铝合金焊接工艺

铝合金焊接工艺

铝合金焊接工艺铝合金具有重量轻、比强度高、耐腐蚀性好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点，因此被广泛地应用于各种焊接结构产品中。采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。然而，铝合金焊接也有几大难点：接头软化严重、表面易产生难熔的氧化膜、容易产生气孔和热裂纹、线膨胀系数大、热导率大。因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。焊接要求1.生产储存环境和辅助材料使用的要求1.1生产储存环境温度、湿度的要求铝合金的生产和储存环境必须防尘、防水、干燥。环境温度通常应控制在5℃以上，湿度控制在70%以下。焊接环境的湿度不能太高，湿度过高会使焊缝中气孔的产生几率明显增加，影响焊接质量。应设置挡风板以避免室内穿堂风的影响。1.2焊丝及送气软管的使用要求焊材的使用应注意储存。铝焊丝要与钢焊材分开储存。焊接完成后，要在焊机中取出焊丝进行密封处理，防止污染。送气软管最好使用特富龙软管(Teflon)。1.3工装的选用铝合金焊接最好选用点接触形式的工装，以减小工装与工件的接触面积。如果工装对工件是面接触，会带走工件的热量，加速了熔池的凝固，不利于焊缝气孔的排除。2.焊丝及保护气体的选用2.1焊丝的选用铝及铝合金焊丝的选用应使对接接头的抗拉强度、塑性达到规定要求。焊丝的选用主要按照下列原则：纯铝焊丝的纯度一般不低于母材，铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近，铝合金焊丝中的耐蚀元素的含量一般不低于母材。异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝。不要求耐蚀性的高强度铝合金可采用异种成分的焊丝，如铝硅合金焊丝SAlSi一1等(注意强度可能低于母材)。针对5083母材的焊接，建议选择5087/AlMg4.5MnZr焊丝，因为该焊丝具有良好的抗裂性、抗气孔性和强度性能。在选择焊丝规格时，应优先选择大直径规格的焊丝。相同重量的焊丝，大规格焊丝的表面积要小很多，因此表面污染较少，氧化区域也较小，焊接质量更容易达到要求。对于母材厚度在8mm以下的，建议采用1.2mm直径的焊丝，对于8mm及以上的，则应采用1.6mm直径的焊丝。在保护气体的选择方面，Ar100%具有电弧稳定、引弧方便等特点，适用于母材厚度在8mm以下的焊接。而对于8mm及以上的母材和气孔要求高的焊缝，建议采用Ar70%+He30%。氦气具有导热性能更好、焊接速度更快等特点，在厚板焊接时，Ar100%和Ar70%+He30%的熔深状况有所不同。在选择气体流量时，应注意流量过大会造成紊流，导致熔池保护不充分，空气与熔敷金属发生反应，影响焊缝组织和性能，并增加气孔的产生倾向。在焊前准备工作中，针对板厚在3mm以下的对接焊缝，可不开坡口，只需在焊缝背面倒一0.5～1mm的角即可。对于铝合金厚板的坡口角度较钢板的要大，一般采用55°单边坡口或每边35°双边坡口。对于厚板T形接头中的HV或HY接头，要求填满坡口外，再加一个角焊缝，使焊缝总尺寸S不小于板厚T。在焊前清理工作中，应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，以避免焊缝气孔产生的倾向和力学性能等问题。常用的清洗方法包括化学清洗和机械清理。化学清洗是一种高效、稳定的清洗方法，适用于清理焊丝和成批生产的工件。可以采用浸洗法和擦洗法两种方法。有机溶剂如丙酮、汽油和煤油可以用于去除油污，而40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液可以用于碱洗3min～7min(纯铝需要稍长时间但不超过20min)，然后用流动清水冲洗。接着使用室温至60℃的30％HNO3溶液进行酸洗1min～3min，再次用流动清水冲洗，最后进行风干或低温干燥。对于尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后再次沾污的工件，通常采用机械清理。先使用有机溶剂如丙酮、汽油等擦试表面以去除油污，然后直接使用直径为0.15mm～0.2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷进行刷洗，刷到金属表面露出光泽为止。一般不宜使用砂轮或普通砂纸进行打磨，以免砂粒留在金属表面，进入熔池产生夹渣、热裂纹等缺陷。另外，也可以使用刮刀、锉刀等进行清理。在清洗和清理完成后，工件和焊丝容易重新产生氧化膜，特别是在潮湿环境下或受到酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜的生成会更快。因此，应尽量缩短清洗和清理后到焊接前的存放时间，特别是在气候潮湿的情况下，应在清理后4小时内进行焊接。如果存放时间过长(如超过24小时)，则应重新处理。对于板厚超过8mm的厚板进行焊接时，需要进行焊前预热。预热温度应控制在80℃～120℃之间，层间温度应控制在60℃～100℃之间。预热温度过高，除了作业环境恶劣外，还可能对铝合金的合金性能造成影响，导致接头软化、焊缝外观不良等问题。层间温度过高也会增加铝焊热裂纹的产生机率。在选择焊接规范参数时，需要根据铝合金的焊接特性来进行试验和确定。由于铝合金的导热系数大约是钢的4倍，所以焊接铝合金时的热输入量要比焊接钢材时大2～4倍。如果热输入量不够，容易出现熔深不足甚至未熔合的问题，特别是在焊缝起头的位置。送丝速度与电流、电压等规范参数密切相关，需要相互匹配。对于薄板焊缝，为避免焊缝过热，一般采用较小的焊接电流和较快的焊接速度；对于厚板焊缝，为使焊缝熔合充分和焊缝气体充分逸出，采用较大的焊接电流和较慢的焊接速度。在选择焊枪角度时，需要根据具体情况进行选择。焊接时，焊枪角度应控制在90°左右，过大或过小都可能导致焊接缺陷。过大的角度会