工艺技术铝合金先进焊接工艺Word文档格式.docx
《工艺技术铝合金先进焊接工艺Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工艺技术铝合金先进焊接工艺Word文档格式.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
焊后的残余应力和变形非常小，对于薄板铝合金焊后基本不变形。
与普通摩擦焊相比，它可不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝、角焊缝。
传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜，并在48h内进行加工，而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可，并对装配要求不高。
并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。
搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点：
①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊；
②焊件夹持要求高，焊接过程中对焊件要求加一定的压力，反面要求有垫板；
③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞，一般需要补焊上或机械切除；
④搅拌头适应性差，不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头，且搅拌头磨损快；
⑤工艺还不成熟，目前限于结构简单的构件，如平直的结构、圆形结构。
搅拌摩擦焊工艺参数简单，主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。
2.铝合金的激光焊接铝及铝合金激光焊接技术（LaserWelding）是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。
其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。
可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。
在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。
激光焊接铝合金有以下优点：
①能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；
②冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好；
③与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；
④不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X射线；
⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；
⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。
现在应用的激光器主要是CO2和YAG激光器，CO2激光器功率大，对于要求大功率的厚板焊接比较适合。
但铝合金表面对CO2激光束的吸收率比较小，在焊接过程中造成大量的能量损失。
YAG激光一般功率比较小，铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大，可用光导纤维传导，适应性强，工艺安排简单等。
在焊接大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。
铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱，对CO2激光束（波长为10.6μm）表面初始吸收率1.7%；
对YAG激光束（波长为1.06μm）吸收率接近5%。
铝型材的表面处理三大方式的优劣分析
56
铝型材的表面处理方式大体存在着阳极氧化、电泳涂装及粉末喷涂三种处理方式，每一种方式都各有优势，占有相当的市场份额。
粉末喷涂存在着以下几点显著优势：
1、工艺较为简单，主要得益于生产过程中主要设备的自动精度的提高，对一些主要的技术参数已经可以实现微电脑控制，有效地降低工艺操作难度，同时辅助设备大为减少；
2、成品率高，一般情况下，如果各项措施得当，可最大限度地控制不合格品的产生；
3、能耗明显降低，在普通的阳极氧化、电泳涂装的生产过程中，水、电的消耗是相当大的，特别是在氧化工序。
整流机的输出电流可达到8000~11000A之间，电压在15~17.5V之间，再加上机器本身的热耗，需要不停地用循环水进行降温，吨电耗往往在1000度左右，同时辅助设施的减少也可以降低一些电耗；
4、对水、大气的污染程度降低，片碱、硫酸及其它液体有机溶剂的不再使用，减少水及大气污染，也有效地提高铝型材与作为环保产品的塑钢型材的竞争实力，相应地减少了一些生产成本；
5、工人的劳动强度明显降低，由于采用自动化流水线作业，上料方式以及夹具的使用方式已经得到明显简化，提高了生产效率，也降低了劳动强度；
6、对毛料的表面质量要求标准有明显降低，粉末涂层并且可以完全覆盖型材表面的挤压纹，掩盖一部分铝型材表面的瑕疵，提高铝型材成品的表面质量；
7、涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高，如硬度、耐磨性、耐酸性，可有效地延长铝型材的使用寿命。
粉末喷涂采用的是粉末涂料，工艺上采用的是静电喷涂，利用磨擦喷枪的作用，在加速风的影响下，使粉末颗粒喷出枪体时携带正电荷，与带负电荷的型材接触，产生静电吸附，然后经过高温固化。
也增强了涂料的吸附强度，防止漆膜脱落。
从工艺本身来看，具有相当高的科技成分，调配颜色各异的涂料，产生不同色系的装饰效果，更加符合室内装饰的需要，也是与铝型材在建筑业的应用向室内发展的趋势相一致的。
特别是喷涂型材与隔热断桥的联合使用，使其更具有更时尚的潮流，使粉末喷涂型材具有了更大的发展空间，也是其他处理方式生产出来的型材所无法替代的
铝材焊接的标准
05:
30
焊接方法：
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。
气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。
气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。
焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。
惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。
铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。
铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。
熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）
焊前准备
1、焊前清理：
铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污;
1）化学清洗化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。
可用浸洗法和擦洗法两种。
可用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用40℃～70℃的5%～10%NaOH溶液碱洗3
min～7
min（纯铝时间稍长但不超过20
min），流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1
min～3
min，流动清水冲洗，风干或低温干燥。
2）机械清理:
在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。
先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为0.15
mm～0.2
mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。
一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。
另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。
清理后如存放时间过长（如超过24
h）应当重新处理。
2、垫板:
铝合金在高温时强度很低，液态铝的流动性能好，在焊接时焊缝金属容易产生下塌现象。
为了保证焊透而又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔池及附近金属。
垫板可采用石墨板、不锈钢板、碳素钢板、铜板或铜棒等。
垫板表面开一个圆弧形槽，以保证焊缝反面成型。
也可以不加垫板单面焊双面成型，但要求焊接操作熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等先进工艺措施。
3、焊前预热:
薄、小铝件一般不用预热，厚度10
mm～15
mm时可进行焊前预热，根据不同类型的铝合金预热温度可为100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、电炉或喷灯等加热。
预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷。
焊后处理
（1）焊后清理焊后留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理干净。
形状简单、要求一般的工件可以用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理。
要求高而形状复杂的铝件，在热水中用硬毛刷刷洗后，再在60℃～80℃左右、浓度为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗5
min～10
min，并用硬毛刷洗刷，然后在热水中冲刷洗涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然干燥。
（2）焊后热处理铝容器一般焊后不要求热处理。
铝合金挤压材涂层生产工艺－电粉末喷涂
06:
08
20世纪60年代，电粉末喷涂在欧洲首先开发成功，共工艺流程大致是：
铝材表面预处理并且干燥之后入喷粉室，在强电场中通过粉末喷枪，将带负电荷的树脂粉末均匀喷涂到铝材表面，并可以这到一定厚度，最后进入固化炉加热固化。
（1）预处理。
表面预处理是喷涂质量的关键，其中化学转化处理更加重要。
预处理可采取浸槽式，也可用喷淋式。
浸槽式可在原氧化生产线上增加槽体实现，具有投资少的优点。
喷涂式大都采用立式，具有占地面积小，药品消耗少，人为影响小等优点。
预处理工艺如下：
常规工艺流程：
预脱脂－脱脂－水洗－水洗－表调（酸洗去氧化物）－水洗－水洗－化学转化－水洗－纯水洗－烘干。
新工艺流程：
脱脂酸洗－水洗－化学转化－水洗－纯水洗－烘干。
目前采用新工艺流程较多，将脱脂与酸洗合二为一，流程简便效果也好。
化学转化膜主要有3种：
铬化膜、磷铬化膜和无铬膜。
铬化膜最为常用，无铬膜虽有环保优势，但质量差异较大，目前还处于起步阶段。
预处理时就注意的事项：
1）纯水槽的电导率应小于100μs/cm,如这到小于30μs/cm则更好。
2）膜厚一般要求在20～1200mg/m2，尽可能控制在400～600mh/m2。
生产中定期用“重量法”测定，在线检测时，用颜色深浅可以方便鉴别。
3）化学转后需要烘干才能进行喷粉，铬化膜烘干温度小于60℃，磷铬化膜小于85℃。
为了加快干燥，可以短时间热水洗，但热水温度应小于60℃。
4）预处理后尽快进行喷粉，存放时间不能超过16h。
5）烘干后的表面不许有起粉现象，生产过程中可以用橡皮擦试，检查化学转化膜是否牢固。
（2）
静电粉末喷涂。
静电粉末喷涂在化学预处理后进行，其主要工艺参数是：
静电电压：
40～1000Kv,供粉气压：
（0.2～0.4）x105Pa,流化气压：
（0.01～0.1）x105Pa,粉末粒度：
0.088mm，粉末电阻率：
1010～1014Ω．m,工件与喷嘴间距：
150～300mm，环境温度：
0～40℃，相对湿度小于85％，固化温度：
180～200℃，固化时间：
20～30min.
静电粉末喷涂应注意的事项：
1）防止粉末受潮。
2）喷涂前用气枪吹去铝材表面的灰尘。
对不易上粉的凹槽，可先用手动喷枪补喷。
3）换色时应清理干净喷房，以免串色。
4）固化室温差就小于5℃，热风过滤网应经常清洗，并保持无尘的生产环境。
铝合金挤压材涂层生产工艺－电泳涂漆
铝合金挤压涂层生产有电泳涂漆、浸渍
涂漆、静电喷涂等方法，主要为电泳涂漆和静电粉末喷涂。
电泳涂漆也可以视为个一种有机聚合特封孔，它是将阳极氧化的铝材放在水溶性丙为烯酸漆的电沪槽中，铝材作为阳极，在直流电压90～150V下电泳，使得氧化膜表面沉积一层不溶性漆膜，再在170～200℃高温下烘烤固化。
电泳涂漆生产工艺操作要点如下：
（1）电源波动因数必须不大于6％，电压波动使得漆膜产生针孔、桔皮或失光。
（2）阳极氧化温度过低，在固化时漆膜容易发生裂纹。
（3）导电梁在电泳之前必须冲洗干净，而且避免滴水污染电泳槽。
（4）电泳后的两个水洗槽以及热水槽应配置循环过滤系统。
（5）电泳后两个水洗槽的固体分数分别控制在小于1.5％和小于0.5％，以免出现花斑、流挂、失光等缺陷。
（6）漆回收应采用阳极电泳专用RO膜（反渗透膜）。
（7）固化炉温度控制在±
5℃之内，温差大会产生色差。
（8）电解着色铝材电泳层固化时如果退色，可考虑适当降低固化工。
（9）固化炉定期清理，车间注意防尘。
挤压材阳极氧化着色工艺—封孔处理
07:
42
铝的阳极氧化膜有大量孔洞，其表面吸附性很强，手触摸有黏手的感觉。
为提高氧化膜的防污染和抗腐蚀性能，封孔是必不可少的步骤。
铝材阳极氧化膜的封孔主要有热封孔和冷封孔两种，目前我国基本上使用冷封孔。
随着膜厚增加和封孔质量提高。
每吨铝型材的冷封孔剂消耗从0.8~1.2kg增加到1.5~2.0kg。
氟化镍是目前冷封孔剂的主要成分，因此氟化镍质量决定了冷封孔剂质量。
氟化镍中铁、锌、铜等杂质，在新配槽液中影响不明显，但生产一段时间后，封孔质量就很难保证。
冷封孔的pH值
以前认为以5.5~6.5为宜，实际上还应根据冷封孔剂的配方特点确定。
新配槽液pH值一般在5.3~7.0都可以成功，但对于用氟化铵或氟化氢铵调节氟离子的旧槽，由于铵离子的影响，pH值应控制在6.5~7.1最佳。
此时封孔速度快，氟消耗少，也不出现“白头”现象。
封孔槽中铵离子比钠离子不易起粉，但封孔速度较慢。
为保证封孔质量，工艺操作要点如下：
（1）阳极氧化温度一般小于23℃，温度过高，冷封孔剂消耗大，表面“发绿”。
（2）阳极氧化之后应及时水洗，停留在氧化槽中会影响以后的封孔。
洗不干净易造成窜液污染，增加封孔槽的氟消耗。
（3）脱落在封孔槽中的铝材和铝丝应及时取出，不然会加快pH上升和氟的消耗。
（4）用氟化铵调氟的封孔槽，每立方米通过20t铝材后，应倒槽清底一次。
（5）用氢氟酸调氟的封孔槽，添加之后应经过5~10min才生产，最好以10%稀溶液的形式加入。
（6）为提高封孔质量并加快干燥速度，冷封孔后，推荐55±
5℃热水洗
10~15min，也称冷封孔后处理。
挤压材阳极氧化着色工艺—着色处理
08:
18
铝合金挤压材的着色方法有电解着色、化学染色和自然显色（整体着色）等3种。
建筑铝门窗主要采用电解着色，化学染色用于室内装饰和工艺品，自然显色在早期使用过，目前国内外已基本不用这个技术。
在电解着色过程中，电化学还原生成的金属（也可能是氧化物）微粒沉积在氧化膜微孔的底部，颜色并不是沉积物的颜色，而是沉积的微粒对人射光散射的结果。
化学染色是无机或有机染料吸附在氧化膜微孔的顶部，颜色就是染料本身的颜色。
电解着色成本低，而且具有很好的耐候性等使用性能。
化学染色的色彩丰富多彩，但室外使用容易变色。
（1）香槟色。
在电解着色铝型材中，香槟色等浅色系占了大约一半。
早期采用锡盐或锡镍盐，最近两年来单镍盐以其色调稳定渐占上风。
香槟色地颜色深浅和色调方面差别较大，这不仅是由镍盐与锡盐不同引起的，而且与合金状态、电源设备、工艺参数、槽液成分和工厂生产水质等许多因素有关。
因此不同厂家很难生产出完全相同的香槟色和仿不锈钢色。
生产香槟色产品的工艺操作要点如下：
1）合理绑料，一般凹槽向上，装饰面向上或对着电极。
绑料斜度不够会引起上下面色差和下表面气泡。
电极间距不够会引起直立平面色差。
绑料时电接触不良会造成一挂料上型材之间的色差和绑料处退色。
2）着色槽中超过挂料区的对电极，应撤除或用塑料板遮挡，以免周边颜色加深。
3）料挂入着色槽时，先不通电，浸泡1~2min，有利于着色微粒进入孔底沉积，使颜色均匀不容易退色。
4）着香槟色等浅色系时，电压上升速度宜快（5~10s）。
由于浅色系总着色时间较短，电压上升段的低电压时间过长，会造成型材凹槽颜色太浅。
5）着浅色由电压不应低于着古铜色电压。
着色电压低，颜色分散性差，并且容易退色。
6）游离硫酸浓度应高一些，以提高槽液导电性，使颜色分散性更好。
着浅色时虽然硫酸度高，但由于时间很短，不致腐蚀氧化膜的表面。
7）着色结束断电后，应迅速水洗，转移速度慢，会出现型材的深色或浅色带。
8）在锡盐着色的添加剂中，络合剂不同，颜色的底色不同。
9）注意冷封孔对于浅色系颜色的影响。
（2）金黄色（以锰酸钾为主盐）。
锰酸盐着金黄色生产控制比较容易，如果随后进行电泳，则生产难度大一些。
锰酸盐着色生产的工艺操作要点如下：
1）锰酸钾为强氧化剂，槽液本身消耗较快。
槽液中游离硫酸浓度高，金黄色更加光亮，但是本身消耗也更大。
2）锰酸钾着金黄色的质量，与阳极氧化和封孔的工艺控制关系极大。
膜厚要在12~15μm膜太薄，颜色发红不鲜艳。
封孔质量不好光照后退色。
3）着色的电极面积之比宜大于1：
1。
极板松动、破损和电极比小都会影响着深色或引起表面“小白点”和挂料中间“白圈”。
4）生产普通金黄色时，可以采取氧化膜扩孔方法加深颜色，如在氧化槽中浸泡2~4min，酸性水先槽中浸泡10~20min，或着色槽中浸泡3~5min。
不过此时要严格保证封孔质量。
5）生产电泳金黄色时，不能采用扩孔法加深颜色。
相反要适当降低氧化槽和着槽的温度，加快转移速度，甚至还要适当降低电泳层的固化温度，以避免着色小白点，固化退色等缺陷。
（3）“钛金”色（以硒酸盐为主盐）。
这也是一种金黄色，但与锰酸盐的金黄色有较大差异，比较接近于黄金色调，因此也称“K金”色。
我国一般称为“钛金”色，实际上根本与钛无关，国外也有玫瑰金之称。
电泳钛金色在固化时也有退色问题，因此固化炉温差要求在±
5℃以内，温度也应适当降低。
挤压材阳极氧化着色工艺—阳极氧化处理
54
（1）基本过程。
表面预处理后难免出现型材松动，在进入氧化槽前一般要再紧料一次，以确保导电良好。
导电不良会引起电解着色的许多问题，如色浅、色差等。
铝合金挤压材阳极氧化一般用直流硫酸阳极氧化，阳极是特加工的铝型材，阴极用挤压的铝板或6063板。
为了增加刚性，可将阴极断面制成齿状或波纹状，小厂也可用铅板。
小零件的阳极氧化可以用交流电，阴阳两极都用面积相同的待处理铝零件，处理时间应比直流氧化延长1倍以上。
（2）工艺条件与膜厚。
硫酸阳极氧化得到的是多孔膜，氧化开始瞬间生成类似阻挡层的薄膜，膜在硫酸中溶解出现孔洞，孔洞延长使膜生长。
膜的厚度与通过电量成正比，也就是与电流密度和氧化时间成正比。
氧化膜厚度按公式δ=kIt计算，其中δ为氧化膜厚度（μm）,I为电流密度（A/dm2）,t为电解时间（min），k为系数，一般取0.3,实际上k值是由试验确定的，它与工艺参数密切相关，在同样工艺下，厚膜与薄膜也不同。
此外，氧化膜厚度也不可能随阳极氧化时间无限增加，而是有一个与工艺条件有关的极限氧化膜厚度。
在生产厚膜时，一般适当降低硫酸浓度和温度，提高电流密度，并采取空气搅拌。
（3）阳极氧化处理的工艺操作要点：
1）硫酸阳极氧化一般选恒流，根据阳极氧化总面积和电流密度计算出总电流，对有型腔的铝材，氧化面积应计算大约100~300mm一段的内表面面积。
2）需要电解着色处理的，每一挂料应是一种规格，以避免色差。
3）导电梁与导电座之间接触良好，接触温升小于30℃。
4）单根导电梁，如载流大于8000A时，建议考虑两端导电。
5）阴极使用极板套气袋可减少酸气析出，但应加大槽液循环量，最好每小时循环3次以上。
槽液循环在槽底使冷酸液均匀输入槽内。
空气搅拌可适当降低循环量，但搅拌一定要均匀平稳，以免绑料松动。
6）氧化结束应及时水洗，停电后留在氧化槽时间过长（长于2min）,将影响着色与封孔质量。
7）阴极板使用寿命与氧化状态有关，氧化槽开开停停，阴极板最容易损坏。
应及时更换损坏的阴极板，以免阴阳极面积比例失调。
8）阳极氧化电压上升应取软启动，电压上升时间一般为10~15s。
挤压材阳极氧化着色工艺—表面预处理
09:
35
铝合金挤压材阳极氧化生产工艺的差别主要表现在表面预处理上，其工艺流程一般为：
装料→表面预处理→阳极氧化→两次水洗→着色→两次水洗→封孔→卸料。
铝合金挤压材在压力加工和热处理过程中表面黏附的油脂、污物和天然氧化物，在阳极氧化之前必须清理干净，使其露出洁净的铝基体。
传统的化学预处理工艺流程为：
脱脂→水洗
→碱洗→两次水洗→中和→水洗。
近年来我国预处理工艺有了较大变化。
（1）脱脂。
除了经过化学或电解抛光的挤压材外，阳极氧化过程中脱脂是必不可少
升级会员 