铝焊工艺教材.docx
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铝焊工艺教材
铝焊工艺教材
技术资料
铝
及
铝
合
金
类
二
武汉津联电气设备有限公司
二〇○九年十一月
内容
前言
铝的种类
材料
合金元素的鉴别
铝焊的填充金属
焊接方法
铝焊丝的特殊性质
协同脉冲
铝焊接的保护气
焊前准备
焊接缺陷
前言
铝发现于19世纪初并且从1880年开始作为轻金属得到实际应用铝可以通过电解氧
化铝获得
应用领域
铝及铝合金逐渐取代了钢材料变得越来越重要铝的应用领域有
航空航天
汽车工业商运和客运
造船业
火车制造业
以及传统的钢结构领域如
建筑
棚架
储油罐
合金窗等
铝与钢相比的优点
密度小强度高
耐蚀性好
低温下韧性好
适合连续铸造成型生产
主要的合金成分
镁03-7细化晶粒提高强度
锰03-12增强抗腐蚀性盐水提高强度
铜5提高强度降低抗腐蚀性对铝的淬透性有重要影响
硅12熔点低约为577℃主要用于铸造铝合金
铝的种类
电力工业Al9951
输电线
变压器线
散热片
装饰品业
日用装饰
幕墙
板材管材AlMg5
·储油罐造船
·管道仪器
型材AlMgSi6
·建筑装潢
门窗家具
·车身
铸铝AlSi4
·齿轮箱
·发动机组
·汽缸盖
·机动车的铝轮毂
材料
分类
铝
变形铝铸铝合
合金金
可热处理强不可热处理可热处理强不可热处理强
化铝合金强化铝合金化铸铝合金化铸铝合金
AlMgSiAlMgG-AlCuSiG-AlSi
AlMgMn
G-AlCuTiMg
AlZnMgAlMnMgG-AlMgSiG-AlSiCu
AlCuMgAlMnG-AlSiMgG-AlMg
AlZnMgCu
纯铝
22
铝的抗腐蚀性好抗拉强度低接近80Nmm经冷变形强化后可增加到130Nmm左右但
焊接后的焊缝金属却不具备这种冷变形强化的效果例如纯铝Al999和995
〉经验焊接时可获得很好的焊缝外观但强度很低
热处理强化锻造铝合金
铝与镁硅锌或铜的合金在热处理后能时效强化至450Nmm2左右如AlMgSi1AlZn45Mg1
等等
这些材料经退火淬火处理后合金元素在微观结构上沉淀强化增强了铝的强度时效硬化可以
在室温下几天内完成也可以在80160℃的温度区间内以较短的时间内如60小时60°C
24小时120°C完成
焊后硬铝合金的焊接热影响区硬度降低发生软化现象输入的热量越多软化就越严重
随后的热处理可以恢复其硬度例如AlZn45Mg1这种合金在焊后进行简单的热处理就可以恢复到
它的原始硬度值
〉经验在用铝代替钢结构时最常用的是时效硬化铝合金重量可减轻40
不可热处理强化铝合金
不可热处理强化铝合金采用热处理后大不到强化效果通常采用固溶强化加入镁锰后合
金的抗拉强度将增至280Nmm2左右
如AlMg1AlMg3AlMg45Mn
〉经验不可热处理强化铝合金一般用于防腐蚀海水金属板交通工具网纹板等
铸造铝合金
铸造铝合金是在铝中加入硅合金元素通常只有修复性的焊接工作采用这种材料特殊焊条的
手工电弧焊TIG或MIG气体保护焊修复性焊接尤其是要求焊缝金属特性与母材不能有任何
不同的焊接需采用与母材成分相同的填充金属焊接材料的氢含量不能太高抛光后焊缝的颜
色应与母材相同通常焊缝在经阳极氧化后颜色会有稍微的不同这种现象对于含硅元素的铸铝的
焊接尤其明显
〉经验因为铸铝的熔点低所以熔滴流动速度快焊速高焊缝表面清洁
铝的裂纹倾向取决于SiCu和Mg的含量
注意铝镁合金具有很高的裂纹倾向焊接时要采用收弧填弧坑工艺
锌则可抵制热裂纹倾向
最大热裂纹风险Mg在0525之间
Si在0315之间
裂纹
为了防止热裂纹焊接通常采用合金成分的填充金属
弧坑裂纹通常由于铝的强大的收缩性而形成它们可通过使用收弧板或填弧坑程序焊接电源必须
具备此程序避免
６
铝焊工艺
焊缝的焊前清理去毛刺除油也对防止裂纹有帮助
图3填充金属和母材的合适搭配与锻造铝合金的裂纹敏感性的关系
填充金属影响材料的裂纹敏感性填充金属和母材的合适搭配可减少裂纹倾向
AlMg45Mn合金的焊接热裂纹倾向和特性当
1．介绍
AlMg45Mn合金广泛的用于焊接结构件它们被证实非常适合用于航空和化工领域和用于LNG上
的运输容器匈牙利在1950年代首次被开发为造船用
当计算设计元件时显然有增加载重量的优势当然这需深入的金属材料特性知识以服从各种不同
的负载情况
对于AlMg45Mn这种特别的合金来说困难在于大多数标准和规则允许很大的镁和锰元素的含量公
差范围40-49Mg04-1Mn这会引起机械性能的随机波动导致承载能力的不准
确这种金属在焊接时该问题会因焊缝和热影响区的微观结构的各向异性而加剧如此看来仅
有静态强度值能被确定所以各种材料中不同的合金元素成分会影响其可焊性
2实验程序Experimentalprogramme
研究有关AlMg45Mn中镁和锰元素的波动的影响
a母材静态强度疲劳强度特性和fractureproperties
b可焊性母材和填充金属中合金成分的影响焊接工艺和焊接参数对热裂纹倾向的影响
c焊接接头形式静态强度疲劳强度特性和fractureproperties
以下是五种形式的合金表格列出了可焊性的确定和焊接接头形式的特性
合金合金元素成分
MgMnCrFeSiTi
AlMg4Mn0440047018020006001
AlMg4Mn10395099018019015003
AlMg49Mn0449042019018011002
AlMg49Mn1048510019021017002
AlMg47Mn07465065020023016002
SG-AlMg335046003034011002
SG-AlMg45Mn52082010016007009
SG-AlMg551031017042014008
3可焊性的确定
31检测程序
鱼骨测试可确定热裂纹的倾向Thepropensitytohot-crackingwasdetermined
intheFish-skeletontest该测试是使用硬度在焊缝纵向方向的改变如减小
的自载荷样件垂直作用于焊缝的抗收缩力在焊缝起始处最大到焊缝末端逐渐减小
裂纹长度从而是样件硬度的一个功能所使裂纹敏感系数A1裂纹的测量长度焊缝
长度x100为了确定母材金属的裂纹敏感性测试样件采用不填丝TIG焊与之对
照的是加填充金属的TIG和MIG焊样件厚度为6mm加填充金属的TIG焊采用U形
坡口焊接参数见下表
鱼骨测试示意图
WeldprocessWeldfillermetalWeldingWeldingWelding
mmparameters1Voltagespeed
WeldingamperageVmmin
A
Fish-skeletontest
Tungsteninertgaswelding--34034521518025
TungsteninertgasweldingSG-AlMg52433034021518025
MetalinertgasweldingSG-AlMg5121601652425025
Butt-seam
MetalinertgasweldingSG-AlMg3162753263304
SG-AlMg3163003264308
MetalinertgasweldingSG-AlMg45Mn162703258304
SG-AlMg45Mn162903260308
MetalinertgasweldingSG-AlMg5162603248304
SG-AlMg5163
25008
3
275
1喷嘴16mm氩气流量16lmin2钍钨直径63mm
3平均值
纯铝
纯铝具有很强的耐腐蚀性但是抗拉强度低约80Nmm2经过冷作后其抗拉强度
能增加至约130Nmm2然而在焊缝区这种加工硬化作用会在焊接中减弱
例如纯铝Al999Al995
实际经验能达到最好的焊缝外观但是强度低
铝焊工艺
合金元素的鉴别
当与水混合时非金属氧化物形成酸同时金属氧化物形成碱我们知道金属氢氧化
物溶液是碱性的腐蚀性溶液
例如
三氧化硫SO与水反应形成无色液体-硫酸HSO
324
3224
SOHO_HSO
例如
固体氧化钠溶入水变成氢氧化纳
NaOHO_2NaOH
22
碱溶液测试
可分辨出铝与铜锌镍硅的合金
例如测试方案1
苛性钠25氢氧化钠水NaOHO_2NaOH
22
让我们将此样本溶液滴到光洁的测试样件的表面3到四分钟然后用水洗掉用滤纸吸干
测试液1使合金形成AlSi以下有9种测试方案每一种为不同的合金成分
AlAlMnAlMg的试件表面无颜色变化纯铝铝镁铝锰合金仍保持光亮只是表面
的硬度不同
G-AlMgSi即AlMgSi试件表面为亮灰色
AlCuMgAlZnMg试件表面为可擦除的黑色如果合金中含有铜锌或镍那么黑色
的痕迹仍会保留
G-AlSi试件表面灰色不可擦除
如果硅的含量超过3并且不含有前面所提到的重金属那么就会产生灰色的痕迹
标准化
EN573-12
ENAW5082AAlMg45
欧洲标准半成品铝材料代号国家标准以前的国家标准
铝焊工艺
DINEN573规定的牌号
ENAW锻铝合金
ENAC铸铝合金
变形铝合金的牌号在全世界已经实现标准化
下面的例子将有助于你进行标准的转化
Internat
标准DINENDIN17007ISOAA
Alloyreg
ENAW-6060332066060
实例16060AA6060
ENAW-AlMgSiAlMgSi05AlMgSi
ENAW-6082
323156082AA---在美国
实例2EN6082
AlMgSi1AlSi1MgMn没有标准化
AW-AlSi1MgMn
第一组数据合金组DINEN－AW
1－铝≥990％形变强化
2－铝铜合金时效强化
3－铝锰合金形变强化
4－铝硅合金形变强化
5－铝镁合金形变强化
6－铝镁硅合金时效强化
7－铝锌合金时效强化
8－其它铝合金
详见DINEN573
铝材完全由合金派系和韧度派系来区分
合金派系后的字母以一个连字号隔开
FAsfabricated
O退火
H疲劳硬化
只是疲劳硬化不包括任何热处理
H2x疲劳硬化加再冷却细化晶粒
H3xStrainhardenedandstabilized
H4x疲劳硬化加着色Strainhardenedandstove-lacqueredorpainted
时效强化合金回火派系如下
T1从高温冷却下来自然时效到充分稳定的状态
T2从高温冷却下来冷作并自然时效到充分稳定的状态
agedtoasubstantiallystablecondition
T3溶液热处理冷作并自然时效到充分稳定的状态
铝焊工艺
T4溶液热处理并自然时效到充分稳定的状态
T5从高温冷却下来再人工时效
T6溶液热处理再人工时效
T7溶液热处理再over-agedstabilized
T8溶液热处理冷作再人工时效
T9溶液热处理人工时效再冷作
T10热作溶液热处理冷作再人工时效
Tx51拉伸释放应力
Tx52压缩释放应力
不同标准体系中材料标准的比较成分不一定完全相同
英国标
国际标准法国标准准意大利标准
材料代
号
Internal
德国alloyNFBSBS-L
标称德国工业标准RegisterISOA02-004DTD牌
标准170017007AAR209牌号号
Al9998R303851199A-991
Al998202851080AAl998A-81AP-AlP998
Al997302751070AAl997A-7P-AlP997
Al995302551050AAl995A-51BP-AlP995
Al99302051200Al99A-41CP-AlP990
AlMn305153103Al-Mn1N3P-AlMn12
AlMnCu305173003Al-Mn1CuA-M1
Acom305053105N31
AlMn1Mg05305253005A-MG05
AlMn1Mg1305263004A-M1GP-AlMn12Mg
AlMg1333155005Al-Mg1A-G06N41P-AlMg09
AlMg15333165050AAl-Mg15A-G15P-AlMg15
AlMg25335245052Al-Mg255052P-AlMg25
AlMg3335355754Al-Mg3A-G3MP-AlMg35
AlMg45333455082Al-Mg4P-AlMg44
AlMg5333555056AAl-Mg5N6P-AlMg5
AlMg2Mn03335255221Al-Mg2A-G2MN4
AlMg2Mn0833527A-G25MC
AlMg27Mn335375454Al-Mg3MnA-G3MCN51
AlMg4Mn335455086A-G4MCN56
AlMg45Mn335475083AlMg45MnA-G45MCN8
AlMgSi05332066060Al-MgSiA-GSH9
AlMgSi08323166005A-SG05H10P-AlSi05Mg
AlMgSiCu332146061Al-Mg1SiCuA-GSUCH20P-AlMg1SiCu
AlMgSi1323156082Al-Si1MgA-SGM07H30P-AlMgSi
AlMgSiPb306156262A-SGPbp-AlSi1MgMn
AlCuBiPb316452011A-U5PbBiFC1
AlCuMgPb316552030A-U4PbP-AlCu55PbBi
Acom313052117Al-Cu2MgA-U2G2L69
AlCuMg1313252017AAl-Cu4MgA-U4GH14P-AlCu4MgMn
AlCuMg2313552024Al-Cu4Mg1A-U4G12L9798P-AlCu45MgMn
AlCuSiMn312552014Al-Cu4SiMgA-U4SGH15P-AlCu44SiMnMg
AlZn45Mg1343357020A-Z5GP-AlZn5Mg
AlZnMgCu05343457079A-Z4GU
AlZnMgCu15343657075Al-Zn6MgCuA-Z5GU2L9596P-AlCu4MgMn
铝焊工艺
DINEN标准和旧的DIN标准的比较
DINEN573-3旧DIN标准
代号符号符号
1098Al9998Al9998R
1080AAl998AAl998
1070AAl997Al997
1050AAl995Al995
1200Al990Al99
1350AEA1995AE-Al
2007AlCu4PbMgMnAlCuMgPb
2011AlCu6BiPbAlCuBiPb
2014AlCu4SiMgAlCuSiMn
2017AAlCu4MgSiAAlCuMg1
2117AlCu25MgAlCu25Mg05
2024AlCu4Mg1AlCuMg2
3003AlMn1CuAlMnCu
3103AlMn1AlMn1
3004AlMn1Mg1AlMn1Mg1
3005AlMn1Mg05AlMn1Mg05
3105AlMn05Mg05AlMn05Mg05
3207AlMn06AlMn06
5005AAlMg1CAlMg1
5505Al999Mg1Al999Mg05
5305Al9985Mg1Al9985Mg1
5605Al9998Mg1AlRMg1
5110Al9985Mg05Al9985Mg05
5310Al9998Mg05AlMg05
5019AlMg5AlMg5
5049AlMg2Mn08AlMg2Mn08
5051AAlMg2BAlMg18
5251AlMg2AlMg2Mn03
5052AlMg25AlMg25
5454AlMg3MnAlMg27Mn
5754AlMg3AlMg3
5082AlMg45AlMg45
5182AlMg45Mn04AlMg5Mn
5083AlMg45Mn07AlMg45Mn
5086AlMg4AlMg4Mn
6101BEAlMgSiBE-AlMgSi05
6401Al999MgSiAl999MgSi
6005AAlSiMgAAlMgSi07
6012AlMgSiPbAlMgSiPb
6060AlMgSiAlMgSi05
6061AlMg1SiCuAlMg1SiCu
6082AlSi1MgMnAlSi1MgMn
铝焊工艺
7020AlZn45Mg1AlZn45Mg1
7022AlZn5Mg3CuAlZnMgCu05
7072AlZn1AlZn1
7075AlZn55MgCuAlZnMgCu15
8011AAlFeSiAAlFeSi
铝焊工艺
与DINEN相比不同之处
DE50SG-Al9998R1199A99--
DE51SG-Al9981080AA8G1A-
DE52SG-Al9951050A-G1B-
DE53SG-Al995Ti----
DE54SG-AlMn13103-NG3-
DE55SG-AlMg25Mn5049---
DE5708SG-AlMg2Mn08Zr
DE56SG-AlMg35754---
DE58SG-AlMg55356A-G5MCNG6ER5356
DE59SG-AlSi54043A-S5NG21ER4043
DE60SG-AlSi124047A-S124047AER4047
DE61SG-AlSi10Mg4045----
DE63SG-AlMg45Mn5183A-G45MC5183ER5183ER5556
DE64SG-AlMg45MnZr5556
DE65SG-AlMg27Mn5554-NG52ER5554
DE67SG-AlMg27MnZr
DE68SG-AlSi7Mg----
DE76L-AlSi12----
母材举例
2014AlCu4SiMg3003AlMn1Cu
1060Al9962036AlCu2Mg053004AlMn1Mg1
1100Al990Cu2219AlCu6Mn
1350AEAl995A
5101EAlMgSi7005AlZn45Mg15Mn
5005AlMg1B6005AlSiMg7020AlZn45Mg1
5050AlMg15C6063AlMg07Si7021AlZn55Mg15
5052AlMg256201EAlMg07Si7039AlZn4Mg3
5454AlMg3Mn6351AlSiMg05Mn70467146AlZn7Mg1
5086AlMg46061AlMg1SiCu
5083AlMg45Mn076082AlSi1MgMn
5456AAlMg5Mn1A
5356AlMg5CrA
填充金属举例
2319AlCu6MnA3003AlMn1Cu5554AlMg3MnA
1080AAl998A5654AlMg35Cr
4043AAlSi5A1050AAl9955183AlMg45Mn07A
4145AlSi10Cu1450Al995Ti5356AlMg5CrA
4047AAlSi12A5556AAlMg5Mn
标准数据表-填充金属DIN1732第一部分
-焊缝的焊前准备DIN8552第一部分
-MIG焊铝数据表DVS0913和DVS0933
铝焊工艺
铝焊的填充金属
有效直径
填充金属母材
MIGTIG
S
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