鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點
1 易氧化
鋁和氧的親和力很強。在常溫下,鋁表面就能被氧化成厚度約0.1~0.2 m致密的AL2O3薄膜。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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點(600℃左右),比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中,會阻礙金屬之間的熔合,易形成夾渣,而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份,焊接時會促使焊縫生成氣孔。
2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容
鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍,因此,焊接鋁材管時,比鋼管焊接要消耗更多的熱量,為得到的焊接接頭,必需采用能量集中,功率大的熱源。
3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態(tài)時能大量吸收和溶解氫,在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g,而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g,前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大,在相同的焊接工藝條件下,其冷卻速度為鋼的4~7倍,使金屬結(jié)晶加快,焊接熔池在快速冷卻過程中,氫的溶解度急劇下降,此時析出大量過飽和氣體,氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此,在焊接鋁材時,焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。
5A02 飛機油箱與導(dǎo)管,焊絲,鉚釘,船舶結(jié)構(gòu)件。
5A03 中等強度焊接結(jié)構(gòu),冷沖壓零件,焊接容器,焊絲,可用來代替5A02合金。
5A05 焊接結(jié)構(gòu)件,飛機蒙皮骨架。
5A06 焊接結(jié)構(gòu),冷模鍛零件,焊拉容器受力零件,飛機蒙皮骨部件。
5A12 焊接結(jié)構(gòu)件,甲板。
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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)區(qū)。如離開氬氣保護(hù)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(hù)區(qū)和增強保護(hù)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??尚D(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??刹惶罴雍附z。但以后的焊層需加焊絲。
1070純鋁焊絲,鋁含量≥99.5%,有的抗腐蝕性能,很高的導(dǎo)熱與導(dǎo)電性能,以及的可加工性能。對經(jīng)陽極化處理 的材料,需要配色時十分理想,推薦用于焊接1000系列鋁合金。 典型化學(xué)成份:Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003,AL余量用途廣泛用于鐵路機車、電力、化學(xué)、食 品等行業(yè)。 執(zhí)行GB10858-89標(biāo)準(zhǔn)鋁及鋁合金焊絲廣泛應(yīng)用于鋁及鋁合金氬弧焊及氧 -乙炔氣焊時作填充材料。 焊絲的選擇,主要根據(jù)母材的種類,對接頭的抗裂性能、力學(xué)性能及抗腐蝕性能等方面的要求綜合考慮
鋁材具有的物理特性和力學(xué)性能,其密度低、強度高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高,耐蝕能力強。鋁材廣泛用于容器、機械、電力、化工、航空、航天等焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品上。
(一)鋁材的分類及牌號表示方法
1. 鋁材的分類
(1)按有無合金成分,鋁材分為純鋁及鋁合金。鋁合金按合金系列又分為Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等。
(2)按壓力加工能力,可分為變形鋁和非變形鋁(例如:鑄鋁)。
(3)按能否熱處理強化,鋁合金又分為非熱處理強化鋁和熱處理強化鋁。鋁沒有同素異構(gòu)體,純鋁、鋁錳合金、鋁鎂合金等不可能通過熱處理相變來進(jìn)步強度。但是,鋁銅和鋁鎂硅等合金可通過固溶時效析出強化相進(jìn)步強度,稱為可熱處理強化鋁。不能通過固溶時效析出強化相進(jìn)步強度的稱為不可熱處理強化鋁。
2. 牌號表示方法和狀態(tài)代號
(1)四位數(shù)字體系牌號命名方法 1997年1月1號,我國開始實施GB/T16474?996《變形鋁和鋁合號表示方法》標(biāo)準(zhǔn)。新的牌號表示方法采用變形鋁和鋁合金國際牌號注冊組織推薦的國際四位數(shù)字體系牌號命名方法,例如產(chǎn)業(yè)純鋁有1070、1060等,Al-Mn合金有3003等,Al-Mg合金有5052、5086等。
(2)四位字符體系牌號命名方法 1997年1月1號前,我國采用前蘇聯(lián)的牌號表示方法。一些老牌號的鋁及鋁合金化學(xué)成分與國際四位數(shù)字體系牌號不完全吻合,不能采用國際四位數(shù)字體系牌號代替,為保存國內(nèi)現(xiàn)有的非國際四位數(shù)字體系牌號,不得不采用四位字符體系牌號命名方法,以便逐步與國際接軌。例如:老牌號LF21的化學(xué)成分與國際四位數(shù)字體系牌號3003不完全吻合,于是,四位字符體系表示的牌號為3A21。
四位數(shù)字體系和四位字符體系牌號個數(shù)字表示鋁及鋁合金的種別,其含義如下:
1)1XXX系列棗產(chǎn)業(yè)純鋁;
2)2XXX系列棗Al-Cu、Al-Cu-Mn合金,;
3)3XXX系列棗Al-Mn合金;
4)4XXX系列棗Al-Si合金;
5)5XXX系列棗Al-Mg合金;
6)6XXX系列棗Al-Mg-Si合金;
7)7XXX系列棗Al-Mg-Si-Cu合金;
8)8XXX系列棗其它。
鋁鋁焊絲又稱鋁鋁藥芯焊絲,因此種焊絲可以把鋁材和鋁材焊接起來而得名。它不同于普通鋁焊絲要用氬弧焊機焊接,也不同于鋁硅焊絲4047需要配合釬劑才能焊接,而只需通過火焰或感應(yīng)直接可以釬焊焊接(因為自帶釬劑,所以不需要另加釬劑)。
此焊絲焊接出來的工件的抗拉抗剪強度(接頭牢固性不低于基材)、導(dǎo)電性能、耐腐蝕性能都較好,而且質(zhì)量穩(wěn)定,此焊絲的釬劑成分和性能見嵩峰機電。
與使用氬弧焊機用鋁焊絲焊接相比,用鋁鋁焊絲工人操作簡單、焊接設(shè)備簡單、焊接不會使基材的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化
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(hù)氣體的選擇?
焊接時所用的保護(hù)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(dá)到此要求,故在使用前不需再進(jìn)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(jìn)行了充分分析后,才能選擇出合適的合金填料。
5183(鋁焊條/鋁焊絲)特性如下:主要元素合金有:鎂、錳、鉻。不可以熱處理,熔化溫度為:579℃~638℃,抗腐蝕能力:A(Gen)A(Sc c ),,密度:2.66克/㎝3,陽極化處理后為白色。5183鋁焊條于1957年被發(fā)明,用于5083及類似的高強度的鋁合金材料的焊接,它的焊接強度要5356.
鋁和鋁合金管焊接特點和方法
鋁合金由于重量輕、強度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點而被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50 %以上。因此,鋁及鋁合金除廣泛的應(yīng)用于航空、航天和電工等領(lǐng)域外,同時還越來越多的應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)。濮陽中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金(主要有:5083、5183、5A02相當(dāng)于舊牌號中的LF2、LF4)。但是鋁及鋁合金在焊接過程中,易出現(xiàn)氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問題。此類材質(zhì)是被公認(rèn)為焊接難度較大的被焊接材料,特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此,解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過程中解決的問題。
2、鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點
2.1 易氧化 鋁和氧的親和力很強。在常溫下,鋁表面就能被氧化成厚度約0.1~0.2 m致密的AL2O3薄膜。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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點(600℃左右),比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中,會阻礙金屬之間的熔合,易形成夾渣,而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份,焊接時會促使焊縫生成氣孔。
2.2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容 鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍,因此,焊接鋁材管時,比鋼管焊接要消耗更多的熱量,為得到的焊接接頭,必需采用能量集中,功率大的熱源。
2.3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態(tài)時能大量吸收和溶解氫,在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g,而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g,前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大,在相同的焊接工藝條件下,其冷卻速度為鋼的4~7倍,使金屬結(jié)晶加快,焊接熔池在快速冷卻過程中,氫的溶解度急劇下降,此時析出大量過飽和氣體,氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此,在焊接鋁材時,焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。
2.4 易形成熱裂紋
鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率比鋼大約一倍,易產(chǎn)生較大的焊接變形和應(yīng)力,加上某些雜質(zhì)或合金元素的不利影響,在剛性較大的接頭中將導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。
2.5 燒穿和塌陷
鋁及鋁合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時.由于沒有明顯的顏色變化,所以,不易判斷熔池的溫度。焊接時,常因溫度過高不易被察覺而導(dǎo)致燒穿或嚴(yán)重塌陷。 3 焊前準(zhǔn)備
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