焊接工藝
1焊接材料的選擇
焊絲原則上選擇與母材成分相同的鋁及鋁合金焊絲或板條。氬氣純度>99.95%,盡量選用大直徑焊絲。在Al-Mg系鋁合金的弧焊中,通常都是推薦使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條,對Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。
2 組對與點固焊
由于鋁及鋁合金管導(dǎo)熱快、熔池結(jié)晶快,所以.組對時不留間隙、鈍邊,應(yīng)避免強制進行,以減少焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力,定位焊縫長度10-15mm為易。定位焊位置在管的7點、9點、12點處。定位焊焊縫常做為正式焊縫保留,因此發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。焊前對定位焊表面黑粉、氧化膜進行清除,并將兩端修成緩坡型。焊件不需要預(yù)熱.焊前在試板上試焊,當(dāng)確認(rèn)無氣孔后再進行正式焊接。采用高頻引弧,起弧點應(yīng)越過中心線20mm左右,并停留不動約2-3秒。然后在焊透的情況下,采用大電流、快速焊。焊絲不擺動,焊絲端部不應(yīng)離開氬氣保護區(qū)。如離開氬氣保護區(qū).焊絲端部應(yīng)剪掉。焊絲與焊縫表面的夾角宜在15O右。焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80O~90O之間。為氬氣保護區(qū)和增強保護效果,可采用大直徑焊槍瓷嘴,加大焊槍氬氣流量。當(dāng)噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著時。將飛濺物清除或更換噴嘴。當(dāng)鎢極端部出現(xiàn)污染,形狀不規(guī)則等現(xiàn)象時.修整或更換。鎢極不宜伸出噴嘴外。焊接溫度的控制主要是焊接速度和焊接電流大小的控制。試驗結(jié)果表明,大電流、快速焊能有效防止氣孔的產(chǎn)生。這主要是由于在焊接過程中以較快速度焊透焊縫,熔化金屬受熱時間短,吸收氣體的機會少。收弧時,注意填滿弧坑,縮小溶池,避免產(chǎn)生縮孔,終點的結(jié)合處應(yīng)焊過20~30mm。?;『螅舆t停氣6秒。可旋轉(zhuǎn)的鋁及鋁合金管對接平焊時.焊炬應(yīng)處于稍帶上坡焊位置。這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時。可不填加焊絲。但以后的焊層需加焊絲。
焊接材料
(1)焊絲 鋁及鋁合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外,按容器要求應(yīng)使對接接頭的抗拉強度、塑性(通過彎曲試驗)達到規(guī)定要求,對含鎂量超過3%的鋁鎂合金應(yīng)滿足沖擊韌性的要求,對有耐蝕要求的容器,焊接接頭的耐蝕性還應(yīng)達到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則:
1)純鋁焊絲的純度一般不低于母材;
2)鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材相應(yīng)或相近;
3)鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等)的含量一般不低于母材;
4)異種鋁材焊接時應(yīng)按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲;
5)不要求耐蝕性的高強度鋁合金(熱處理強化鋁合金)可采用異種成分的焊絲,如抗裂性好的鋁硅合金焊絲SAlSi一1等(留意強度可能低于母材)。
(2)保護氣體 保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時,采用大于99.9%純氬氣,直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時,板厚<25 mm時宜用氬氣;板厚25 mm~50 mm時氬氣中宜添加10%~35%的氦氣;板厚50mm-75mm時氬氣中宜添加l0%~35%或50%的氦氣;當(dāng)板厚>75 mm時推薦采用添加50%~75%氦氣的氬氣。氬氣應(yīng)符合GB/T 4842?995《純氬》的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足,不能使用。
(3)鎢極 氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點和沸點高,不易熔化揮發(fā),電極燒損及尖真?zhèn)€污染較少,但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加進1%~2%氧化釷的電極為釷鎢極,電子發(fā)射能力強,答應(yīng)的電流密度高,電弧燃燒較穩(wěn)定,但釷元素具有一定的,使用時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施。在純鎢中加進1.8%~2.2%的氧化鈰(雜質(zhì)≤0.1%)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低,化學(xué)穩(wěn)定性高,答應(yīng)電流密度大,無,是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬,易保持半球形,適用于交流焊接。
(4)焊劑 氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物,可往除氧化膜。
容器規(guī)范采用的鋁及鋁合金 要求制造容器的材料具有良好的成形性和焊接性,JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》中采用的鋁及鋁合金有:
產(chǎn)業(yè)純鋁 1A85、1050A、1060和1200。
Al-Cu合金 2014。
Al-Mn合金 3003和3004。
Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5052、5058和5086。
Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。
典型牌號鋁及鋁合金化學(xué)成分和力學(xué)性能,可查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
鋁及鋁合金的焊接工藝
鋁及鋁合金的焊接特點
(1) 鋁在空氣中及焊接時極易氧化,天生的氧化鋁(Al2O3)熔點高、非常穩(wěn)定,不易往除。阻礙母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易天生夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊縫產(chǎn)生氣孔。焊接前應(yīng)采用化學(xué)或機械方法進行嚴(yán)格表面清理,清除其表面氧化膜。在焊接過程加強保護,防止其氧化。鎢極氬弧焊時,選用交流電源,通過“陰極清理”作用,往除氧化膜。氣焊時,采用往除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時,可加大焊接熱量,例如,氦弧熱量大,利用氦氣或氬氦混合氣體保護,或者采用大規(guī)范的熔化極氣體保護焊,在直流正接情況下,可不需要“陰極清理”。
(2)鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導(dǎo)率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過程中,大量的熱量能被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部,因而焊接鋁及鋁合金時,能量除消耗于熔化金屬熔池外,還要有更多的熱量無謂消耗于金屬其他部位,這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為明顯,為了獲得的焊接接頭,應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源,有時也可采用預(yù)熱等工藝措施。
(3)鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時的體積收縮率較大,焊件的變形和應(yīng)力較大,因此,需采取預(yù)防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時輕易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)中可采用調(diào)整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性答應(yīng)的情況下,可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5%時熱裂傾向較大,隨著硅含量增加,合金結(jié)晶溫度范圍變小,活動性明顯進步,收縮率下降,熱裂傾向也相應(yīng)減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗,當(dāng)含硅5%~6%時可不產(chǎn)生熱裂,因而采用SAlSi條(硅含量4.5%~6%)焊絲會有更好的抗裂性。
(4)鋁對光、熱的反射能力較強,固、液轉(zhuǎn)態(tài)時,沒有明顯的光彩變化,焊接操縱時判定難。高溫鋁強度很低,支撐熔池困難,輕易焊穿。
(5)鋁及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫,固態(tài)幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中,氫來不及溢出,極易形成氫氣孔?;≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分,都是焊縫中氫氣的重要來源。因此,對氫的來源要嚴(yán)格控制,以防止氣孔的形成。
(6)合金元素易蒸發(fā)、燒損,使焊縫性能下降。
(7)母材基體金屬如為變形強化或固溶時效強化時,焊接熱會使熱影響區(qū)的強度下降。
(8) 鋁為面心立方晶格,沒有同素異構(gòu)體,加熱與冷卻過程中沒有相變,焊縫晶粒易粗大,不能通過相變來細(xì)化晶粒。
焊接參數(shù) (僅供參考)
4.1. 根據(jù)不同的材料和板厚選用不同型號的焊絲和直徑
4.2. 常用焊接規(guī)范:
4.2.1. 0.8 毫米焊絲 (板厚小于3毫米): WFS: 12-15m/min, I=70-130A, U=17-21V,焊速=600-1125mm/min
4.2.1. 0.9 毫米焊絲 (板厚小于5毫米): WFS: 10-12m/min, I=145-175A, U=20-22V,焊速=600-1125mm/min
4.2.3. 1.0 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 8-12m/min, I=150-200A, U=22-24.5V,焊速=600-1125mm/min
4.2.4.1.2 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 7.5-10m/min, I=190-220A, U=22-26V,焊速=600-800mm/min
4.2.5. 1.6 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 5-8m/min, I=240-330A, U=24-30V,焊速=400-800mm/min
鋁及鋁合金在現(xiàn)代工程技術(shù)所用的各種材料中占有舉足輕重的地位,它在世界年產(chǎn)量僅次于鋼鐵而居第二位,在有色金屬中則居位。如果說鋁合金初是在航空工業(yè)中嶄露頭角的話,那么近幾十年來,除航空工業(yè)外,在航天、汽車、船舶、橋梁、機械制造、電工、化學(xué)工業(yè)及低溫裝置中已大量應(yīng)用鋁及鋁合金,以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導(dǎo)線等。目前鋁合金焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣的是防銹鋁合金,即鋁鎂合金和鋁錳合金。
?保護氣體的選擇?
焊接時所用的保護氣體有惰性氣體氬氣(Ar)和氦氣(He),生產(chǎn)上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿足下列純度(體積分?jǐn)?shù))要求:氬氣大于99.99%,氦氣小于0.04%,氧氣小于0.03%,水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.07%。目前國內(nèi)生產(chǎn)的氬氣,其純度一般能達到此要求,故在使用前不需再進行提純處理。
?鎢電極的選用?
氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點和沸點高,不容易熔化揮發(fā),但電子發(fā)射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%~2.0%的氧化釷(Tho)電極稱為釷鎢極。它的電子發(fā)射能力強,允許的電流密度高,電弧燃燒穩(wěn)定。
?溶劑的選擇?
在氣焊、碳弧焊過程中,熔化的金屬表面極易氧化而形成氧化膜,為焊接質(zhì)量,用熔劑去除氧化膜及其他雜質(zhì)。氣焊、碳弧焊用的熔劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
?焊絲的選用?
在鋁合金材料的焊接過程中,鋁合金用焊絲的選用至關(guān)重要,選取前應(yīng)該了解以下內(nèi)容:
?是否所有的鋁合金材料都可用作焊接填充合金?
?是否所有的鋁合金都可以焊接?
?應(yīng)避免發(fā)生的缺陷有哪些?
?如何選擇焊接填充合金?
?選擇時應(yīng)當(dāng)考慮的標(biāo)準(zhǔn)是什么?
?鋁合金系列需要了解?
選擇什么樣的焊絲?
一種母材可以用多種鋁合金焊材完成焊接 ,如5083-5083的焊接:可用 5356,5183,5556 等焊絲。但是每一種焊絲得到的焊接接頭可能只能在某一個性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時,主要應(yīng)考慮焊接件的終使用性能。整體來說,主要考察以下幾個性能指標(biāo):
總之,選擇鋁合金焊絲過程中,只有在對鋁件焊接及其應(yīng)用中的許多相關(guān)變量進行了充分分析后,才能選擇出合適的合金填料。
氣孔產(chǎn)生原因:鋁焊接氣孔主要是氫進入焊接熔池而形成的。氫來源有:材料、焊絲、保護氣體、送絲機構(gòu)、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等,如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機構(gòu)上有油污或汗?jié)n等。預(yù)防措施:
6.1.1材料及焊絲內(nèi)的含氫量≤0.4mL /100g;
6.1.2 被焊件表面應(yīng)去除油污及氧化膜,存放時間不超過4h。表面清理后應(yīng)用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側(cè);
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲,不然處理方法同上;
6.1.4 保護氣體內(nèi)雜質(zhì)含量:H2≤0.001%;O2≤0.02%;N2≤0.1%;H2O≤0.02%;
6.1.5保護氣體管路:一般采用不銹鋼管或銅管,軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管;焊前應(yīng)檢查冷卻水管道,確保不會漏水;當(dāng)環(huán)境濕度很大時,應(yīng)對保護氣體進行加熱對管路進行吹掃;
6.1.6 送絲機構(gòu):不得有油污,送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍,并焊前清理管內(nèi)污染和冷凝水;
6.1.7現(xiàn)場環(huán)境:溫度不宜超過25℃,相對濕度不超過50%,保持環(huán)境清潔;
6.1.8焊工:工作服裝盡量是白色的,以便能及時發(fā)現(xiàn)和清理污染。焊時注意汗水和油漬不要再次污染焊件;
6.1.9 在焊前都應(yīng)在試板上試焊,以便檢查保護氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預(yù)防措施:用雙面焊代替單面焊;每道焊縫薄時比厚時有利于氣孔逸出;大直徑焊絲有利于減少氣孔;焊前預(yù)熱、焊后緩冷;降低電弧電壓、電流、降低焊接速度,有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因:材料焊接性較差;選擇焊絲時沒考慮抗裂性;結(jié)構(gòu)的拘束度過大。預(yù)防措施:
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應(yīng)考慮其抗裂性而不能只考慮強度;必要時可考慮對焊件進行退火后焊接,焊后再淬火時效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲,如含Si等低熔點元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度,合理安排焊接順序,讓焊縫能夠有橫向收縮余量,以減小焊接應(yīng)力。沒有必要定位焊的就不要焊定位焊,能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求:
1.封頭拼縫焊后應(yīng)進行RT,成形后再按規(guī)定RT或PT。
2.A、B類焊縫一般進行RT。
3.容器上的C、D類焊接接頭進行PT。
4.鋁材表面補焊焊縫進行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時固定連接焊縫拆除后的焊痕等進行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。
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