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铝合金的焊接技术和基本操作

厚板与钢构2021-08-04 06:39:18

铝及其合金因具有良好的耐蚀性、导电性、导热性以及高的比强度而广泛应用于工业领域,铝合金的产量仅次于钢铁的。近年来,随着铝合金在汽车制造、造船、国防和航空、容器制造、体育器材业等制造领域的广泛应用,铝合金焊接技术也在突飞猛进地发展。

纯铝的熔点是660℃.焊接用的铝合金熔点大约在560℃。

焊接铝合金有以下难点:

1、铝合金焊接接头软化严重,对于有热处理强化性能的铝合金,焊接接头经历了较大的热循环.热影响区强度退化较为明显.其抗拉强度大约只有母材的60%~70%,这是热处理强化铝合金焊接接头一个比较典型的焊接缺陷。

2、合金表面易产生熔点很高的氧化膜,其熔点为2060℃,焊接时难熔的氧化膜会妨碍填充金属和母材的熔合,导致氧化物的夹渣;

3、铝及铝合金焊接凝固时,熔池里的气体因来不及逸出而较易形成气孔;

4、熔化状态的铝及铝合金在结晶凝固后,体积大约要缩减6%。由此所产生的收缩应力可能会导致工件变形和焊接裂纹产生;

5、线膨胀系数大,易产生焊接变形;

6、铝及铝合金焊接过程中,熔池金属没有颜色的变化,容易造成焊穿或塌陷;

7、铝合金热导率大(约为钢的4倍),相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大的2倍~4倍。

铝合金的传统焊接技术

铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的焊接方法。目前,生产中常用TIG焊、MIG焊来焊接铝合金材料。

1、钨极惰性气体保护电弧焊(TIG)

TIG是最早的气体保护电弧焊方法,它是为了适应活泼金属(铝、锰、钛等)的焊接而产生的。TIG是以高熔点的钨和焊件分别作为两个电极,在两电极之间用惰性气体(氩、氦或氩氮混合气体)隔绝空气作为保护的一种电弧焊方法。

其优点是:焊接过程稳定,焊后无需清渣,焊接接头保护效果好,易于实现全方位和自动焊接。

其缺点是:焊前清理要求高.主要是清除焊接接头表面的污物及氧化膜;钨极承载电流能力较低,焊接熔深有限,生产效率低,适宜薄板焊接;惰性气体较贵,生产成本高。


2、熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG)

为了克服TIG焊的熔深有限缺点,人们开始采用MIG焊。MIG是以连续送进的焊丝和焊件分别作为两个极性不同的电极。在电极间高温电弧热作用和惰性气体的保护下,将焊丝熔化、过渡并填充焊缝的一种电弧焊方法。

其优点是:焊接过程以焊丝作为电极。采用高密度电流,焊接熔深大,熔敷速度快,生产效率高,可焊大厚度板材。

铝合金先进焊接技术MIG、TIG能够得到良好的焊接接头,但是,这两种方法却有熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。近年来,很多科技工作者开始探讨铝合金焊接的新方法,下面主要介绍这四种焊接方法的主要特点。


激光焊

随着大功率、高性能激光加工设备的不断开发,铝合金激光焊接技术发展很快,与传统的TIG、MIG焊相比,激光焊接铝合金具有以下优点:

1、能量密度高,热输入量小,焊接变形小,能得到熔化区和热影响区窄而熔深大的焊缝;

2、冷却速度快,能得到组织微细的焊缝,故焊接接头性能良好;

3、焊接速度快、功能多、适应性强、可靠性高,且不需要真空装置,所以在焊接精度、效率、自动化等方面具有无可比拟的优势。

激光有很高的能量密度,焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷,强度系数提高很大。但激光器功率一般都比较小,对铝合金厚板的焊接困难,同时铝合金表面对激光束的吸收率很低,要达到深熔焊时存在阀值问题,所以工艺上有一定难度。


激光-电弧复合焊

激光-电弧复合主要是激光与TIG电弧、MIG电弧及等离子体复合。

优点:很好地解决了激光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以及深熔焊的阀等问题。用激光和电弧复合焊接方法来焊接铝合金时,激光与电弧的相互影响,可以克服单用激光或电弧焊方法自身的不足,产生良好的复合效应。能显著提高焊接效率,这主要基于两种效应:一是高的能量密度导致了高的焊接速度;二是两种热源同时作用在一个相同区域的叠加效应。

双束激光焊

双束激光焊具有相对较宽的焊宽和较低的焊缝深宽比,能提高钥孔的稳定性,可以明显地降低气孔敏感性。

原因在于双束激光焊接时第一束激光产生熔池,并对附近区域进行预热,累积的热量使第二束激光照射该处时,可以熔化更多的母材,从而形成较宽的焊缝。此外,由于第二束激光能可以把第一束激光形成的钥孔后壁气化,避免了钥孔的塌陷,所以形成气孔的几率就要小一些。

搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊利用高速旋转的搅拌头和轴肩与金属摩擦生热使金属处于塑性状态,随着搅拌头向前移动,金属向搅拌头后方流动、填充、形成致密焊缝,是一种固相焊接方法。

优点:

1、焊接接头质量好

焊接接头不易产生熔焊时凝固过程中出现的裂纹、气孔等缺陷;焊接温度低于铝合金熔点,能得到与母材组织相近的接头且工件变形小;焊后没有色泽变化。

2、成本低

不需填充材料和保护气体;对装配精度要求不高,焊前准备工序简单;厚板焊接不需开坡口;接合机构简单、易于管理、节能。

3、不产生飞溅或难闻的气体

也不发生紫外线或红外线等有害光线。

缺点是:因焊接时需要施加较大的顶锻压力和向前驱动力,工装设备较为复杂;焊接缺陷需要固相焊接方法补焊。

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