铝及铝合金焊接技术Word文档下载推荐.docx

1、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

2、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

3、，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30A350A，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

4、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0.5Hz5Hz。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

5、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35m/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220mm，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M

6、IG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

7、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

8、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。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0.1m。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

9、接区域的保护。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。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.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

10、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。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。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？焊前清理清理的目的是去除焊件表

11、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%405020清水30%室温13风干或低温干燥铝镁、铝锰合金72）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。垫板 为了保证焊透并使焊件不致焊

12、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。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100300。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6080、质量分数为2%3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约510min，并用硬毛刷仔细洗刷。或者将焊件放于1520质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗1020min。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。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MgMnSiF