铝及铝合金常用焊接材料与被焊材料.docx

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1、铝及铝合金常用焊接材料与被焊材料1焊接爱护气体爰护气体类型在铝及铝合金的氢弧焊中,焊接材料主要指焊丝、爰护气体(氮气、氮气 和氯气的混合气)等。氮气氯气(Ar)是惰性气体,既不与金属起反应又不溶于液态金属,同时能量 损耗低,电弧燃烧稳定。在TIG焊和MIG焊中都能保证没有飞溅或最小飞溅。 由于其密度比空气大,所以爰护效果特别好。对氮气纯度的要求:在生产实际中,铝合金焊接时,氧气的纯度应大于 99.9%以上,其中杂质氧和氢含量小于0.005% ,氮含量小于0.015% ,水分掌 握在0.02mg/L以下。否则就会造成合金元素烧损,焊缝消失气孔,表面无光 泽、发渣或发黑,成形不良等现象。此外,还会

2、影响电弧的稳定性,导电嘴回 烧频率加大,使焊丝与母材熔合不好。焊接铝合金薄板时,主要使用纯氨气爱护,这主要是由于纯氮气爰护时的 热输入量较小、熔深浅的原故。氨气氯气(He )也是惰性气体,焊接过程中,吸热小,熔池停留时间长,因此 氯气爰护焊接时气孔倾向小。但由于纯氮气爰护焊接时,电弧稳定性差、短路硬化程度的提高而上升。应考虑到这种焊缝稀释带来的耐腐蚀性能 降低的影响。d这类合金不推举采纳不填充焊丝的自熔焊(如TIG焊),由于这样易 形成凝固裂纹。e焊丝中Si含量的选择应与铸态母材金属严格搭配。f当铸造铝合金为压铸件时,由于气体含量较高而不适合焊接。g不推举-与母材金属不匹配。从理论上讲,全部可

3、焊铝合金都能用以上填充金属进行焊接加工。当选择 最相宜的填充金属进行特殊应用的时候,在任何可能的地方选择和母材相同的 铝合金是特别重要的。尤其在铸铝合金补焊时,假如用以上填充金属作为焊接 材料,焊缝强度、硬度均存在肯定问题,因此采纳用母材金属浇铸出焊条,作 为铸铝合金的添充金属,是特别必要和重要的。当对焊后工件进行阳极化处理的时候,决不能使用含有硅的焊丝,由于这 样会导致焊缝发黑现象。填充金属的选择主要考虑焊缝的机械性能和化学特性,如为获得最好的综 合性能,铝合金AIMgSi 0.7最好用焊料AIMg 4.5Mn Zr焊接可以获得最好的 效果。表2-3常用填充金属和母材匹配表:填充金属母材金属

4、AI 99.5 TiAI 99.5 TiAl 99.8Al 99.5AIMnAIMg 5Al 99.5AIMg 4.5 MnAIMg 3AIMg 5 AIMgSi 1 AlZn 4.5 Mg AICuMgAlSi 5AIMgSi 1AlZn 4.5 MgAICuMg G-AISiMg G-AISiCuAlSi 12G-AISi 12G-AISiMgG-AISiCu2.2 不同焊丝的接头耐腐蚀性当焊接接头是用纯铝或非时效硬化铝合金焊成的时候,在其耐腐蚀性方面焊接接头会降低很小或不发生降低,由于非时效硬化铝合金在镁含量3.5% 的状况下,焊接热输入不会带来微观结构的变化,事实上,假如金属被置在10

5、0 - 230 C温度下太长时间,理论上会形成晶间沉淀物,这些沉淀物会 减弱材料抗晶间应力腐蚀的力量。但是,需要在这种临界温度范围内,保留相 对长的时间以达到这种效果,这也就是为什么在通常焊接过程中不太可能发生 这种状况的缘由。对很多时效硬化铝合金,可以通过人工时效来达到对晶间腐蚀的最好预防。但焊缝热影响区,由于焊接热输入导致晶间耐腐蚀下降,自然时效在有些合金 上不能达到消退晶间沉淀物的结果,因此,焊接热输入消极地影响了这些合金 的耐腐蚀性(特殊是在HAZ 1此外,晶间耐腐蚀性的退化也可能由母材和填充金属的成份、结构不同所 引起。例如,对于7000系列的铝合金材料,用5000系列填充金属焊接得

6、到 的热影响区HAZ会产生强化的局部腐蚀。2.3 焊丝的使用留意事项23.1储存对于不同的工作来说,选择正确的焊丝(填充金属)是特别重要的。需要 特殊留意的是焊接所使用的焊丝必需是洁净的。假如焊丝被油、油脂、灰尘或 车间的烟尘所污染则会导致焊接不坚固。使用刚刚从包装箱中取出的焊丝进行 焊接,可以达到最好的焊接效果。焊丝应置于暖和、干燥的地方遮盖保存。假 如在焊丝没有用完时停止焊接,那么应将焊丝取下并放回其原包装箱中,防止 可能对其造成的污染。对包装箱进行遮盖,有助于爰护焊丝不受污染。焊丝输送装置由于铝焊丝比较软焊枪中的送丝软管要用塑料或特氟纶制成的专用软管,焊接钢结构所用的弹簧软管不适合铝焊。

7、对于铝焊丝,必需使用较大直径的铝送丝软管。对于纯铝和铝硅合金焊丝,最好使用推拉式焊枪系统是有利的。相比钢焊丝,铝焊丝是特别松软的。因此在送丝机上采纳四轮送丝,并且 送丝轮上的压力不宜过大,并保证送丝时无磨损。四轮驱动可以保证运用足够 的力来送丝,甚至在较低接触压力时也可以送丝。在大多状况下,送丝轮采纳 平稳、光滑的半圆凹槽辑轮。施加在前送丝轮的接触压力要比后送丝轮的大, 送丝轮的质量直接影响送丝的平稳性。重庆聚欧科技进展有限公司过渡形式等缺点,故一般不单独使用。氮-氨混合气体采纳氯气爱护时,可使熔滴过渡特别稳定,但采纳氨气和氮气混合气体可 改善熔深和抗气孔性能。采纳氯气混合气可降低预热所需费用

8、或者甚至不用预 执 八、。M -氨混合气体,其组成为70%的氨气和30%的氮气。使用氮氨混合气体 的优势在于它综合了两种爱护气体的优点,既氮气的电弧稳定、能形成射流过 渡、爱护效果好以及氨气的热输入量大、抗气孔力量强。假如用于大厚度铝合金板材的焊接或散热系数更大的铜合金的焊接时,可 以增加氨气的含量,常用的氨气加入量为50%和70%。目前市场上已经开头使用含有微量。2或N2的氨氮混合气体,具组成通常为1.5%氮气(或氧气)、30%氨气、其余为氮气。虽然。2或N2不能改 善焊透性能,但电离状态下,属于发热气体,可以进一步增加焊接热输入量, 减小预热温度,改善焊缝成型。1.2焊接爰护气体成份对焊接

9、效果的影响当进行铝及铝合金焊接时,焊接爱护气体的选择对生产效率和最终焊缝质 量都有着重要影响。由于铝合金对氢气和氧气的高敏感性,因此要采纳氨气和氯气做爰护气体。 由于成本问题,氨气是铝合金焊接最广泛使用的爰护气体,但是使用氨、氮混合 气体也另有优点,在重要结构中,要选择使用。这些优点包括:(1)增加熔深和改善焊缝成形;(2 )提高焊接速度;(3)可焊接厚度范围大;(4)降低预热温度;(5 )削减气孔等焊接缺陷。焊接爰护气体在不同的条件下,按如下原则使用:氨气一般焊接工作爱护气体。氨气70/He 30可以削减气孔性,在中厚壁焊接中,广泛采纳。氧气50/ He 50适合更大壁厚。纯氨气爱护焊接铝合

10、金时,噪音小,金属过渡稳定,但是在焊透性和氢感 应气孔方面不如氮氨混合物。当提高氯、氮混合气体中氮的含量时,焊缝熔深 将会从较圆的外形变为狭窄的指状。也会使焊缝余高降低、熔深增加。对于任 何厚度的材料,都可以通过向氮气中添加氯气来提高焊接速度。含氮成分越高,所需相同电弧长度的弧电压越高。使用含氮较高的混合气所产生的高热量输入也促进了对较厚工件的焊接。 然而,除了自动焊以外,高氮含量的混合气通常不推举使用在厚度小于3mm 的材料上。氮气流量越高,焊缝的宽度越宽和越平坦。焊缝不再是手指外形 了, 当它与氮气结合时,反而外形变得更圆、更深。更合理的焊透性能可以保证电 弧熔透焊根区,并允许更快的焊接速

11、度。表1-1说明白气体成份对表面成型的影响。表1-1在氨气爰护焊接铝合金的过程中,增加氨气比例对其它因素的影响爰护气体的成分100% Ar100%He电弧性能越来越平滑焊缝宽度增加焊缝的平坦性焊缝外观波纹越来越细焊透变成更深、更圆焊接速度焊接速度增加熔化缺陷的倾向越来越低气孔倾向降低预热能削减或完全免除预热温度掌握加工件变得更热,必需补偿温度掌握,加快焊接速度爰护气体成本增加1.3焊接爱护气体流量对焊接效果的影响高质量MIG焊接所需要的惰性气体流量是由多种因素打算的焊枪的型号、 焊接电流、焊枪喷嘴的直径、接头设计、焊接位置、焊接速度和焊接区域内的 气体集中度。最终一个因素很大程度上影响到气体的

12、使用方法和焊接的质量。 当进行焊接时,用防风材料对焊接区域供应爰护,以防止空气混入惰性爰护气 体是必要的。通常来讲,氨气爰护的流量要大于氨气爱护的流量。1.3.1 爱护气体的消耗(氨气)短路过渡电弧:12 - 15 l/min喷射脉冲电弧:15 - 20 l/min1.3.2 对于混合气体,应用如下流量参考数据:爰护气体类型最小流淌速度Ar 70/ He 3020l/minAr 50/ He 5028l/minAr 30/ He 7035l/min100% He40l/min氮气流量越高,促进排气越快,需要更高的热量输入。在同等焊接条件下, 氮气流量比氨气高很多。2焊接填充材料2.1焊接填充材

13、料的选择在铝合金焊接中,焊缝金属的组织成份打算着焊缝的强度、塑性、抗裂性、 耐蚀性等。因此,合理选择焊丝(填充材料)是特别重要的。选择焊丝时必需 首先考虑基本金属的成份、产品的详细要求及施工条件,除了应满意接头机械 性能、耐腐蚀性能外,还应考虑结构的刚性及抗裂性等问题。选择焊丝通常基于以下几方面因素:与母材的化学成分相兼容,例如:焊接裂纹倾向;(2)焊缝力学性能要求(需要将焊接热影响区和焊缝金属性能统一计算);(3)焊接部件或构件的后续处理,例如表面处理,阳极氧化和表面装饰抛光;(4)焊缝要求的抗腐蚀力量;(5)最佳焊接性。最终的选择将依据产品实际需要,在上述几方面做综合平衡。表2-2供应了各

14、类(1类、3类、4类、5类)铝合金焊丝的相关信息,表 2-1推举了若干条件下铝合金焊丝的选择建议和问题分析,表2-3给出了常见 铝合金焊丝和母材匹配关系。表2-1铝合金焊丝相关信息类别型号化学成分代号备注1XXXSAL1450SAL1080AA199.5TiA199.8Ti通过晶界强化降低了焊缝金 属的裂纹倾向。3XXXSAL3103AIMnl4XXXSAL4043ASAL4046SAL4047ASAL4018AISi5AISilOMgAISil2(A)AISi7Mg该成份焊丝在阳极氧化或暴露 于空气中时会变成暗灰色,其强度 会随Si的增加而提高。该种焊丝 焊接后的焊缝颜色和基体金属之 间有色

15、差问题。这种特地应用在 预防由于高稀释及高收缩而形成 的凝固裂纹,常用于铸件焊接。5XXXSAL5249SAL5754SAL5556ASAL5183AIMg2MnO.8ZrAIMg3AIMg5.2MnAIMg4.5MnO.7(A)当良好抗腐蚀性和颜色匹配是 重要要求时,焊丝的Mg含量必 需和母材搭配。Mg含量过高、 过低均会造成阳极化后的焊缝色 差当焊缝金属要求屈服强度、延长 率为重要指标时,应使用含Mg 量为4.5%至5%的焊丝。Cr和Zr通过晶界强化降低了焊 缝金属的裂纹倾向。Zr降低热裂倾向。SAL5087SAL5356AIMg4.5MnZrAIMg5Cr(A)表2-2铝合金焊丝的选择母

16、材Al414AIMn4或5143或434AIMgl%a4或514444444AIMg3%4或55b4或555b或3455b455b5AIMg55555注1 :当母材的Mg含量22%,使用型号为AISi5或AlSilO焊丝焊接 时,过多的Mg2Si会在焊5%c55555555554或4或4或555或AIMg555554Sid55544544445555555AlZn5555555Mg5555555AlSiC44444444u44444444 l%e,f44444444444444444AISiM444444444ge4444444444444444444AlSiC4444444444uef444

17、444444444444Nr44gAICucNrgNrgNrgNrgNrg44444Nr444g4母材AIAIMnAlMg1%AlMg3%AIMg5%AlMgSiAlZnMgAIS iCu1 %AIS iM gAISiCuAlCu接熔合线处沉淀析出,从而使焊缝产生脆化现象。这种母材和焊丝的组 合不推举在承受动载荷或冲击载荷的结构使用。假如这种搭配不行避 开,应使用AIMg5或AISi5型焊丝。注2 :表中母材取决于化学成分,而与材料形式无关。注3 :每栏焊丝类别的选择出于以下考虑第一行:最佳力学性能;其次行:最佳耐腐蚀性能;第三行:最佳焊接性能。a在无焊丝焊接的条件下,这种合金极易形成凝固裂纹。这种状况下, 可通过压紧夹具或在熔池内提高Mg含量为3%以上的方法来预防。b表4-2中的5类焊丝在Mg含量43%时具有较好的抗晶间腐蚀或应 力腐蚀性能,在有潜在晶间腐蚀或应力腐蚀的环境中,焊丝金属中 Mg含量应等于或不明显超过母材的Mg含量。c在确定的环境条件下,如温度范围之65 ,含Mg量3%的铝合金 可能易产生晶间腐蚀或应力腐蚀。这种易腐蚀性随含Mg量或冷作

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