鋁合金材料焊接的工藝方法

鋁合金材料焊接的工藝方法

（1）焊前預備

　　選用化學或機械辦法，嚴厲整理焊縫坡口兩邊的外表氧化膜。

　　化學清潔是運用堿或酸清潔工件外表，該法既可去掉氧化膜，還可除油污，詳細技術進程如：體積分數(shù)為6%～10%的氫樣化鈉溶液，在70℃擺布浸泡0．5min→水洗→體積分數(shù)為15%的硝算在常溫下浸泡1min進行中和處理→水洗→溫水洗→枯燥。洗好后的鋁合金外表為無光澤的銀白色。除應有防風、防雨雪設施外，還應保證焊接時的相對濕度≤80%，環(huán)境溫＞5℃。

　　機械整理可選用風動或電動銑刀，還可選用刮到、銼刀等東西，關于較薄的氧化膜也可用0．25mm的銅絲刷打磨鏟除氧化膜。

　　整理好后當即施焊，假如放置時刻超越4h，應從頭整理。

　　（2）確定安裝空隙及定位焊距離

　　施焊進程中，鋁板受熱脹大，致使焊縫坡口空隙削減，焊前安裝空隙假如留得太小，焊接進程中就會引起兩板的坡口堆疊，添加焊后板面不平度和變形量；常規(guī)手工鎢極亞弧焊工藝，由于選用較小的坡口間隙，熱源處于坡口和焊絲的中間，焊工技能不過關的話通常會出現(xiàn)未焊透缺陷，造成根部返修。相反，安裝空隙過大，則施焊艱難，并有燒穿的也許。適宜的定位焊距離能確保所需的定位焊空隙，因而，挑選適宜的安裝空隙及定位焊距離，是削減變形的一項有效辦法。依據(jù)經歷，不一樣板厚對接縫較合理的安裝技術參數(shù)如表2。

　?。?）挑選焊接設備

　　現(xiàn)在市場上焊接產品品種較多，通常情況下宜選用溝通鎢極亞弧焊（即TIG焊）。它是在亞氣的維護下，使用鎢電極與工件問發(fā)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接辦法。該焊機工作時，因為溝通電流的極性是在周期性的改換，在每個周期里半波為直流正接，半波為直流反接。正接的半波時期鎢極能夠發(fā)射足夠的電子而又不致于過熱，有利于電弧的穩(wěn)定。反接的半波時期工件外表生成的氧化膜很簡單被整理掉而獲得外表亮光漂亮、成形杰出的焊縫。雖然焊縫所處的位置不同，但是它們也有著共同的規(guī)律，實踐證明，選擇合適的焊接工藝參數(shù)、保持正確的焊條角度和掌握好運條三個動作、嚴格地控制熔池的溫度，焊接立焊時，就能得到優(yōu)良的焊縫質量和美觀的焊縫成型。

　?。?）挑選焊絲

　　通常選用301純鋁焊絲及311鋁硅焊絲。

　?。?）選取焊接辦法和參數(shù)

　　通常以左焊法進行，焊炬和工件成60°角。焊接厚度15mm以上時，以右焊法進行，焊炬和工件成90°角。

　　焊接壁厚在3mm以上時，開V形坡口，夾角為60°～70°，空隙不得大于1mm，以多層焊完結。壁厚在1．5mm以下時，不開坡口，不留空隙，不加填充絲。焊固定管子對接接頭時，當管徑為200mm，壁厚為6mm時，應選用直徑為3～4mm的鎢極，以220～240A的焊接電流，直徑為4mm的填充焊絲，以1～2層焊完。特別是不銹鋼、有色金屬材料焊接，熔池均勻、氣體保護得當，焊接外觀更美觀，穩(wěn)定性又減少了坡口兩側的咬邊現(xiàn)象。

鋁材焊接出現(xiàn)不穩(wěn)定的送絲和電弧如何解決呢？

首先我們焊工應該遵循以下幾個準則，以避免不穩(wěn)定送絲和電弧問題，采用專為鋁設計的焊接電源及耗材。使用合適的焊割導電嘴（與焊絲直徑相匹配的尺寸）。采用專為鋁線焊接設計的導電嘴；如果在焊接鋁時使用專為鋼線焊接設計的導電嘴，會導致過度回燒。

導電嘴應埋設在1/8到?英寸的氣杯里，以確保噴嘴的氣體冷卻是合適的，用于飛濺控制。電弧燃燒會引起導電嘴磨損，這是個問題。為了避免這種情況，可以根據(jù)需要更換導電嘴。

選擇正確的驅動輥類型。在將鋁焊絲送到焊縫處時，有助于防止送絲。上述問題，大多數(shù)都會導致鋁線削峰，起因是糟糕的安裝以及驅動輥的錯誤設計。削峰產生后，會阻塞焊槍內襯墊，限制金屬絲的自由流動。可以把專為鋁設計的U型槽驅動輥裝在送絲機里。V形槽驅動輥會把鋁線壓縮、變形，引起不穩(wěn)定的電弧狀態(tài)。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密，能防止金屬的繼續(xù)氧化，對自然防腐有利，但它給焊接帶來了困難，這是由于氧化鋁的熔點(2050℃)遠遠超過了鋁的熔點(600℃左右)，比重約為鋁的1。

小心地將驅動輥排成一行，始終保持持續(xù)喂線所需的至低驅動輥壓力。定期維護、定期更換磨損件，包括驅動輥、襯墊和進口導板，也有助于防止送絲問題的產生。使用推拉送絲機或滑槍，可以達到至佳焊絲輸送水平。

絕大多數(shù)的推拉式送絲機，有兩個襯墊：一個導管襯套，可以持續(xù)更長的時間，滑槍里一個頭管襯套，可以防止滑槍的快速磨損。定期更換這兩個襯墊，以防某天突然堵塞，成為麻煩。

盡量減少焊縫變色、發(fā)黑的幾率

當氧通過空氣進入到氣體防護罩時，濕氣和污染物會增加填充金屬絲燃燒（氧化）的幾率，使焊縫變色、發(fā)黑 。使用某些填料金屬的也可能產生類似問題。

焊縫變色、發(fā)黑，使焊接效果看起來很糟糕，其實是個很容易避免的問題。4XXX系列的填充金屬絲，與5XXX系列合金相比，焊接變色、發(fā)黑的幾率較少一些，5XXX系列合金中的鎂，在電弧焊接使氣化，然后在焊縫旁邊凝結成黑色煙灰。

絕大多數(shù)的4XXX系列合金，含有少量鎂或基本不含鎂。而且，焊工可以通過減小焊槍焊接的角度，來增加氣罩杯的大小，使氣杯靠近母材，使氣杯中的飛濺不能累積起來，并仔細地將電弧罩起。通常焊工在焊接鋼材時，會拖動焊槍?，F(xiàn)在，采用以某個角度推動的方式，焊接前先做電弧清潔。保持這個角度，持續(xù)清潔焊縫，降低發(fā)黑率。（1）這些焊接人員主要是使用以前老的焊接方法，要為適應搖擺焊而進行的手法改變，主要的三種握把方式，立式握把、豎式握把、橫式握把。

鋁合金焊接廠明星機械提醒各位焊工冬季焊接注意事項

(1)焊接預熱處理。

焊接預熱處理采用火焰加熱法，焊縫焊接前在施焊焊縫坡口兩側進行，寬度為板厚的1.5倍且不小于100mm。焊縫焊接前將焊縫兩側的鐵銹、毛刺、泥土、油污及冰雪等清理干凈，以保證焊接質量。　　

(2)焊接層溫控制?！?

采用氧氣和一炔氣體中性焰加熱方法，焊縫焊接的層間溫度控制在80~200℃范圍內，焊接過程中使用紅外測溫儀進行監(jiān)控，當焊縫焊接溫度低于要求時，立即加熱到規(guī)定要求之后再進行焊接，單節(jié)點焊縫應連續(xù)焊接完成，不得無故停焊，層間溫度過低或超高時，應立即采取補熱、停焊的方法，待層間溫度達到施焊條件后再進行焊縫焊接。如遇特殊情況中途必須停止焊接，應立即對焊縫進行保溫處理，當焊縫再次焊接時需重新對焊縫進行加熱，加熱溫度比焊前預熱溫度相應提高20~30℃。要避免在非常冷的情況下焊接鋁，要避免預熱操作導致的過熱——150°F的預熱溫度，就足以滿足所有的鋁合金焊接要求了?！?

(3)冬季焊接焊后加熱處理。

對于厚板焊接或環(huán)境溫度低于零時，填充縫焊接和面層焊接完畢，在自檢外觀質量符合要求后，立即實施焊后后熱過程。對于超厚鋼板、大長焊縫焊接完成時，盡管作業(yè)嚴格遵循工藝流程，實施中間再加熱，也不可避免因板厚過大、始端終端焊縫過長、面縫過寬等原因造成的根部與面層、始端與終端、近縫區(qū)與遠縫區(qū)、水平橫向焊縫下部與上部、H型鋼柱邊翼緣和翼中的溫差。對稱作業(yè)的兩名作業(yè)者由于焊接速度、參數(shù)選擇等不能相同也可能導致溫度差。要消除這些差別，只有通過焊后加熱來完成。因而焊后加熱是焊接工藝中相當重要的環(huán)節(jié)，使用烤槍對焊縫區(qū)烘烤，使后熱溫度達到150℃以上，每25mm板厚不小于0.5h，且總保溫時間不小于1h，并通過紅外測溫儀進行恒溫和保溫處理。2)操作時應嚴格保證坡口兩側根部的熔合，嚴格掌握熔池的大小和溫度，要使液態(tài)金屬始終處于粘稠狀態(tài)，以防下墜。　

(4)冬季焊接焊后保溫。　

　在寒冷勁風多發(fā)地區(qū)，一切焊前加熱、中間再加熱、后熱等都圍繞著消除驟冷驟熱、消除脹縮不均、延緩冷卻收縮這個質保目的，但僅上述措施還不能阻止溫度熱量快速散失，特別是防止邊沿區(qū)域冷卻較縫中部冷卻過快的現(xiàn)象。直接的方法是加蓋保溫性能好、耐高溫的保溫棉，在寒冷地區(qū)，須加蓋至少4~8cm　　厚的保溫棉，在鋼柱接頭焊接部位密封圍護棚阻止空氣流通，使其緩慢冷卻，達常溫后，方可除去保溫措施。酸洗后在流動的清水中洗凈，焊前再用冰酮或酒精擦凈焊絲及焊件焊接區(qū)域的表面。

對于鋁合金的焊接，傳統(tǒng)的熔化焊接工藝中以亞弧焊（TIG/MIG）的應用為普遍。

該方法具有接頭性能較高、應用靈活、簡單產品不使用工裝夾具就可以施焊的優(yōu)點，是目前國內廣泛采用的一種焊接方法。

攪拌摩擦焊（FSW）是近期出現(xiàn)的一種新型固態(tài)焊接方法，自它出現(xiàn)以來，得到了迅速發(fā)展和推廣應用。下面我們從幾個方面來探討通過兩種方法得到的焊接接頭的性能比較。

1、接頭金相組織 對攪拌摩擦焊焊縫和熔化極亞弧焊焊縫取樣進行金相觀察可見，與MIG焊縫相比，F(xiàn)SW焊縫組織晶粒明顯細化。經評定，F(xiàn)SW焊接試樣的焊縫晶粒度為8級，MIG焊接試樣的焊縫晶粒度為4-5級。攪拌摩擦焊工藝使得工件在強烈的熱-力鍛造作用下，組織更為致密，晶粒更為細化。同時，作為一種固態(tài)焊接方法，攪拌摩擦焊接頭組織有效避免了熔化焊接帶來的氣孔、裂紋、疏松等缺陷。（3）練習焊接時要注意焊縫寬度并使電弧熔池能夠到達邊緣和熔合邊緣，向前每次搖擺前進距離可根據(jù)自己愛好和經驗習慣及美觀性而定。

2、焊縫成分  針對MIG和FSW兩種焊接方法所取得焊縫進行化學成分分析，MIG接頭中Mg、Mn元素燒損嚴重，而FSW焊縫成分和母材基本一致。Mn元素在合金中的作用是使含Mg相沉淀均勻，提高合金的抗腐蝕性，提高合金的強度，且確保合金的穩(wěn)定性；易形成熱裂紋鋁的線膨脹系數(shù)和結晶收縮率比鋼大約一倍，易產生較大的焊接變形和應力，加上某些雜質或合金元素的不利影響，在剛性較大的接頭中將導致產生裂紋。Mg可在顯著提高合金強度的同時保證材料塑性不過分降低。

3、接頭力學性能  用MIG和FSW兩種焊接方法所焊試板焊縫的力學性能測試結果可以看出，F(xiàn)SW焊縫抗拉強度、伸長率數(shù)據(jù)明顯由于MIG多層焊接，并且焊縫性能穩(wěn)定性也明顯高于MIG焊縫。這與前面的接頭組織、成分分析結果相吻合。

攪拌摩擦焊是一種先進的鋁合金固相自動焊工藝，相比熔化極亞弧焊（MIG）具有突出的優(yōu)點：

1、攪拌摩擦焊接接頭晶粒明顯細化，Mg、Mn等合金元素燒損明顯減少，接頭力學性能顯著提高。

2、在工程實際應用中，攪拌摩擦焊具有單道焊接厚度大、缺陷發(fā)生率低，焊接殘余應力與變形小、焊接、節(jié)能降耗和綠色焊接等突出的工藝優(yōu)點，是鋁合金構件實現(xiàn)高可靠、綠色制造的至佳焊接工藝。