，2024年2月25日，星期天项目铝合金惰性气体保护焊焊接环境的基本参数和要求②焊接气象相对湿度≤75%，环境温度＞5℃，风速≤3m/min作业区域除尘、除烟、防风、防雨雪及防止弧光干扰设施，烟尘＜6mg/m3铝粉尘防爆极限＜4mg/m3作业人员防弧光头罩，防护服，8小时≤85dB，适宜的作业温度12℃～28℃武汉气象相对湿度≤83％，环境温度-18.1℃～42.2℃结论全铝MIG焊时车间应全面制冷除尘通风，焊接工序安装局部恒温恒湿、除尘及具备防弧光设施的焊接工房同时作业人员穿戴防护设备。①西南铝业企业标准；②国家相关《焊接安全防护》标准见后页焊接场所应保持清洁；除应有防风、防雨雪、除尘、除烟、防噪声及多人操作的防弧光设施外，还应保证焊接时相对湿度≤80%，环境温度＞5℃，

风速≤0.3m/s①

。第39页,共48页，2024年2月25日，星期天尽量选用大直径焊丝铝合金系列焊接形式焊接材料选用Al-Mg弧焊CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB-AMr61、CB-AMr63、1557、1577Al-Cu弧焊01201、01217结论焊丝原则上选择与母材成分相同的铝及铝合金焊丝或板条第40页,共48页，2024年2月25日，星期天材料厚度保护气体的选用使用特点≤8mmAr100%电弧稳定、引弧方便＞8mmAr70%+He30%焊接速度更快、气孔率减少，熔深增加对气孔要求高、多接头组合处Ar70%+He30%同上选用纯度＞99.95%的Ar或者He第41页,共48页，2024年2月25日，星期天效果比较第42页,共48页，2024年2月25日，星期天组对与定型焊要点

由于铝及铝合金管导热快、熔池结晶快，所以，组对时不留间隙、钝边；应避免强制进行，以减少焊接后产生较大的残余应力，定位焊缝长度10-15mm为准。

定位焊位置在管的7点、9点、12点处；定位焊焊缝常做为正式焊缝保留，发现问题应及时处理。

MIG焊五、焊接改善第43页,共48页，2024年2月25日，星期天厚度≤5mm焊件不需要预热（体积较大的除外），焊前在试板上试焊，当确认无气孔后再进行正式焊接。采用高频引弧，起弧点应越过中心线20mm左右，并停留不动约2-3秒。

然后在保证焊透的情况下，采用大电流、快速焊；焊丝不摆动，焊丝端部不应离开氩气保护区。如离开氩气保护区，焊丝端部应剪掉。TIG焊第44页,共48页，2024年2月25日，星期天铝弧焊改善课题解决方案如何增大氩气保护区和保护效果采用大直径焊枪喷嘴，加大焊枪氩气流量；当喷嘴上有明显阻碍氩气气流流通的飞溅物附着时，必须将飞溅物清除或更