铝和铝合金焊接工艺设计参数介绍步骤和注意事项.doc

铝及铝合金的焊接工艺技术参数介绍、方法、步骤及注意事项
一、为什么MIG焊铝的工艺难题较多
答：MIG焊铝的工艺难题主要有：
（1） 铝及铝合金的熔点低（纯铝 660℃），表面生成高熔点氧化膜（ AL2O3 2050℃），容易造成焊接不熔合；
（2） 低熔点共晶物和焊接应力，容易产生焊接热裂纹；
（3） 母材、焊材氧化膜吸附水分，焊缝容易产生气孔；
（4） 铝的导热性是钢的3倍，焊缝熔池的温度场变化大，控制焊缝成型的难度较大；
（5） 焊接变形较大。
二、铝及铝合金焊接难点
（1） 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0.1μm。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，并加强焊接区域的保护。
（2） 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。
（3） 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。 
（4） 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。 
（5） 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。 
（6） 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。 
三、铝及铝合金焊前应进行哪些准备工作？ 
（1）焊前清理 清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污，这是防止产生气孔、夹渣的重要措施。 
a 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1。
表1 铝及铝合金的化学清洗法

b 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。 
（2）垫板：为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷，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。 
（3） 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100～300℃。 
四、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60～80℃、质量分数为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5～10min，并用硬毛刷仔细洗刷。或者将焊件放于15～20℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗10～20min。
（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。 
五、铝及铝合金钨极氩弧焊的焊接工艺。 
（1） 焊丝的选用 铝及铝合金用焊丝牌号见表2。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2 铝及铝合金用焊丝牌号

（2） 焊接接头及坡口形式 坡口形式见表3。 
表3 焊接接头及坡口形式

（3） 焊接电源 应选用交流电源。
（4） 铝及铝合金手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊的焊接工艺参数，分别见表4、5。
表4 铝及铝合金手工钨极氩弧焊焊接工艺参数

表5 铝及铝合金自动钨极氩弧焊焊接工艺参数

六、试述铝及铝合金熔化极氩弧焊的焊接工艺参数。：
自动熔化极氩弧焊焊接铝及铝合金时的焊接工艺参数，见表6。焊接电源采用直流反接。
表6 铝及铝合金自动熔化极氩弧焊焊接工艺参数

七、试述铝及铝合金的气焊接接工艺。 
（1） 接头形式 铝及铝合金气焊时不宜采用搭接接头和T形接头，因为这些接头易于残留气焊熔剂和焊渣，不便焊后清理。 
（2） 火焰和焊嘴号码 气焊时火焰可采用中性焰 （或轻微碳化焰），焊嘴号码根据铝板厚度进行选择，见表7。 

表7 铝及铝合金气焊焊接工艺参数 

（3） 定位焊 定位焊时的工艺参数见表8。 
表 8铝及铝合金气焊定位焊工艺参数

（4） 焊嘴和焊丝倾角 焊薄板时，焊嘴倾角约为30°～45°，焊丝倾角约为40°～50°；焊厚板时，焊嘴倾角应为50°左右，焊丝倾角为40°～50°。