铝及铝合金焊接技术Word文档下载推荐.docx

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根据铝及铝合金的焊接特性，对焊接方法也有特殊的选择（如表）

最初，用氧-乙炔火焰进行气焊铝合金，为了去除氧化膜，必须使用氟化物和氯化物与Al2O3作用，然后再清洗、去渣。

由于气体火焰热量低，所以加热面积大，工件变形也大，现在已很少应用。

DCTIG焊问世以来，很快就用于焊铝。

采用DCEN接法，钨极烧损少，但由于没有阴极雾化作用，所以不能用于焊铝。

相反DCEP接法，铝工件为阴极，有阴极雾化作用，去膜作用清除了焊缝区的氧化铝薄膜，但是钨极为阳极，烧损严重。

为此，又采用交流ACTIG焊，EN半波钨极得到冷却，EP半波能产生阴极雾化，其结果不仅可以去膜，而且还能减轻钨极烧损（如图1）。

于是出现了正弦交流和方波交流，正弦交流TIG焊因产生直流分量，影响焊接效果；

方波交流时，正负半波的幅值相同，但宽度可调节，所以对焊缝熔深等形状可调整，从而也可调节焊缝的性能，钨极烧损情况也有所改善。

但为了进一步改善焊接效果，又提出了变极性TIG焊（VPTIG焊）。

虽然VPTIG焊电流波形仍为方波，但不同的是，正、负半波的幅值不同。

EN半波电流较小，宽度较大；

而EP半波电流较大，宽度较窄，其结果是EP半波钨极为正。

虽然钨极易烧损，但是因为时间短，所以钨极烧损不多，仍保持圆锥形。

同时，由于工件为负，且幅值较高，所以尽管时间短，也能保证阴极雾化作用。

其结果是变极性TIG表现出DCTIG（EN）焊的特点，不仅钨极烧损较少，而且焊缝熔深较大。

DCMIG焊采用EP接法，具有电弧稳定和阴极雾化的作用，在较大电流时（大于临界电流）为射流过渡，可以焊接厚板。

为了焊接薄板，可采用脉冲MIG焊（DCPMIG），电流范围较大，1.2铝焊丝，电流范围为30A~350A，所以在小电流时，可以焊接薄板。

EP半波与DCPMIG焊一样，电弧稳定，每个脉冲过渡一个熔滴，且有阴极雾化作用。

EN半波的电流幅值与宽度都较小，对电弧稳定性影响不大，但对焊缝的熔深影响较大。

总之，这种方法的焊接过程稳定，同时能通过调节IEN而改变焊缝熔深的大小，适合薄板焊接。

双脉冲MIG焊（DPMIG）是在单脉冲MIG焊基础上发展起来的。

单脉冲能够实现一个脉冲一个熔滴的稳定熔滴过渡，焊丝熔化效率高、烟雾少。

但是焊铝时，仍易产生气孔，且焊缝表面缺乏美丽的鱼鳞波纹。

为此，在单脉冲基础上又开发了双脉冲焊，目前双脉冲焊有两种方案：

一种为单脉冲加低频脉冲送丝；

另一种为双脉冲加等速送丝。

前者采用脉动送丝，比较复杂；

后者送丝系统比较简单。

双脉冲MIG焊是在高频基础上，加以低频调制。

高频保证一个脉冲过渡一个熔滴，而低频是为了实现一个脉冲形成一个熔池，脉冲频率为0.5Hz~5Hz。

于是就形成了鱼鳞纹，同时每个低频周期都能对熔池产生一定的搅拌作用，促使熔池中的气体排出去，从而减少了气孔的倾向，这种作用类似于脉冲TIG焊，却又比TIG焊的效率高，其焊缝成形如图2。

双丝PMIG焊又称Tandem法，将两根焊丝按一定角度放在同一个焊枪喷嘴内，两根焊丝分别由各自独立的电源供电（如图3），且两根焊丝在同一个熔池中产生电弧。

由于采用EP接法，所以电弧稳定，且具有阴极雾化作用，两个电弧交替接通脉冲电流，使得电弧和熔滴过渡稳定，可以进行高速焊（达到3~5m/min）和高熔敷率焊接。

除了上述电弧焊方法外，还可以用变极性等离子弧（VPPA）法焊接铝合金，该方法采用转移弧和变极性交流电。

兼顾去膜和钨极烧损，这种方法可以保证连续长时间的自动焊，此时电弧更集中，有小孔效应，适于板厚为2~20mm，且焊缝中基本无气孔，被誉为无缺陷焊接法。

激光-MIG复合焊是近几年发展起来的先进焊接法，激光与MIG电弧同时作用于焊接区，通过激光与电弧的相互影响，克服每一种方法自身的不足，进而产生良好的复合效应（如图4）。

激光的高能量密度可用来提高焊接效率，但焊接工艺中遇到的主要问题是：

由于光束直径很细，要求坡口装孔间隙小于0.5mm，对焊缝跟踪精度要求较高，同时在尚未形成熔池时热效率较低。

这些问题可以通过激光-MIG复合焊解决。

众所周知MIG焊的特点是：

焊机成本低、焊缝的搭桥性能较好、通过熔滴过渡可以向焊缝添加金属并形成较宽的焊缝。

不足之处为熔深浅，如果采用激光复合焊，因其熔深较大可降低装配要求，从而使跟踪更容易。

MIG电弧可以解决焊缝金属的初始熔化问题，从而减少使用的激光器的功率，同时MIG焊的气流也可以解决激光焊金属蒸汽的屏蔽问题。

相反，激光产生的等离子体增强了MIG电弧的引燃和维持能力，使MIG电弧更稳定。

总之，复合之后能带来更好的综合性能，如得到深熔、高速和高效焊接的效果，并使焊接的适应性增强（如图5）。

激光与MIG焊电弧两种热源相互作用的叠加效果表现为：

在激光-MIG焊时，电弧加热金属而降低焊缝金属对激光的反射率，增加了其对光能的吸收，同时激光又起到稳定电弧的作用。

突出特点是：

焊缝熔深较大、焊接速度较高。

在焊接薄板铝合金时，奥地利Fronius公司所使用的复合焊焊枪，采用该法时的焊速可达到8m/min。

总之，随着铝及铝合金的扩大应用，焊接铝的工艺也日渐完善和多样化，用户可以根据需要（质量、生产率或价格等）来选择合适的焊接方法及焊接设备。

同时，我们还应看到更新、更先进的焊接铝的方法在不断涌现，如A-TIG焊、真空电子束焊和搅拌摩擦焊等。

新的焊接技术必将使过去难做，甚至不可能做的事情，变为好做且容易做的事情。

1.试述铝及铝合金的焊接性。

⑴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0.1μm。

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。

⑵较大的热导率和比热容 

铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大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。

⑶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.

⑷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。

⑸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%～505。

⑹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.铝及铝合金焊前应进行哪些准备工作？

⑴焊前清理 

清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污，这是防止产生气孔、夹渣的重要措施。

1）化学清洗 

2）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，见表37。

表37 

铝及铝合金的化学清洗法

工艺

材料

脱 

脂

碱 

洗

冲洗

中和光化

干燥

NaOH溶液的

质量分数

温度

（℃）

时间

（min）

HNO3溶液的

纯铝

汽油煤油

6%～10%

40～50

≥20

清水

30%

室温

1～3

风干或

低温干燥

铝镁、

铝锰合金

≥7

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。

⑵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。

⑶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，预热温度为100～300℃。

3.铝及铝合金焊后应进行哪些清理工作？

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60～80℃、质量分数为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5～10min，并用硬毛刷仔细洗刷。

或者将焊件放于15～20℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗10～20min。

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.试述铝及铝合金钨极氩弧焊的焊接工艺。

⑴焊丝的选用 

铝及铝合金用焊丝牌号见表38。

其中HS311是一种通用焊丝，采用这种焊丝焊接时，金属流动性好，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。

表38 

铝及铝合金用焊丝牌号

统一

牌号

名称

化学成分（质量分数）（％）

焊缝力学性能

用 

途

Mg

Mn

Si

F