鋁合金的焊機論文

1、1 緒論12 鋁及鋁合金32.1 鋁合金的特性32.2 鋁及鋁合金的性能分析32.3 鋁及鋁合金的分類42.4 鋁合金的牌號的編制方法53 鋁及鋁合金的焊接83.1 鋁合金的焊接性特點83.2 鋁及鋁合金焊接方法的選擇93.3 鋁及鋁合金焊接材料的選擇103.4 焊前準備及焊后清理113.5 鋁及鋁合金焊接缺陷產生原因及防止措施124 鋁及鋁合金焊接工藝144.1 鎢極氬弧焊144.2 熔化極氬弧焊154.3 氣焊155 實例分析175.1 焊接材料分析175.2 焊接方法的選擇175.3 焊接設備的選擇185.4 焊接材料的選擇185.5 確定焊接工藝參數195.6 坡口的準備205.7 焊

2、前準備205.8 定位焊205.9 焊接操作205.10 焊后檢查216 結論22致謝23參考文獻24河南機電高等專科學校畢業(yè)論文1 緒論鋁是工業(yè)上應用最廣泛的重要有色金屬之一。鋁及鋁合金具有密度小、重量輕、熱容量大、熔化潛熱高、強度高及良好的耐蝕性、導電性、導熱性，以及在低溫下能保持良好的力學性能等優(yōu)點。鋁及鋁合金在航空航天、國防、汽車、電工、化工、交通運輸等行業(yè)中被廣泛應用，這也極大地推動了鋁合金焊接技術的發(fā)展，因此，提高鋁合金焊接的生產率和焊接質量，減少焊接缺陷存在的高效焊接方法已成為實際生產的迫切要求。鋁合金其主要成分是鋁，而鋁的密度較低，熔點低、熱傳導性能好、熱膨脹系數大，同時其具有

3、很強的化學活潑性，易氧化，且氧化物的熔點很高。在與其他組元形成合金后依然保持這些特性，因此鋁合金在焊接過程中存在著一系列的問題，如：氧化、裂紋、氣孔、接頭力學性能下降、熱影響區(qū)變寬等。為了提高鋁合金焊接接頭的質量，近年來涌現出了許多新的鋁合金焊接方法，如：鴇極氮弧焊（TIG）、激光焊（LBW）、電子束焊（EBW）、攪拌摩擦焊（FSW）等。1 .鴇極氮弧焊（TIG）鴇極氮弧焊是目前廣泛采用的焊接鋁合金的方法。它是一種以鴇棒為一個電極，以焊件為另一個電極，用惰性氣體保護兩電極之間的電弧、熔池及母材熱影響區(qū)而實現電弧焊接作業(yè)的一種方法，根據電流性質分為直流量弧焊和交流量弧焊。具優(yōu)點是焊縫成型良好、鴇

4、極電弧穩(wěn)定、設備簡單、價格便宜等。但存在如單道熔深較淺、生產效率低；氮氣和氮氣價格較高，不利于降低生產成本等一些問題。2 .電子束焊接（EBW）電子束焊接是指在真空環(huán)境中，使用會聚的高速電子流轟擊焊件連接部位，使需焊接部位產生熱能，從而使被焊金屬融合的一種焊接方法。其突出特點是功率密度高、穿透力強、精確、快速、可控、保護效果好。對于鋁合金使用電子束焊接方法，可大大減小熱影響區(qū)，提高焊接接頭強度，避免熱裂紋等缺陷的產生。3 .激光焊接（LBW）鋁及鋁合金激光焊接技術（LaserWelding）是近年來發(fā)展起來的一項新技術。它是以高能量密度的激光作為加熱熱源，對金屬需焊接部位進行加熱使其熔化形成焊

5、接接頭。其優(yōu)點是：能量密度高，熱輸入量小，焊接變形小，能得到窄的熔化區(qū)和熱影響區(qū)以及熔深大的焊縫；冷卻速度快，焊縫組織微細，故焊接接頭性能良好；焊接速度快、功能多、適應性強、可靠性高，且不需要真空裝置。雖然用激光焊接鋁合金具有很多優(yōu)點，但是由于這種工藝還不成熟，焊接時存在著一些問題：鋁合金對激光能的吸收很低；合金元素燒損嚴重；易產生氣孔；熱裂紋敏感性大?？梢詮脑龃蠹す夤β拭芏群吞岣咪X合金對激光能的吸收率這兩個方面采取措施解決這些問題。4 .攪拌摩擦焊（FSW）攪拌摩擦焊技術（FSW）是自激光焊接技術以后的又一項革命性的連接技術。與傳統(tǒng)的熔焊相比，攪拌摩擦焊擁有無需填絲、無弧光、無飛濺、無需焊前

6、熱處理、無需氣體保護等優(yōu)點，因而應用前景廣泛。迄今為止，攪拌摩擦焊可以實現所有牌號的鋁合金焊接，甚至以前所謂的不可焊鋁合金材料都能焊接，如應用于航空、航天領域的2000系列（A1-Cu）、5000系列（A1-Mg）、6000系列（A1-Mg-Si）、7000系列（A1-Zn）、8000系列（A1-Li）高強鋁合金，也可以利用這種先進的焊接方法得到高質量的連接。因此攪拌摩擦焊有著廣泛的工業(yè)應用前景。攪拌摩擦焊已經在鋁合金上實現了規(guī)?；I(yè)應用，國內外許多學者針對不同鋁合金進行了一系列的攪拌摩擦焊工藝研究、接頭微觀組織、接頭耐蝕性能及力學性能研究。采用攪拌摩擦焊方法焊接鋁合金，焊核區(qū)的組織與母材相

7、比，品粒得到了細化，接頭強度可達到母材的78%,抗彎強度達到母材的76%,顯示出了良好的機械性能。作為革命性的綠色焊接技術，攪拌摩擦焊技術的出現對鋁合金連接技術的發(fā)展產生了巨大的沖擊和推動。該技術可以取代傳統(tǒng)的電阻電焊和怫焊，在國際上已經成功應用于航空航天、船舶、高速列車制造等領域。隨著焊接設備和攪拌頭的發(fā)展，可應用FSW連接的材料會更加廣泛，同時可優(yōu)化接頭性能，降低生產成本，而且可以很容易地實現自動化生產。242 鋁及鋁合金2.1 鋁合金的特性鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可

8、以采用熱處理獲得良好的機械性能，物理性能和抗腐蝕性能。硬鋁合金屬Al-Cu-Mg系，一般含有少量的Mn?？蔁崽幚韽娀?，其特點是：硬度大，但塑性較差。超硬鋁屬Al-Cu-Mg-Zn系，可熱處理強化，是室溫下強度最高的鋁合金，但耐蝕性差，高溫軟化快。鍛鋁合金主要是Al-Zn-Mn-Si系合金，雖然加入元素種類多，但是含量少，因而具有優(yōu)良的熱塑性，適宜鍛造，故又稱鍛造鋁合金。2.2 鋁及鋁合金的性能分析1 .鋁在空氣和氧化性水溶液介質中，其表面較易產生致密的氧化鋁鈍化膜，它在一些氧化性介質中具有良好的耐蝕性。在高溫濃硝酸中，純鋁的耐蝕性優(yōu)于不銹鋼。鋁材常作為耐蝕容器材料。對一些腐蝕性不太強，但要求防

9、鐵污染的介質，如化纖生產等，鋁有較好的耐蝕性，而且沒有鐵污染物料，因此，鋁材常作為防鐵污染的容器材料。其他有色金屬容器也能防鐵污染，但鋁材的經濟性較好。2 .鋁是面心立方品格，沒有同素異構體，低溫下不存在像鐵素體鋼那樣的脆性轉變，鋁容器的最低設計溫度可達-269Co鋁材常作為制作低溫容器的材料。鋁鎂合金中的鎂含量較高時，會以金屬間化合物Mg2A13和Mg5A18在晶間析出，使鋁鎂合金在某些介質中產生應力腐蝕敏感性，只有在65c以下使用才不會產生應力腐蝕，因此含鎂量超過了3%的鋁鎂合金，規(guī)定其設計溫度不超過65Co析出相過多也會降低沖擊韌性，因此含鎂量超過3%的鋁鎂合金及其焊接接頭應檢驗沖擊韌性

10、。其他鋁和鋁容器，包括低溫鋁容器均不要求進行沖擊韌性檢驗。3 .由于鋁鎂硅合金固溶時效狀態(tài)強度高，塑性也較好，焊接性好，焊接接頭在焊后狀態(tài)仍能保持較高的強度，因而常用作容器用高強度鋁合金。鋁，特別是純鋁的規(guī)定非比例伸長應力很低，在小的載荷下即會產生塑性變形。鋁容器在使用與運輸時，應注意防止碰撞劇烈振動發(fā)生塑性變形。4 .為了得到好的塑性，純鋁、鋁鈕合金和鋁鎂合金的變形鋁材都只在退火狀態(tài)或熱作狀態(tài)使用，不采用冷作狀態(tài)。熱作狀態(tài)鋁的焊接接頭，焊接熱對熱影響區(qū)有退火作用，因而其許用應力也只取退火狀態(tài)鋁材的許用應力。只有鋁鎂硅合金和鋁銅合金的鋁材才采用固溶時效狀態(tài)，以保證其高強度。2.壓力容器設計規(guī)范

11、中規(guī)定制造容器的材料要具有良好的成形性能和焊接性，JB/T4734-2002鋁制焊接容器中采用的鋁及鋁合金有：工業(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。由于該儲罐是在常溫常壓下工作，不受動載荷作用，即歸屬于固定式壓力容器，故對其強度要求并不高。又因為它是用來裝濃硝酸的，具耐腐蝕性要求很高。從強度方面考慮，工業(yè)純鋁的幾個牌號均可滿足使用（1A85、1050A、1060和1200）,但1060的耐腐蝕

12、性是優(yōu)于其它幾個牌號的。同時它的焊接性也很好，是儲罐類產品的常用材料，故本產品全部零部件均采用1060（L2）工業(yè)純鋁。2.3 鋁及鋁合金的分類鋁及鋁合金的分類方法，可以按實際使用的不同需要，有多種分類方法。2.3.1 按材料的基本加工方法分可以分為鑄造鋁合金”和變形鋁合金”二大類。這是最常見的，也是最基本的分類方法。2.3.2 按材料的性能特性分在實際使用中，加工及使用人員往往關心的不是材料的合金體系（組別），而是材料的用途和基本特性。變形鋁合金按用途可劃分為：純鋁、防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、特殊鋁，這就是過去鋁和鋁合金的牌號表示方法所采用的分類方法；變形鋁合金還可以按材料的熱處理特性分為：非熱

13、處理強化鋁合金和可熱處理強化鋁合金。鋁沒有同素異構體，純鋁、鋁鈕合金、鋁鎂合金等不可能通過熱處理相變來提高強度。但是，鋁銅和鋁鎂硅等合金可通過固溶時效析出強化相提高強度，稱為可熱處理強化鋁合金。不能通過固溶時效析出強化相提高強度的稱為不可熱處理強化鋁合金。2.3.3 按材料的合金系（組別）劃分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.這是材料學科上常用的分類方法，也是新的鋁和鋁合金標準所采用的分類方法。現行的鋁和鋁合金的牌號的表示方法就是根據材料的合金體系來劃分的（見表2-1、表2-2）。它也是國際上通行的分類方法。要注意鑄造鋁合金和變形鋁合金的合

14、金系分類是不一樣，表2-1是鑄造鋁及鋁合金，表2-2是變形鋁及鋁合金。在表2-1、表2-2中把按材料的合金體系（組別）分類的材料牌號、材料代號放在同一個表格中，以便于對照、比較。2.3.4 其它分類方法除了上面三種基本分類方法外，還有一些其它的分類方法，例如：按材料的品種分，按材料的狀態(tài)分？可以用在一些特定的場合。表2-1鋁及鋁合金的牌號類別合金系（組別）新牌號合金代號備注鑄造鋁及鋁合金純鋁ZAIXXXZLXXX詳見GB/T8063-1994,鑄造鋁合金代號相當于過去的老牌號Al-SiZAISiZL1XXAl-CuZAICuZL2XXAl-MgZAIMgZL3XXAl-ZnZAIZnZL4XX

15、注：摘自GBXT80631994標準表2-2鋁及鋁合金的牌號類別合金系（組別）新牌號舊牌號備注變形鋁及鋁合金純鋁1AXXLX（工業(yè)純鋁）詳見GB/T16474-1996,變形鋁合金沒有合金代號。AL-Cu2AXX;2BXXLYXX（硬鋁）LDXX（鍛鋁）AL-Mn3XXX;3XXLFXX（防銹鋁）AL-Si4AXX;40XXLTXX（特殊鋁）AL-Mg5AXXLFXX（防銹鋁）AL-Mg-Si6AXX;6BXXLDXX（鍛鋁）AL-Zn（Mg-Cu）7AXXLCXX超硬鋁）其他8AXX-備用9AXX-注：摘自GBXT16474-1996標準2.4 鋁合金的牌號的編制方法鋁合金按化學成分和制造工

16、藝可以分為鑄造鋁合金”和變形鋁合金”二大類。鑄造鋁合金和變形鋁合金分別有著各自獨立的材料牌號表示方法標準，比較系統(tǒng)、完整。2.4.1 鑄造鋁合金的牌號鑄造鋁合金按自己獨立的牌號表示方法標準，即GB/T80631994鑄造有色金屬及其合金牌號表示方法，進行牌號命名，它突破了GB/T3401976規(guī)定的框框，是和國際標準相接軌的國家標準。1 .鑄造鋁合金的牌號表示方法根據GB/T80631994的規(guī)定，鑄造鋁合金的牌號是用字母“z和元素符號“AI”的組合2人1當頭（見表2-1）,“ZAI示漢字鑄鋁”。純鋁是在ZAI后面跟表示材料鋁含量的三位數字（即純度）；鋁合金是在ZAI后面再跟主要合金元素符號加

17、代表該元素百分含量的數字（園整后的平均值），來組成材料牌號。這種牌號表示方法和合金鋼的牌號表示方法有點相象。牌號末尾如果帶字母“A”，是表示優(yōu)質、改型合金。鑄造鋁及鋁合金共有五個材料組別，它們分別是：純鋁、AISi、AICu、AIMg、AIZn系，其牌號的一般式如表2-1所示。2 .鑄造鋁合金的代號從表2中可以看到，鑄造鋁合金的牌號一般比較長，存在不便于使用和記憶的缺點。而老的鑄鋁牌號便于使用和記憶，但又不和國際標準接軌。因此，在新GB/T11731995中，把老的牌號統(tǒng)一改稱為合金代號”，使用在一些非正式的場合下，還是很方便的。鑄造鋁合金的代號是用字母“ZL”加三位數字組成。其中字母“zL表

18、示漢字鑄鋁”；三位數字中的第一位數字代表合金的合金系，第二、三位是順序號，末尾帶字“A時也是表示優(yōu)質合金。3 .壓鑄鋁合金的牌號和代號壓鑄鋁合金的牌號是用字母YZ當頭，YZ表示漢字壓鑄”。其后面跟合金牌號，即GB/T80631994所規(guī)定的鑄造鋁合金牌號，它由AI和主要化學元素符號加代表該元素的百分含量（園整后的平均值）組成。壓鑄鋁合金的代號是用字母“YL”當頭,后面加三位數字組成。“YL”表示漢字壓鋁”，后面的三位數字和鑄造鋁合金代號中的三位數字一樣。2.4.2變形鋁合金的牌號和鑄造鋁合金一樣，變形鋁合金有自己獨立的牌號表示方法標準，即GB/T164741996變形鋁合金牌號表示方法，這也是

19、和國際標準相接軌的國家標準。國際標準采用的是四位數字體系牌號（沒有字母、符號），而我國現在采用的是四位字符體系牌號，二者之間略有差別。1 .變形鋁合金牌號表示方法變形鋁合金采用的是四位字符體系牌號，其牌號的一般格式為：XAXX。四位字符體系牌號中的第一、三、四位為數字，第二位為英文大寫字母（見表2-2）,它們的含義分別是：第一位數字代表材料的合金系（合金的組別）；第二位大寫字母表示是原始材料（字母用A）,或改型材料（字母用BY）,注意，第二位大寫字母A不是代表鋁”；第三、四位數字是材料的標識（對純鋁是材料的純度），為了便于使用，在新牌號命名時，一般都把第三、四位數字和原來舊的鋁合金牌號的數字盡

20、量一致，或保持一定的繼承關系。如5A06對應于舊牌號LF6,2A12對應于舊牌號LY12。變形鋁及鋁合金共有九個材料組別，它們分別是：純鋁、AL-Cu、AL-Mn、AL-Si、AL-Mg、AL-Mg-Si、AL-Zn系、其它、備用組別，其牌號分別用數字19當頭，材料牌號的一般式見表2-2所示。2 .使用新的變形鋁合金牌號標準時要注意的幾個問題（1）新的變形鋁合金牌號表示方法中，只有材料的牌號，沒有其它標準中有的：材料代號”、材料名稱”等。但是，它有材料的狀態(tài)代號”。我們不要把變形鋁合金的老牌號當成材料的汰號”只有鑄鋁材料是把材料的老牌號規(guī)定為材料的代號”）.（2）新的變形鋁合金牌號表示方法是采

21、用的按材料合金體系來分類的，而老的變形鋁合金牌號表示方法是按材料的基本特性來分類的，它和材料的合金系（組別）之間有一定的關系，二者在大的類別上的關系是：防鋁銹（LFXX）:包括現在的AL-Mn、AL-Mg二個系列的合金；硬鋁（LYXX）:包括現在的AL-Cu系列合金的一部分；鍛鋁（LDXX）:包括現在的AL-Mg-Si系列合金和AL-Cu系列合金的一部分；超硬鋁（LCXX）:包括現在的AL-Zn（Mg-Cu）系列合金。3鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金的焊接要比低碳鋼困難，其焊接特點與鋼也不同，這主要與其本的物理和化學性能有關（表3-1）。具體表現在以下幾方面：表3-1鋁合金的物理性能鋁合金牌號密度

22、/g.cm-3比熱容(100C)/J.kg-1.C-1導率(25C)/W.m-1.C-1線膨脹系數(20100C)X10-6/C-1電阻率M0-6/Q.cm新舊3A21LF212.731009180.023.23.455A03LF32.67880146.523.54.962A12LY122.78921117.222.75.792A16LY162.84880138.222.66.106A02LD22.70795175.823.53.707A04LC42.85159.123.14.203.1鋁合金的焊接性特點1 .鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁（A12O3）熔點高、非常穩(wěn)定，不易去除。阻

23、礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、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，易使焊縫產生氣孔。焊接前應采用化學或機械方法進行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程加強保護，防止其氧化。鴇極量弧焊時，選用交流電源，通過陰極清理”作用，去除氧化膜。氣焊時，采用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時，可加大焊接熱量，例如，氮弧熱量大，利用氮氣或氮氮混合氣體保護，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 .鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導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

24、傳導到基體金屬內部，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顯著，為了獲得高質量的焊接接頭，應當盡量采用能量集中、功率大的能源，有時也可采用預熱等工藝措施。3 .鋁及鋁合金的線膨脹系數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，焊件的變形和應力較大，因此，需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時容易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產中可采用調整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產生。在耐蝕性允許的情況下，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，

25、隨著硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，流動性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產經驗，當含硅5%6%時可不產生熱裂，因而采用SAlSi（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、液轉態(tài)時，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時判斷難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，容易焊穿。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帧⒑附硬牧霞澳覆谋砻嫜趸の降乃?，都是焊縫中氫氣的重要來源。因此，對氫的來源要嚴格控制，以防止氣孔的形成。6 .合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能

26、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 .鋁為面心立方品格，沒有同素異構體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫品粒易粗大，不能通過相變來細化晶粒。3.2 鋁及鋁合金焊接方法的選擇鋁及鋁合金的導熱性強，比熱容和線膨脹系數大，所以在焊接時消耗的熱功率大，并需要采用熱量集中的熱源。否則，將會造成未焊透或者因加熱不集中而變形嚴重。目前，鋁及鋁合金焊接應用最多的方法是氮弧焊及電阻焊，其次還有釬焊。1 .氣焊氣焊是一種較古老的焊接方法，雖然它有火焰能量低、熱量分散、焊接效率低等缺點，但它設備簡單、經濟方便，特別適用于一些薄件的焊接。所以目前在小批生產及維修焊接中

27、應用仍較為廣泛。氣焊一般用于薄板的焊接。因其焊接接頭晶粒粗大，容易產生夾渣、裂紋等缺陷，故只能用于焊接質量要求不太高的焊接結構件。2 .焊條電弧焊焊條電弧焊熱量比較集中，焊接速度較快，但用于鋁及鋁合金焊接時飛濺嚴重，電弧不穩(wěn)定，焊接質量也很差。因此在實際生產中應用較少，僅用于板厚大于4mm且要求不高的工件焊補及修復中。3 .鴇極氮弧焊(TIG)焊接鋁及鋁合金時，從陰極清理作用和鴇極許用電流方面考慮，一般采用交流鴇極氮弧焊。由于是在氮氣的良好保護下施焊，熔池可免受氧、氫等有害氣體的影響。氮弧焊電弧穩(wěn)定、熱量集中、其焊縫組織致密、成形美觀、強度和塑性高，并且工件變形小。但是，因受到鴇極許用電流的限

28、制，電弧的熔透力較小，故一般多用于板厚在6mm以下薄板件的焊接。4 .熔化極氮弧焊(MIG)熔化極量弧焊電弧功率大，熱量集中、熱影響區(qū)小、生產效率可比鴇極量弧焊提高三倍以上，因此適用于厚板結構的焊接。它可焊接50mm以下的鋁及鋁合金板材，焊接30mm厚的鋁板可不預熱。半自動熔化極量弧焊，主要適用于定位焊、斷續(xù)小焊縫及結構形狀不規(guī)則工件的焊接。5 .電阻點焊、縫焊可用來焊接厚度在4頒以下的鋁合金薄板。對于質量要求較高的產品可采用直流沖擊波點焊、縫焊機焊接。焊接時需要用較復雜的設備，焊接電流大、生產率較高，特別適用于大批量生產的零、部件。6 .攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是一種可用于各種合金板焊接的固態(tài)連

29、接技術。與傳統(tǒng)熔焊方法相比，攪拌摩擦焊無飛濺、無煙塵，不需要添加焊絲和保護氣體，接頭無氣孔、裂紋。與普通摩擦相比，它不受軸類零件的限。3.3 鋁及鋁合金焊接材料的選擇鋁及鋁合金的焊接材料，主要指填充焊絲、氣焊熔劑及焊條。1 .填充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)鋁合金焊絲的化學成分一般與母材相應或相近；(3)鋁合金焊絲中的耐蝕

30、元素(鎂、鈕、硅等)的含量一般不低于母材；(4)異種鋁材焊接時應按耐蝕較高、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SAlSi1等（注意強度可能低于母材）。2 .氣焊熔劑氣焊時，要使用氣焊熔劑以去除焊接時的氧化膜及其它雜質，改善熔池金屬的流動性。氣焊焊劑一般是由含有鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物組成，如KCl、BaCl、LiCl等。這些鹽與氧化鋁反應可生成易于揮發(fā)的A1C13或A1F3。生成物A1C13的沸點只有180C,在高溫下很容易揮發(fā)，同時生成的Li2O對氧化鋁還有物理溶解作用。氣焊熔劑一般有含鋰和不含

31、鋰兩類。含鋰的熔劑熔點較低，所形成的熔渣熔點、粘度都較低，焊后清理容易；其缺點主要是鋰鹽價格昂貴，吸潮性也較強。不含鋰的氣焊熔劑價格便宜，但熔點較高，渣粘度較大，所以容易使焊縫形成夾渣缺陷，適用于在較高溫度下焊接時使用。焊鋁常用的氣焊熔劑牌號為氣焊401”。3 .焊條鋁及鋁合金焊接用焊條，具藥皮組成與氣焊熔劑相似，一般由氯化物和氟化物組成。藥皮在焊接中除造渣保護熔池外，更主要的是在焊接時與熔池表面的氧化膜起物理、化學作用，以便清除。鋁焊條藥皮極易吸潮，應妥善保存。使用前，應在150c左右溫度下焙烘1小時左右。施焊時一般要采用直流電源，并用反接法。鋁氣焊熔劑及電焊條藥皮對鋁及鋁合金接頭有腐蝕作用

32、，焊后必須認真清理。3.4 焊前準備及焊后清理1 .焊前準備（1）焊前清理鋁及鋁合金表面覆蓋的氧化膜，不僅妨礙與液體金屬的熔合，還含有一定的結晶水（如AL2O3H2O,AL2032H2O等），是形成氣孔的原因之一。另外，在基本金屬與焊絲的表面，有時還會粘附油類和其他污物，這些都應予以清除。清除質量直接影響焊接工藝與接頭質量，如焊縫氣孔產生的傾向和力學性能等。常采用化學清洗和機械清理兩種方法。1）化學清洗化學清洗效率高，質量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產的工件?？捎媒捶ê筒料捶▋煞N。可用丙酮、汽油、煤油等有機溶劑表面去油，用40c70c的5%10%NaOH溶液堿洗3min7min（純

33、鋁時間稍長但不超過20min）,流動清水沖洗，接著用室溫至60c的30%HNO3溶液酸洗1min3min,流動消水沖洗，風干或低溫干燥。2）機械清理在工件尺寸較大、生產周期較長、多層焊或化學清洗后又沾污時，常采用機械清理。先用丙酮、汽油等有機溶劑擦試表面以除油，隨后直接用直徑為0.15mm0.2mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金屬光澤為止。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時進入熔池產生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、錘刀等清理待焊表面。工件和焊絲經過清洗和清理后，在存放過程中會重新產生氧化膜，特別是在潮濕環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長得更快。因此，工

34、件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時間應盡量縮短，在氣候潮濕的情況下，一般應在清理后4h內施焊。清理后如存放時間過長（如超過24h）應當重新處理。（2）焊前預熱薄、小鋁件一般不用預熱，厚度10mm15mm時可進行焊前預熱，根據不同類型的鋁合金預熱溫度可為100c200C,可用氧一乙快焰、電爐或噴燈等加熱。預熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。2 .焊后清理焊后留在焊縫及附近的殘存焊劑和焊渣等會破壞鋁表面的鈍化膜，有時還會腐蝕鋁件，應清理干凈。形狀簡單、要求一般的工件可以用熱水沖刷或蒸氣吹刷等簡單方法清理。要求高而形狀復雜的鋁件，在熱水中用硬毛刷刷洗后，再在60c80c左右、濃度為2%3%的銘酊

35、水溶液或重銘酸鉀溶液中浸洗5min八10min,并用硬毛刷洗刷，然后在熱水中沖刷洗滌，用烘箱烘干，或用熱空氣吹干，也可自然干燥。3.5鋁及鋁合金焊接缺陷產生原因及防止措施1 .氣孔產生原因：氮氣純度低或氧氣管路內有水分、漏氣等；焊絲或母材坡口附近焊前未清理干凈或清理后又被污物、水分等沾污；焊接電流和焊速過大或過小；熔池保護欠佳，電弧不穩(wěn)，電弧過長，鴇極伸出過長等。防止措施：保證氧氣的管路無水分，無漏氣現象，選擇認真清理焊絲、焊件，清理后及時焊接，并防止再次污染。更新送氣管路，選擇合適的氣體流量，調整好鴇極伸出長度；正確選擇焊接工藝參數。必要時，可以采取預熱工藝，焊接現場裝擋風裝置，防止現場有風

36、流動。2 .裂紋產生原因：焊絲合金成分選擇不當；當焊縫中的鎂含量小于3%,或鐵、硅雜質含量超出規(guī)定時，裂紋傾向增大；焊絲的熔化溫度偏高時，會引起熱影響區(qū)液化裂紋；結構設計不合理，焊縫過于集中或受熱區(qū)溫度過高，造成接頭拘束應力過大；高濁停留時間長，組織過熱；弧坑沒填滿，出現弧坑裂紋等。防止措施：所選焊絲的成分與母材要匹配；加入引弧板或采用電流衰減裝置填滿弧坑；正確設計焊接結構，合理布置焊縫，使焊縫盡量避開應力集中處，選擇合適的焊接順序；減小焊接電流或適當增加焊接速度。3 .未焊透產生原因：焊接速度過快，弧長過大，焊件間隙、坡口角度、焊接電流均過小，鈍邊過大；工件坡口邊緣的毛刺、底邊的污垢焊前沒有

37、除凈；焊炬與焊絲傾角不正確。防止措施：正確選擇間隙、鈍邊、坡口角度和焊接工藝參數；加強氧化膜、熔劑、熔渣和油污的清理；提高操作技能等。4 .焊縫夾鴇產生原因：接觸引弧所致；鴇極末端形狀與焊接電流選擇得不合理，使尖端脫落；填絲觸及到熱鴇極尖端和錯用了氧化性氣體。防止措施：采用高頻高壓脈沖引?。桓鶕x用的電流，采用合理的鴇極尖端形狀；減小焊接電流，增加鴇極直徑，縮短鴇極伸出長度；更新惰性氣體；提高操作技能，勿使填絲與鴇極接觸等。5 .咬邊產生原因：焊接電流太大，電弧電壓太高，焊炬擺幅不均勻，填絲太少，焊接速度太快。防止措施：減小焊接電流與電弧電壓，保持焊炬擺幅均勻，適當增加送絲速度或降低焊接速度。

38、4鋁及鋁合金焊接工藝幾乎各種焊接方法都可以用于焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同，各種焊接方法有其各自的應用場合。氣焊和焊條電弧焊方法，設備簡單、操作方便。氣焊可用于對焊接質量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊。焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊（TIG或MIG）方法是應用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鴇極交流量弧焊或鴇極脈沖氮弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鴇極氮弧焊、氮氮混合鴇極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越來越廣泛（氧氣或/氮混合氣）。4.1 鴇極氮弧焊鴇極氮弧焊也稱為鴇極惰性氣體

39、保護電弧焊，是利用鴇極與工件之間形成電弧產生的大量熱量熔化待焊處，外加填充焊絲獲得牢固的焊接接頭。焊接時氧氣從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成保護層隔絕空氣，防止鴇極、熔池及鄰近熱影響區(qū)和周圍空氣反應，從而獲得優(yōu)質的焊縫。鴇極氮弧焊焊接鋁及鋁合金時，從陰極清理作用和鴇極許用電流方面考慮，一般采用交流鴇極量弧焊。由于是在氮氣的良好保護下施焊，熔池可免受氧、氫等有害氣體的影響。烏極量弧焊方法電弧穩(wěn)定、熱量集中、其焊縫組織致密、成形美觀、強度和塑性高，并且工件變形小，且不存在焊后殘留溶劑腐蝕問題，適用于0.520mm厚的板、管焊接及鑄件補焊。鋁及鋁合金焊接一般采用交流電源，以利于陰極清理”作用來

40、減小氧化膜的危害。當焊件厚度大于5mm、體積大的鑄件焊補，或者焊接工作環(huán)境溫度低于10C時，焊前應整體或局部（用氧乙快焰或電?。╊A熱，預熱溫度一般為150250C。表4-1鋁和鋁合金手工鴇極僦弧焊工藝參數板厚/mm坡口形式焊絲直徑/mm鴇極直徑/mm噴嘴直徑/mm焊接電流/A瀛氣流量/L-min-1焊接層數（正/反）形狀間隙/mm鈍邊/mm1I0.52一1.52.01.55750804611.5I0.522.01.557701004612I0.522.03.0267901204613I0.523.037c-1212015061014I0.523.04.037c-121201506101/15V

41、1-324.03412141201509121-2/16V1-324.0412141802409122/18V2-424.05.0451214220c-30091223/110V2-424.05.0451214260c-320121534/1212V2-424.05.0561416280c-340121534/1216V2-425.061620340c-380162045/1220V2-425.061620340c-380162056/12自動鴇極氮弧焊主要用于焊接厚度為112mm規(guī)則的環(huán)縫和縱縫。它所選用的焊接工藝參數如焊接電流、噴嘴直徑、氮氣流量等都比手工鴇極氮弧焊高4.2 熔化極氮弧焊熔

42、化極量弧焊采用射流過渡時，電弧挺度好，便于全位置焊接且熔深大，焊接的厚度范圍廣。熔化極氮弧焊一般用于板厚大于6mm工件的焊接，此時大多采用純量或氮氮混合氣體保護。應用直流反接噴射過渡的方法時，焊接電流必須大于臨界電流。噴射過渡熔化極量弧焊電弧熱量集中，焊接熔深大，故焊接中厚鋁板時可不進行預熱；但是當板厚大于25mm或環(huán)境溫度低于-10C,則應預熱100C,以保證開始焊接時能焊透。熔化極量弧焊電弧功率大，熱量集中、熱影響區(qū)小、生產效率可比鴇極量弧焊提高三倍以上，因此適用于厚板結構的焊接。它可焊接50mm以下的鋁及鋁合金板材，焊接30mm厚的鋁板可不預熱。半自動熔化極量弧焊，主要適用于定位焊、斷續(xù)

43、小焊縫及結構形狀不規(guī)則工件的焊接。對于12mm厚的鋁合金薄板，宜采用細焊絲、小電流、短路過渡焊接或者熔化極脈沖氮弧焊焊接。4.3氣焊氣焊鋁及鋁合金常用純鋁或鋁硅合金作填充金屬。焊接時最好采用對接接頭；若用搭接、角接及T形接頭，焊后殘留在縫隙中的焊劑及焊渣難以清理，應盡量不米用。氣焊時采用中性焰或弱還原焰。為了防止金屬過熱及接頭晶粒粗大，氣焊操作一般采用向焊”法，同時應注意焊接層數不宜過多。當板厚大于5mm時，焊接時需進行預熱，預熱溫度在100300C。為提高接頭的耐蝕性，氣焊前和焊接后應對焊接區(qū)進行嚴格清理。5實例分析鋁鎂合金又稱為防銹鋁合金，是一種在鋁合金中加入鎂元素的合金，在鋁合金編號中獲

44、編5xxx的號碼序列。鎂鋁合金的優(yōu)點，在于它有跟鋼一樣的強度和硬度，但重量卻比鋼輕得多，因此鋁鎂合金是目前鋁合金焊接結構中應用最廣泛的材料。下面以板厚為6mm的鋁鎂合金5A05板板對接剛性固定為例，介紹鋁鎂合金焊接工藝設計。5.1 焊接材料分析5A05是以金屬鎂為主要合金元素的非熱處理強化防銹鋁合金，具有較高的強度和腐蝕穩(wěn)定性，其焊接性良好，但當鎂的含量超過7%時，合金的塑性降低，焊接性能變差。若在鋁鎂合金中加入0.15%0.8%的鈕，則有利于改善合金的耐蝕性，并提高合金的強度。若在鋁鎂合金中分別加入0.1%左右的鈦或銳，則可促使其合金獲得細品組織。鐵、銅、鋅等元素均能使鋁合金的耐蝕性及工藝性

45、變壞，所以應該限制其含量。5.2 焊接方法的選擇幾乎各種焊接方法都可以用于焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同，各種焊接方法有其各自的應用場合。氣焊和焊條電弧焊方法，設備簡單、操作方便。氣焊可用于對焊接質量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊。焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊（TIG或MIG）方法是應用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鴇極交流量弧焊或鴇極脈沖氮弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鴇極氮弧焊、氮氮混合鴇極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越來越廣泛（氧氣或/氮混合氣）。鴇極氮弧焊是一種非

46、熔化極氮弧焊，這種方法是在氮氣保護下施焊，熱量比較集中，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫金屬致密，接頭的強度和塑性較高，且不存在焊后殘留溶劑腐蝕問題，可獲得滿意的優(yōu)質接頭。故采用鴇極氮弧焊。5.2.1 鴇極氮弧焊原理鴇極氮弧焊也稱為鴇極惰性氣體保護電弧焊，是利用鴇極與工件之間形成電弧產生的大量熱量熔化待焊處，外加填充焊絲獲得牢固的焊接接頭。焊接時氧氣從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成保護層隔絕空氣，防止其對鴇極、熔池及鄰近熱影響區(qū)和周圍空氣反應，從而獲得優(yōu)質的焊縫。氮弧焊焊鋁是利用其陰極霧化”的特點，自行去除氧化膜。5.2.2 鴇極氮弧焊特點1 .氧氣具有極好的保護作用，能有效的隔絕周圍空氣；它本身既不

47、與金屬起化學反應，也不溶于金屬，使得焊接過程中的冶金反應簡單易控制，因此為獲得較高質量的焊縫提供良好條件。2 .鴇極電弧非常穩(wěn)定，即使在很小電流情況下（10A）仍可穩(wěn)定燃燒，特別適用于薄板材料焊接。3 .熱源和填充焊絲可分別控制，因而熱輸入容易調整所以這種焊接方法可進行全方位焊接，也是實現單面焊雙面成型的理想方法。4 .由于填充焊絲不通過電流，故不產生飛濺，焊縫成型美觀。5 .交流量弧焊在焊接過程中能夠自動消除焊件表面的氧化膜作用，因此，可成功地焊接一些化學活潑性強的有色金屬，如鋁、鎂及合金。5.2.3 對鴇極量弧焊的要求1 .對氣體的控制要求：要求氣體先來后走，氮氣是較易被擊穿的惰性氣體，先

48、在工件與電極針間充滿氮氣，有利于起?。缓附油瓿珊?，保持送氣，有助于防止工件迅速冷卻防止氧化，保證了良好的焊接效果。2 .電流的手開關控制要求：要求按下手開關時，電流較氣延遲，手開關斷開（焊接結束后），根據要求延時供氣電流先斷。3 .高壓的產生與控制要求：量弧焊機采用高壓起弧的方式，則要求起弧時有高壓，起弧后高壓消失。4 .干擾的防護要求：氮弧焊的起弧高壓中伴有高頻，其對整機電路產生嚴重的干擾，要求電路有很好的防干擾能力。5.3 焊接設備的選擇鴇極氮弧焊交流電流弧焊機。如NSA-400型交流量弧焊機或NSAl3001（2）交直流兩用氮弧焊機。5.4 焊接材料的選擇在鋁合金焊接中，焊縫金屬的成分和

49、組織決定著焊縫的強度、塑性、抗裂性、耐蝕性等。因此，合理選擇焊接材料是十分重要的，通常采用與母材匹配的焊接材料。通過分析選用Mg含量等于5%的HS331焊絲。鋁鎂合金焊接時，為了補充焊縫中的鎂量燒損，最常用的是含鎂量等于5%的SAlMg5焊絲。這種焊絲也可用于AlMg-Si系合金的焊接。由于鋁鎂合金焊接時焊縫中Si與Mg形成Mg2Si脆性相，降低塑性和耐蝕性，所以焊接鋁鎂合金不能采用AlSi系焊絲。5.5 確定焊接工藝參數為了獲得優(yōu)良的焊縫成形及焊接質量，應根據焊件的板厚、焊縫位置、焊接方法等，合理地選定焊接工藝參數。鋁合金自動鴇極量弧焊（TIG焊）的主要工藝參數有電流種類、極性和電流大小、保

50、護氣體流量、鴇極伸出長度、噴嘴至工件的距、電弧電壓（弧長）、焊接速度及送絲速度等。鋁合金TIG焊工藝參數的選用要點如下：1 .噴嘴孔徑與保護氣體流量鋁合金TIG的噴嘴孔徑為522nlm；保護氣體流量一般為515L/min。2 .鴇極伸出長度及噴嘴至工件的距離鴇極伸出長度：對接焊縫時一般為56nim,角焊縫時一般為78nlm。噴嘴至工件的距離一般取10mm左右為宜。3 .焊接電流與焊接電壓手工TIG焊時，采用交流電源，焊接厚度小于6mm鋁合金時，最大焊接電流可根據電極直徑d按公式I=（6065）d確定。電弧電壓主要由弧長決定，通常使弧長近似等于鴇極直徑比較合理。4 .焊接速度鋁合金TIG焊時，為

51、了減小變形，應采用較快的焊接速度。手工TIG焊一般是焊工根據熔池大小、熔池形狀和兩側熔合情況隨時調整焊接速度，一般的焊接速度為812m/h;自動TIG焊時，工藝參數設定之后，在焊接過程中焊接速度一般不變。5 .焊絲直徑一般由板厚和焊接電流確定，焊絲直徑與兩者之間呈正比關系。6 .5.1焊接電流根據鴇極氮弧焊焊接材料為板厚6mm的鋁鎂合金，板板對接時，較適宜的是交流鴇極氮弧焊，焊接電流范圍180240A。交流鴇極氮弧焊（TIG焊）陰極具有去除氧化膜的清理作用，可以不用熔劑，避免了焊后殘留熔劑、熔渣對接頭的腐蝕。接頭形式可以不受限制，焊縫成形良好、表面光亮。通常，用交流焊接鋁合金時可在載流能力、電

52、弧可控性以及電弧清理作用等方面實現最佳配合，故大多數鋁合金的TIG焊都采用交流電源。7 .5.2保護氣體保護氣體為氮氣、氮氣或其混合氣。交流TIG焊時，采用大于99.9%氮氣，氣體流量一般為515L/min。氮氣純度過低，有可能對焊縫和熱影響區(qū)的保護效果欠佳，降低焊縫質量。氮氣應符合GB/T4842?995純氮的要求。氧氣瓶壓低于0.5MPa后壓力不足，不能使用。5.6 坡口的準備厚度大于3mm的焊件，一般采用V形坡口。焊接時采用正面焊，背面清根的焊接工藝。由于第一層焊道氧化嚴重，所以一定要將焊根、未焊透清除干凈。坡口的角度和間隙不宜過小，否則，電弧伸不到根部，容易造成未焊透。即使根部能被熔化，根部金屬表面未受到電弧直接加熱，氧化膜不能受到陰極的破碎作用，往往以失渣”存在焊縫根部。由于液態(tài)鋁的流動性好，薄板對接接頭的間隙可小些，鈍邊可大些，坡口角度可大些。由于工藝需求較大的電流，又