如何焊接鋁材料

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焊接方法
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(yīng)性不同，各種焊接方法有其各自的應(yīng)用場合。氣焊和焊條電弧焊方法，設(shè)備簡單、操作方便。氣焊可用于對焊接質(zhì)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(yīng)用zui廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、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(yīng)用越來越廣泛（氬氣或氬/氦混合氣）
焊接材料
　　（1）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(yīng)使對接接頭的抗拉強度、塑性（通過彎曲試驗）達(dá)到規(guī)定要求，對含鎂量超過3％的鋁鎂合金應(yīng)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(yīng)達(dá)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(xué)成分一般與母材相應(yīng)或相近；
　　3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素（鎂、錳、硅等）的含量一般不低于母材；
4）異種鋁材焊接時應(yīng)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SAlSi一1等（注重強度可能低于母材）。
（2）保護氣體
保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時，采用大于99．9％純氬氣，直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時，板厚%26lt;25 mm時宜用氬氣；板厚25 mm～50 mm時氬氣中宜添加10％～35％的氦氣；板厚50mm-75mm時氬氣中宜添加l0％～35％或50％的氦氣；當(dāng)板厚%26gt;75 mm時推薦采用添加50％～75％氦氣的氬氣。氬氣應(yīng)符合GB／T 4842?995《純氬》的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足，不能使用。
（3）鎢極
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，不易熔化揮發(fā)，電極燒損及的污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加入1％～2％氧化釷的電極為釷鎢極，電子發(fā)射能力強，答應(yīng)的電流密度高，電弧燃燒較穩(wěn)定，但釷元素具有一定的放射性，使用時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施。在純鎢中加入1.8％～2.2％的氧化鈰（雜質(zhì)≤0.1％）的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學(xué)穩(wěn)定性高，答應(yīng)電流密度大，無放射性，是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬，易保持半球形，適用于交流焊接。
（4）焊劑 氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物，可去除氧化膜。
焊前預(yù)備
（1）焊前清理
　鋁及鋁合金焊接時，焊前應(yīng)嚴(yán)格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質(zhì)量直接影響焊接工藝與接頭質(zhì)量，如焊縫氣孔產(chǎn)生的傾向和力學(xué)性能等。常采用化學(xué)清洗和機械清理兩種方法。
1）化學(xué)清洗
化學(xué)清洗效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產(chǎn)的工件。可用浸洗法和擦洗法兩種。可用丙酮、汽油、煤油等有機溶劑表面去油，用40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液堿洗3 min～7 min（純鋁時間稍長但不超過20 min），流動清水沖洗，接著用室溫至60℃的30％HNO3溶液酸洗1 min～3 min，流動清水沖洗，風(fēng)干或低溫干燥。
2）機械清理
在工件尺寸較大、生產(chǎn)周期較長、多層焊或化學(xué)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0.15mm～0.2mm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(chǎn)生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。
工件和焊絲經(jīng)過清洗和清理后，在存放過程中會重新產(chǎn)生氧化膜，非凡是在潮濕環(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，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時間應(yīng)盡量縮短，在氣候潮濕的情況下，一般應(yīng)在清理后4 h內(nèi)施焊。清理后如存放時間過長（如超過24 h）應(yīng)當(dāng)重新處理。
（2）墊板
鋁及鋁合金在高溫時強度很低，液態(tài)鋁的流動性能好，在焊接時焊縫金屬輕易產(chǎn)生下塌現(xiàn)象。為了保證焊透而又不致塌陷，焊接時常采用墊板來托住熔池及四周金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板表面開一個圓弧形槽，以保證焊縫反面成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要求焊接操作熟練或采取對電弧施焊能量嚴(yán)格自動反饋控制等*工藝措施。
（3）焊前預(yù)熱 薄、小鋁件一般不用預(yù)熱，厚度10 mm～15 mm時可進行焊前預(yù)熱，根據(jù)不同類型的鋁合金預(yù)熱溫度可為100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預(yù)熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。
　5.焊后
焊后清理
　　焊后留在焊縫及四周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(yīng)清理干凈。外形簡單、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。要求高而外形復(fù)雜的鋁件，在熱水中用硬毛刷刷洗后，再在60℃～80℃左右、濃度為2％～3％的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗5 min～10 min，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。
　　（2）焊后熱處理!
　　鋁容器一般焊后不要求熱處理。假如所用鋁材在容器接觸的介質(zhì)條件下確有明顯的應(yīng)力腐蝕敏感性，需要通過焊后熱處理以消除較高的焊接應(yīng)力，來使容器上的應(yīng)力降低到產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的臨界應(yīng)力以下，這時應(yīng)由容器設(shè)計文件提出非凡要求，才進行焊后消除應(yīng)力熱處理。如需焊后退火熱處理，對于純鋁、5052、5086、5154、5454、02、03、06等，推薦溫度為345℃；對于2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等，推薦溫度為415℃；對于2017、2A11、6A02等，推薦溫度為360℃，根據(jù)工件大小與要求，退火溫度可正向或負(fù)向各調(diào)20℃～30℃，保溫時間可在0.5 h～2 h之間
鋁及鋁合金的焊接特點
（1）鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點高、非常穩(wěn)定，不易去除。阻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(chǎn)生氣孔。焊接前應(yīng)采用化學(xué)或機械方法進行嚴(yán)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。鎢極氬弧焊時，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，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護，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(dǎo)率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導(dǎo)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傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)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(zhì)量的焊接接頭，應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源，有時也可采用預(yù)熱等工藝措施。
（3）鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)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(yīng)力較大，因此，需采取預(yù)防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時輕易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)中可采用調(diào)整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性答應(yīng)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，隨著硅含量增加，合金結(jié)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(yīng)減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，當(dāng)含硅5％～6％時可不產(chǎn)生熱裂，因而采用SAlSi條（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(zhuǎn)態(tài)時，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時判定難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，輕易焊穿
（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。弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來源。因此，對氫的來源要嚴(yán)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） 鋁為面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過相變來細(xì)化晶粒。