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鋁合金焊接基礎知識

 昵稱HgOZm 2017-01-16

一、鋁及鋁合金焊接的特點及焊接性

1、 常見鋁及鋁合金的分類鋁為銀白色輕金屬,純鋁的熔點為660℃,密度2.7g/cm。工業(yè)用鋁合金的熔點約為560℃。按照GB/T3190-1996或GB/T16474-1996的規(guī)定,純鋁和鋁合金牌號命名的基本原則是:可直接采用國際四位數(shù)字體系牌號;未命名為國際四位數(shù)字體系牌號的純鋁及其合金采用四位字符牌號。城軌事業(yè)部目前常用的鋁材主要有以下三種:

①5083-H111,5表示為Al-Mg系,H111加工硬化狀態(tài):最終退火后又進行了適量加工硬化。主要用于折彎件用的板材。

②6005A-T6,6表示為Al-Mg-Si系,T6熱處理狀態(tài):固溶處理后再人工時效的穩(wěn)定狀態(tài)。除牽引梁型材為6082之外,其余所有的型材均為6005A

③6082-T6,絕大部分板材。


二、鋁合金焊接基礎知識

1、定義:ISO857-1中對熔化極氣體保護焊定義如下:使用絲狀電極的

MIG/MAG焊接原理圖

金屬電弧焊,在過程中外部氣源提供的氣體形成的屏障將電弧和熔池與空氣隔離。根據(jù)使用的保護氣體類型,進一步劃分為:當使用惰性氣體時為熔化極惰性氣體保護電弧焊(MIG)。當使用活性氣體時為活性氣體保護電弧焊(MAG)。

1- 母材 2-電弧 3-焊縫 4-套筒 5-保護氣體 6-導電嘴 7-焊絲 8-送絲輪

原理:通過送絲馬達由絲盤提供的焊絲,僅在離開焊槍前通過簡短地接觸導電嘴加載電流,以便電弧能在焊絲的端部和工件之間燃燒。保護氣體由保護氣噴嘴流出覆蓋焊絲。這樣保護了焊接金屬,防止空氣中的氧、氫、氮等的滲透。保護氣體除了保護熔池之外還有其他作用,比如它確定了電弧氣氛的成分,從而也影響了電弧的導電性和由此決定的焊接特性。此外它還對吸收和燒損過程以及形成的焊縫的化學成分有影響,即它由焊接冶金學方面的作用。

2 電流類型

MIG焊接通常使用直流電源焊接,電極(焊絲)連接到電源的正極,工件連接到電源的負極。

3 焊接材料

鋁和鋁合金焊接用焊材一般為實芯焊絲,焊材標準為EN ISO 18273。城軌事業(yè)部常用的MIG焊絲材質為5083,常見直徑為Ф1.2mm,底架手工MIG焊及自動焊接使用的則為 Ф1.6mm。通常規(guī)格為7Kg/盤。

4 保護氣體

DIN EN 439標準規(guī)定了MIG/MAG焊用保護氣體。該標準定義了所有弧焊和弧割用的保護氣體。

城軌事業(yè)部常用焊接氣體為99.9999%的高純氬(Ar),只有在底架焊接時為增加熔深采用氬氦混合氣體,成分為70%氬氣+750ppm氮氣+剩余氦氣。這是因為在氬氣中添加氦氣能改善電弧氣氛的熱傳導性和保溫性能,這兩種影響產生了高能量的電弧和更好的電弧穿透性。

MIG焊接常用氣體流量為18~20L/min。

5 焊縫坡口的形式

鋁及鋁合金焊接時,坡口一般采用機械方法加工,常見的坡口形式如下:

6 襯墊

MIG焊接時功率較大,熔透能力強,這樣就造成焊縫金屬在焊縫根部下漏,造成根部裂紋,根部成型差等缺陷。所以鋁合金焊接全焊透時常需要加焊接墊板,有利于縮小接頭有關尺寸,操作條件較為寬松,對操作技能可以適當降低。焊接墊板分為可移除式焊接墊板和永久性焊接墊板,可移除式焊接墊板常見材質為不銹鋼或陶瓷,如下


7 焊接位置

ISO 6947中定義焊接位置如下:


PA-平焊 PB-平角焊 PC-橫焊 PD-仰角焊

PE-仰焊 PF-立向上焊 PG-立向下焊


三 鋁合金焊接實做

鋁合金焊接因材料的特殊性,在整個焊前準備、焊接過程及焊后處理過程中有較多的注意事項及禁忌,操作人員必須注意這些事項,才能焊接出合格的焊縫。

1 焊前準備

在焊接前,必須對工件表面及型腔內部的鋁屑、飛濺、毛刺、灰塵、機加工殘留的切削液清理干凈,然后使用異丙醇清洗液將焊縫區(qū)域清洗干凈后用干凈的白棉布擦干。

使用風動不銹鋼鋼絲輪將焊縫區(qū)域(坡口邊緣兩側各20mm)氧化膜打磨掉,直到焊縫區(qū)域呈現(xiàn)亮白色。若清理氧化膜后12小時后并未焊接,在下次施焊前需重新打磨氧化膜。打磨過鋼材的工具不得再用于打磨鋁材。

檢查焊縫,焊接區(qū)域不得有鋼絲輪吊落的鋼絲等雜物。要求全焊透的焊縫,要留有2~3mm的焊縫間隙,角焊縫裝配間隙要盡量的小。

檢查溫濕度,作業(yè)區(qū)要求溫度在5℃以上,濕度小于70%。環(huán)境不符合要求,不能進行焊接作業(yè),當濕度超過60%而小于70%之間時,操作人員需隨時關注濕度。夏季多雨季節(jié)濕度易超標,需多關注。

檢查焊機狀態(tài),檢查保護氣體的壓力、余量等,焊絲的余量。使用尖嘴鉗將導電嘴擰緊

2 焊接過程

對超過8mm厚板的接頭使用氧—乙炔焰預熱,預熱溫度80~120℃。使用溫度計對預熱溫度進行測量,切勿不使用儀器而僅評個人經驗判斷。

①引弧 焊槍開關按下后,焊絲開始按預設速度送絲,同時保護氣體開始流出。當焊絲接觸工件表面而短路,產生很大短路電流使焊絲尖端材料氣化引燃電弧。此時電弧還很微弱,若送絲速度很高則電弧很可能被焊絲擠壓而熄滅,這就需要二次引弧或三次引弧。現(xiàn)代的智能化焊機為了解決這種問題,可以編制特殊的引弧程序:在起弧的瞬間增大電流,使焊絲“過燒”,從而避免焊絲擠壓微弱的電弧而造成熄弧,待電弧穩(wěn)定后引弧程序終止,電流回歸正常。

②焊接 引弧后,焊槍以一定姿態(tài)運行,焊槍與工件及焊接方向應保持一定的角度,但運行過程中可機動地調整。焊槍指向焊接前進方向時稱為左焊法,焊槍指向反焊接方向時稱為右焊法,如下圖所示

若其他焊接條件相同,左焊法時熔深較小,焊道較寬較平,熔池被電弧力推向前方,操作者易觀察到焊接接頭位置,易掌握焊接的方向;右焊法可獲得較大的熔深,焊道窄而凸起,熔池被電弧力推向后方,電弧能直接作用于母材上。鋁及鋁合金的焊接多采用左焊法及亞射流過渡方式。

焊接時,噴嘴下端與工件間的距離保持在8mm~15mm之間。過低易與熔池接觸,過高時,弧長被拉長,保護效果變差,熔深變淺。

焊槍擺動 在焊接過程中,可以通過有規(guī)律的焊槍擺動,來提高焊縫質量,完成焊接工作,常用的四種擺動方式,其一為小幅度起伏擺動,在電流較大時,此種擺動方式可使打底焊不至燒穿,同時可加大熔深,使焊縫飽滿;其二為較大幅度的在焊接方向前后擺動,適用于厚板,但焊絲擺動幅度不能超越熔池,其步驟為:前進—回拉—停留—再前進—再回拉—…,采用這種方式可以避免燒穿,同時能加大熔深;其三為劃圈擺動,適用于焊接時溫度過高而需避免過熱,此法可將焊接熱擴散,但熔深將有所降低;其四為“八字步”式擺,適用于PF位置的焊縫,這種擺動可以防止金屬液下墜,也可避免燒穿。

多道焊 對較厚的工件焊接時,一道焊縫已經不能填充滿焊道,這時就需要多層多道焊接。對于單面多道焊,每焊完一條焊道,需要使用鋼絲刷等工具清理焊縫表面。熔覆焊道要寬而淺,以便于氣體的逸出。鋁合金焊接時還需嚴加控制層間溫度為60~100℃(使用溫度計測量),以防過熱產生熱裂紋等缺陷。對于雙面多層多道焊,正面打底焊應一次焊透,在焊完一面在反面清根后,需做PT(滲透探傷)檢查無裂紋后,方可進行反面打底焊接。

③熄弧 熄弧時容易產生弧坑及焊縫過熱,從而產生弧坑裂紋?,F(xiàn)代焊機一般都帶有熄弧程序,可以在關閉焊槍開關后電流遞減,并保持氣體通送一定時間,從而時弧坑填滿。操作者需要在關閉焊槍開工后繼續(xù)停留一會再移開焊槍,并將余高過高處修磨平整。

鋁合金焊接中,起弧端和收弧端是裂紋的高發(fā)區(qū)域,所以若焊縫中間停頓,若在接頭處再次起弧,必需再次將接頭打磨成斜坡狀。對于重要的焊縫,如鋁合金地鐵車體底架的牽引梁與枕梁20mm厚板雙面焊縫,需添加起弧板及收弧板,在焊縫區(qū)域外進行起弧和收弧,待焊接完成后將起弧板及收縫有無缺陷,以便返工?;“迩谐D壳俺擒壥聵I(yè)部采用TPS系列焊機,都有起弧及收弧程序,操作者在焊接前需根據(jù)板厚對參數(shù)進行適當設定。焊接完成后,需對焊縫表面的黑灰等進行清理(焊接Al-Mg合金時,出現(xiàn)少量黑污不是缺陷),并目檢焊縫質量,對有缺陷處進行標記,以便后續(xù)制定返工方案。


四 常見鋁合金焊接缺陷及成因


常見缺陷

成因

焊縫金屬裂紋

1 參數(shù)選擇不合適,焊縫深寬比太大

2 熄弧不佳導致產生弧坑

近縫區(qū)裂紋

1 近縫區(qū)過熱

2 焊接熱輸入過大

焊縫氣孔

1 工件表面未清理干凈,有氧化膜、油污、水分等

2 焊材表面有氧化膜、油污、或焊材受潮

3 電弧太長,或套筒堵塞等導致氣體保護效果欠佳

4 電弧電壓太高,造成電弧分散,氣體保護效果變差

咬邊

1 焊接速度太快

2 電弧電壓太高,熔池過大。

3 電流過大

4 電弧在熔池邊緣停留時間不當

5 焊槍角度不正確

未熔合

1 工件邊緣或坡口區(qū)域清理不到位

2 熱輸入不足

未焊透

1 接頭設計不合適,坡口太窄或間隙太小等

2 焊接技術不當,電弧應處于熔池前沿

3 熱輸入不合適(電流太小或電壓太高)

4 焊接速度太快

飛濺過大

1 電弧電壓過低或過高

2 工件表面清理不徹底

3 導電嘴磨損或送絲不穩(wěn)定

五 小結

鋁合金熔化極惰性氣體保護焊接,相對于普通鋼材的活性氣體保護焊接來說,是一種很“嬌氣”的焊接技術,焊前工件的表面清理、接頭的裝配、焊接材料、保護氣體、電源、環(huán)境、焊接技術等因素有一個不到位,就很難得到滿意的焊縫,操作者需嚴格遵守操作規(guī)程,才能焊接出漂亮的焊縫。


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