铝合金焊接讲稿.doc

铝合金焊接
一、铝合金的焊接性
1　铝合金有强的氧化能力
　铝与氧的亲和力很大，在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3薄膜，厚度约0.1μm，Al2O3的熔点高达2050℃，远远超过铝合金的熔点，而且密度大，约为铝的1.4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。这些缺陷，都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护。
2　铝的热导率和比热在，导热快
　铝合金的熔点远比钢低，但铝合金的导热系数，比热容都很大，比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中，功率大的热源，有时需采用预热等工艺措施，才能实现熔焊过程。
3 容易形成气孔
焊接接头中的气孔是铝合金焊接时极易产生的缺陷，是铝合金焊接时
产生气孔的主要原因。氢的来源，主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，对焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温下溶入的大量气体，在由液态凝固时，溶解度急剧下降，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。为了防止气孔的产生，以获得良好的焊接接头，对氢的来源要加以严格控制，焊前必须严格限制所使用焊接材料（包括焊丝、焊条、保护气体）的含水量，使用前要进行干燥处理。清理后的母材及焊丝最好在2~3小时内焊接完毕，最多不超过24小时。TIG焊时，选用大的焊接电流配合较高的焊接速度。MIG焊时，选用大的焊接电流慢的焊接速度，以提高熔池的存在时间。
4 焊前预热
铝合金焊接时一般可进行预热。预热的目的，一是为了消除焊接区金属
表面的湿气，减小气孔；二是用缓慢加热和缓慢冷却的方式来减小焊件的温度差，从而减小变形，未焊透、气孔、裂纹等倾向。三是可以加快焊接速度，减少铝液在高温的停留时间（减少合金元素的烧损）。当焊件厚度超过8 mm或湿度大于80%、或环境温度低于0℃时需进行预热。一般预热温度为100℃~300℃，但预热温度不能太高，否则会降低铝及铝合金的焊接强度，也会削弱其抗腐蚀性能。预热的方法可采用氧乙炔焰加热或电炉加热。加热区域为焊缝两侧各150 mm左右。
二、铝合金的焊接方法简介
1 钨极惰性气体保护电弧焊（TIG）
TIG焊电弧稳定，熔池保护好，电弧有阴极清理作用，能在焊接过程
自动清除氧化膜，适宜焊接薄件，焊接质量及接头性能好，但是这种方法深熔能力弱，零件不开坡口单层焊时，其适焊厚度一般为1~3mm，厚度大时，需开坡口实施多层焊，生产效率低。
2 熔化极惰性气体保护电弧焊（MIG）
MIG焊一般采用直流反接，电弧有阴极清理作用，可使用比TIG焊更大
的焊接电流，电弧功率大，焊接效率高，生产效率比TIG焊提高2~3倍。焊件不开坡口时，对接焊焊件的厚度范围内为2~6mm；焊件开坡口时，焊件适焊最大厚度可达50~60mm。我厂现主要采用熔化极脉冲惰性气体保护电弧焊，这种方法焊接电流比平均值小，参数调节范围广，有利于预防焊缝气孔，减小母材影响、减小焊接变形，适于薄件焊接及全位置焊接。
3　阴极清理作用
由于高温电弧的作用，保护气体被电离成大量的正离子，质量较大的正离子受到阴极区电场的加速作用，高速冲击到熔池及其周围表面。所释放出的能量把熔池及其周围金属表面上难熔的氧化铝薄膜击碎、分解，从而清除掉焊件及熔池表面上的氧化膜。我厂铝合金施焊的TIG焊及MIG焊分别采用交流电源和直流反接，交流电源的阴极清理作用仅发生在交流负半波。
4　铝合金TIG焊接参数的选择
1） 喷嘴直径与保护气体流量
喷嘴孔径越大，保护区范围越大，要求保护气体的流量也越大。但喷嘴直径过大时，对有些焊接位置，可能不易焊到，或妨碍焊工视线，影响焊接质量，一般铝合金TIG焊时喷嘴孔径为5~22mm。当喷嘴直径决定后，保护效果的是保护气体流量。流量太小，保护气体软弱无力，效果不好；流量太大，容易产生紊流，保护效果也不好；流量合适时，喷出的气流是层流，保护效果好。实际工作中，通常可根据试件选择流量，流量合适时，熔池平稳，表面明亮没有渣，焊缝外形美观，表面没有氧化痕迹；若流量不合适时，熔池表面有渣，焊缝表面发黑或有氧化皮。
2） 钨极伸出长度及喷嘴至工件的距离
为了防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部应突出至喷嘴之外，钨极伸出长度越小，喷嘴与工件间距离越近，保护效果越好，但过近会妨碍焊工视线；钨极伸出长度越长，喷嘴至工件距离越远，保护效果则越差。在生产实践中，通常在焊对接缝时，钨极伸出长度为5~6mm，焊角焊缝时，钨极伸出长度为7~8mm，喷嘴至工件的距离一般取10mm左右。
3） 焊接电流与电弧电压
当电流的种类与极性确定后，决定焊接电流大小的主要因素就是板厚、尺寸、接头形式、焊接位置等。电流过小会产生焊缝边缘熔合不良、未焊透等缺陷；电流过大易使焊件烧穿。手工TIG焊时，采用交流电源，最大焊接电流根据电极直系不同可按式I＝（60~65）d确定。电弧电压主要由弧长决定，弧长增加，焊缝宽度增加，熔深减小。但电弧太长时，容易引起未焊透及咬边，而保护效果不好。电弧太短时，很难看清熔池。一般，弧长近似等于钨极直径。
4） 焊接速度
铝合金TIG焊时，为减小变形，宜采用较快的焊接速度。但速度过快，容易间生未焊透和未熔合，过慢则导致焊缝超宽和产生焊漏烧穿等缺陷。一般焊接速度为8~12m/h。
5 铝合金TIG焊接操作
引弧后，在焊缝起始处对焊件加热，电弧一直保持到使金属熔化和建立起焊接熔池。在熔池建立前不能进行正常焊接。焊接时用左手拇指、食指和中指捏着焊丝，让焊丝末端始终在氩气保护区内，按一定的速度往前均匀送丝，使焊接过程平稳。钨极不要直接触及熔池，以免形成钨夹杂。焊丝不要进入弧柱内，否则焊丝容易与钨极接触而使钨氧化，焊丝熔滴容易飞溅并破坏稳定性。
焊枪应该垂直于焊缝的两侧平面，平板对接焊时，与工件平面的前倾角75°~85°，角接焊时则为焊枪应该垂直于焊缝的两侧平面，平板对接焊时，与工件平面的前倾角35°~45°。焊丝倾角越小越好，只要不影响送焊丝，一般为10°~20°。焊接方向一般没有限制，左焊法和右焊法都可以。
断弧后需重新引燃电弧时，电弧要在原弧坑后重叠20~30mm处引燃，重叠处一般不加或少加焊丝。在焊接过程中，遇到有定位焊点的地方，可以适当提高焊枪，加大焊枪与工件间的角度，使其基本垂直，拉长弧长，增大预热面积，以保证熔透。当看到有焊穿危险时，必须立即停弧，待温度下降后，重复起弧焊接。焊穿处的补焊是从边缘开始，逐步把窟窿补好，要保证熔合良好和焊透。应防止表面焊好了，内部是空的。
当熄弧时，焊缝弧坑处可能出现裂纹或缩孔。可以在收弧处添加焊丝并逐渐拉长电弧来防止，收弧处应添加较多的焊丝。也可以用迅速的熄弧并重新引弧若干次来防止裂纹，或在焊缝末端减少焊接电流。也可以采用引出板，使电弧在引出板处熄灭。熄弧后，不能立即关闭气体，必须等电极呈暗红色后才能关闭。
6 铝合金同MIG焊接参数的选择
在生产中，铝合金MIG焊时的熔滴过渡主要有两种形式，即短路过渡和喷射过渡。短路过渡MIG焊适用于1~3mm的薄板对接、搭接、角接和全位置焊接。喷射过渡MIG焊适用于中等厚度和大厚度板水平对接和水平角接，焊接电流必须大于临界电流，否则熔滴过渡就不会从滴状过渡转变为喷射过渡。
我厂铝合金焊接主要采用脉冲MIG焊，由于可在平均电流小于临界电流值的条件下获得射流过渡，因而同一种直径焊丝，随着脉冲频率的变化，能在高至几百安培，低至几十安培的电流范围内稳定地进行焊接。脉冲MIG焊的工作电流范围包括了从短路过渡到射流过渡的所有的电流区域，可用于射流过渡和短路过渡所能焊接的一切场合。既能焊接厚板，又能焊接薄板。焊接薄板时，熔透情况射流过渡较短路过渡焊接好。采有脉冲电流后，可用较小的平均电流进行焊接，因而熔池体积小。在脉冲峰值电流作用下，熔滴的轴向性好，不论仰焊或立焊都能迫使金属熔滴沿着电弧轴线向熔池过渡，焊缝成形好，飞溅小。
三、铝合金焊接变形及控制
焊接是一种局部加热的工艺过程，对焊件这种不均匀的快速加热与冷却过程是产生焊接变形的根本原因。由于铝合金比许多其他焊接材料有较大的热膨胀系数，所以在焊接过程中，随着快速加热和快速冷却而带来的的膨胀和收缩发生时，必然出现不同形式的变形。当在金属局部区域加热的时候，未加热区域抑制了加热区域的膨胀而产生了变形。冷却时，由于周围金属的抑制，可能导致变形或翘曲。由于铝合金散热迅速，焊接金属的收缩一般是焊接变形的主要原因。铝的收缩约为同容积钢收缩的3倍多。
正确的焊接顺序是控制和减少变形的主要方法。它使焊接变形消失于焊接过程中，或使不同时期、不同位置产生的焊接变形相反、相消，从而达到控制焊接变形的目的。焊接顺度时可以考虑以下几点：
1 一般应从中心向外进行焊接
2 具有最大收缩的焊缝先焊
3 为了平衡收缩，对于一个结构的两边焊接应同时进行
4 焊缝应分布在结构的两边，焊接时，焊道要两边交替焊接，以平衡应力。焊接时应尽量采用分段退焊法。
　采用工装夹具对焊件进行刚性固定后再实施焊接，也能有效防止变形。