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铝合金焊接基础知识
时间:2017年01月06日来源:江苏铝板零切作者:铝板切割

文章出自:无锡富夕铝板



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一、铝及铝合金焊接的特点及焊接性


1罕见铝及铝合金的分类铝为银白色轻金属,纯铝的熔点为660℃,密度2.7g/cm工业用铝合金的熔点约为560℃。依照GB/T3190-1996或GB/T16474-1996规定,纯铝和铝合金牌号命名的基本原则是可直接采用国际四位数字体系牌号;未命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌号。城轨事业部目前常用的铝材主要有以下三种:

①5083-H1115表示为Al-Mg系,H111加工硬化状态:最终退火后又进行了适量加工硬化。主要用于折弯件用的板材。

②6005A -T66表示为Al-Mg-Si系,T6热处理状态:固溶处置后再人工时效的稳定状态。除牵引梁型材为6082之外,其余所有的型材均为6005A 

③6082-T6绝大部分板材。


二、铝合金焊接基础知识

1定义:ISO857-1中对熔化极气体维护焊定义如下:使用丝状电极的

铝合金焊接基础知识

MIG/MA G焊接原理图

金属电弧焊,过程中外部气源提供的气体形成的屏障将电弧和熔池与空气隔离。根据使用的维护气体类型,进一步划分为:当使用惰性气体时为熔化极惰性气体维护电弧焊(MIG当使用活性气体时为活性气体维护电弧焊(MA G

1- 母材 2-电弧 3-焊缝 4-套筒 5-维护气体 6-导电嘴 7-焊丝 8-送丝轮

原理:通过送丝马达由丝盘提供的焊丝,仅在离开焊枪前通过简短地接触导电嘴加载电流,以便电弧能在焊丝的端部和工件之间燃烧。维护气体由维护气喷嘴流出覆盖焊丝。这样维护了焊接金属,防止空气中的氧、氢、氮等的渗透。维护气体除了维护熔池之外还有其他作用,比方它确定了电弧气氛的成分,从而也影响了电弧的导电性和由此决定的焊接特性。此外它还对吸收和烧损过程以及形成的焊缝的化学成分有影响,即它由焊接冶金学方面的作用。

2 电流类型

MIG焊接通常使用直流电源焊接,电极(焊丝)连接到电源的正极,工件连接到电源的负极。

3 焊接资料

铝和铝合金焊接用焊材一般为实芯焊丝,焊材标准为ENISO18273城轨事业部常用的MIG焊丝材质为5083罕见直径为Ф1.2mm底架手工MIG焊及自动焊接使用的则为 Ф1.6mm通常规格为7Kg/盘。

4 维护气体

DINEN439规范规定了MIG/MA G焊用保护气体。该标准定义了所有弧焊和弧割用的维护气体。

城轨事业部常用焊接气体为99.9999%高纯氩(Ar只有在底架焊接时为增加熔深采用氩氦混合气体,成分为70%氩气+750ppm氮气+剩余氦气。这是因为在氩气中添加氦气能改善电弧气氛的热传导性和保温性能,这两种影响产生了高能量的电弧和更好的电弧穿透性。

MIG焊接常用气体流量为18~20L/min

5 焊缝坡口的形式

铝及铝合金焊接时,坡口一般采用机械方法加工,罕见的坡口形式如下:

铝合金焊接基础知识

6 衬垫

MIG焊接时功率较大,熔透能力强,这样就造成焊缝金属在焊缝根部下漏,造成根部裂纹,根部成型差等缺陷。所以铝合金焊接全焊透时常需要加焊接垫板,有利于缩小接头有关尺寸,操作条件较为宽松,对操作技能可以适当降低。焊接垫板分为可移除式焊接垫板和永久性焊接垫板,可移除式焊接垫板罕见材质为不锈钢或陶瓷,如下铝合金焊接基础知识


7 焊接位置

ISO6947中定义焊接位置如下:铝合金焊接基础知识


PA -平焊 PB-平角焊 PC-横焊 PD-仰角焊

PE-仰焊 PF-立向上焊 PG-立向下焊

三铝合金焊接实做

铝合金焊接因材料的特殊性,整个焊前准备、焊接过程及焊后处置过程中有较多的注意事项及禁忌,操作人员必需注意这些事项,才干焊接出合格的焊缝。

1焊前准备

焊接前,必需对工件外表及型腔内部的铝屑、飞溅、毛刺、灰尘、机加工残留的切削液清理干净,然后使用异丙醇清洗液将焊缝区域清洗干净后用干净的白棉布擦干。

使用风动不锈钢钢丝轮将焊缝区域(坡口边缘两侧各20mm氧化膜打磨掉,直到焊缝区域呈现亮白色。若清理氧化膜后12小时后并未焊接,下次施焊前需重新打磨氧化膜。打磨过钢材的工具不得再用于打磨铝材。

检查焊缝,焊接区域不得有钢丝轮吊落的钢丝等杂物。要求全焊透的焊缝,要留有2~3mm焊缝间隙,角焊缝装配间隙要尽量的小。

检查温湿度,作业区要求温度在5℃以上,湿度小于70%。环境不符合要求,不能进行焊接作业,当湿度超过60%而小于70%之间时,操作人员需随时关注湿度。夏季多雨季节湿度易超标,需多关注。

检查焊机状态,检查维护气体的压力、余量等,焊丝的余量。使用尖嘴钳将导电嘴拧紧

2焊接过程

对超过8mm厚板的接头使用氧—乙炔焰预热,预热温度80~120℃。使用温度计对预热温度进行丈量,切勿不使用仪器而仅评个人经验判断。

①引弧焊枪开关按下后,焊丝开始按预设速度送丝,同时维护气体开始流出。当焊丝接触工件外表而短路,发生很大短路电流使焊丝尖端资料气化引燃电弧。此时电弧还很微弱,若送丝速度很高则电弧很可能被焊丝挤压而熄灭,这就需要二次引弧或三次引弧。现代的智能化焊机为了解决这种问题,可以编制特殊的引弧程序:起弧的瞬间增大电流,使焊丝“过烧”从而防止焊丝挤压微弱的电弧而造成熄弧,待电弧稳定后引弧程序终止,电流回归正常。

②焊接引弧后,焊枪以一定姿态运行,焊枪与工件及焊接方向应保持一定的角度,但运行过程中可机动地调整。焊枪指向焊接前进方向时称为左焊法,焊枪指向反焊接方向时称为右焊法,如下图所示

若其他焊接条件相同,左焊法时熔深较小,焊道较宽较平,熔池被电弧力推向前方,操作者易观察到焊接接头位置,易掌握焊接的方向;右焊法可获得较大的熔深,焊道窄而凸起,熔池被电弧力推向后方,电弧能直接作用于母材上。铝及铝合金的焊接多采用左焊法及亚射流过渡方式。

焊接时,喷嘴下端与工件间的距离坚持在8mm~15mm之间。过低易与熔池接触,过高时,弧长被拉长,维护效果变差,熔深变浅。

焊枪摆动在焊接过程中,可以通过有规律的焊枪摆动,来提高焊缝质量,完成焊接工作,常用的四种摆动方式,其一为小幅度起伏摆动,电流较大时,此种摆动方式可使打底焊不至烧穿,同时可加大熔深,使焊缝饱满;其二为较大幅度的焊接方向前后摆动,适用于厚板,但焊丝摆动幅度不能逾越熔池,其步骤为:前进—回拉—停留—再前进—再回拉—采用这种方式可以防止烧穿,同时能加大熔深;其三为划圈摆动,适用于焊接时温度过高而需避免过热,此法可将焊接热扩散,但熔深将有所降低;其四为“八字步”式摆,适用于PF位置的焊缝,这种摆动可以防止金属液下坠,也可避免烧穿。

多道焊对较厚的工件焊接时,一道焊缝已经不能填充满焊道,这时就需要多层多道焊接。对于单面多道焊,每焊完一条焊道,需要使用钢丝刷等工具清理焊缝表面。熔覆焊道要宽而浅,以便于气体的逸出。铝合金焊接时还需严加控制层间温度为60~100℃(使用温度计测量)以防过热发生热裂纹等缺陷。对于双面多层多道焊,正面打底焊应一次焊透,焊完一面在反面清根后,需做PT渗透探伤)检查无裂纹后,方可进行反面打底焊接。

③熄弧熄弧时容易发生弧坑及焊缝过热,从而发生弧坑裂纹。现代焊机一般都带有熄弧程序,可以在关闭焊枪开关后电流递减,并坚持气体通送一定时间,从而时弧坑填满。操作者需要在关闭焊枪开工后继续停留一会再移开焊枪,并将余高过高处修磨平整。

铝合金焊接中,起弧端和收弧端是裂纹的高发区域,所以若焊缝中间停顿,若在接头处再次起弧,必需再次将接头打磨成斜坡状。对于重要的焊缝,如铝合金地铁车体底架的牵引梁与枕梁20mm厚板双面焊缝,需添加起弧板及收弧板,焊缝区域外进行起弧和收弧,待焊接完成后将起弧板及收缝有无缺陷,以便返工。弧板切除。目前城轨事业部采用TPS系列焊机,都有起弧及收弧程序,操作者在焊接前需根据板厚对参数进行适当设定。焊接完成后,需对焊缝表面的黑灰等进行清理(焊接Al-Mg合金时,出现少量黑污不是缺陷)并目检焊缝质量,对有缺陷处进行标记,以便后续制定返工方案。


四 罕见铝合金焊接缺陷及成因



罕见缺陷

成因


焊缝金属裂纹

1 参数选择不合适,焊缝深宽比太大


2 熄弧不佳导致发生弧坑


近缝区裂纹

1 近缝区过热


2 焊接热输入过大


焊缝气孔

1 工件外表未清理干净,有氧化膜、油污、水分等


2 焊材外表有氧化膜、油污、或焊材受潮


3 电弧太长,或套筒堵塞等导致气体维护效果欠佳


4 电弧电压太高,造成电弧分散,气体维护效果变差


咬边

1 焊接速度太快


2 电弧电压太高,熔池过大。


3 电流过大


4 电弧在熔池边缘停留时间不当


5 焊枪角度不正确


未熔合

1 工件边缘或坡口区域清理不到位


2 热输入不足


未焊透

1 接头设计不合适,坡口太窄或间隙太小等


2 焊接技术不当,电弧应处于熔池前沿


3 热输入不合适(电流太小或电压太高)


4 焊接速度太快


飞溅过大

1 电弧电压过低或过高


2 工件外表清理不彻底


3 导电嘴磨损或送丝不稳定


五 小结

铝合金熔化极惰性气体维护焊接,相对于普通钢材的活性气体维护焊接来说,一种很“娇气”焊接技术,焊前工件的外表清理、接头的装配、焊接资料、维护气体、电源、环境、焊接技术等因素有一个不到位,就很难得到满意的焊缝,操作者需严格遵守操作规程,才干焊接出漂亮的焊缝。



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