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铝制品及铝合金在焊接过程中可能出现的问题

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铝制品及铝合金在焊接过程中可能出现的问题

发布日期:2017-07-12 00:00 来源:http://www.zssunker.com 点击:

在铝合金激光焊接过程中,小孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率,焊件可以获得更多的能量。但由于低熔点合金元素的蒸发,使得光致等离子体易于过热和扩展,小孔的稳定性差,从而影响焊缝成形和接头的力学性能,并且容易产生气孔等焊接缺陷,所以小孔的诱导和稳定成为研究的一个重点。


铝及其合金因具有良好的耐蚀性、导电性、导热性和高的比强度而广泛应用于工业领域,在产量上是仅次于钢铁的第二类金属材料。近年来,随着铝合金在汽车、造船、国防、航空航天、娱乐和体育器材等制造领域越来越广泛的运用,铝合金焊接技术也在突飞猛进地发展,其表现可归为3方面。


其一,基于对传统焊接技术的改进和创新而出现的新型铝合金焊接技术,如低频调制型脉冲MIG焊、交流MIG焊、双焊枪TIG焊、穿孔型等离子弧立焊等;

其二,高能密度焊接技术在铝合金焊接领域的进一步推广和应用,如电子束焊、YAG激光焊等;

其三,搅拌摩擦焊在铝合金焊接领域中的出现。

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一、强的氧化能力 铝与氧的亲和力很强,在空气中极易与氧结合生成致密而结实的AL2O3薄膜,厚度约为0.1μm,熔点高达2050℃,远远超过铝及铝合金的熔点,而且密度很大,约为铝的1.4倍。在焊接过程中,氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合,并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分,焊接时会促使焊缝生成气孔。这些缺陷,都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量,焊前必须严格清理焊件表面的氧化物,并防止在焊接过程中再氧化,对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护,这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。具体的保护措施是:1、焊前用机械或化学方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物; 2、焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护; 3、在气焊时,采用熔剂,在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。


 二、铝的热导率和比热大,导热快 尽管铝及铝合金的熔点远比钢低,但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大,比钢大一倍多,在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部,为了获得高质量的焊接接头,必须采用能量集中、功率大的热源,有时需采用预热等工艺措施,才能实现熔焊过程。


 三、 线膨胀系数大 铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时体积收缩率达6.5%-6.6%,因此易产生焊接变形。防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外,采用适宜的焊接工装也是非常重要的,焊接薄板时尤其如此。


另外,某些铝及铝合金焊接时,在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大,往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。这是铝合金,尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。在实际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计,选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序,采用适应母材特点的焊接填充材料等。


 四、容易形成气孔 焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷,尤其是纯铝和防锈铝的焊接。氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因,这已为实践所证明。氢的来源,主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分,其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分,以焊缝气孔的产生,常常占有突出的地位。 铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体,在高温下溶入的大量气体,在由液态凝固时,溶解度急剧下降,在焊后冷却凝固过程中来不及析出,而聚集在焊缝中形成气孔。为了防止气孔的产生,以获得良好的焊接接头,对氢的来源要加以严格控制,焊前必须严格限制所使用焊接材料(包括焊丝、焊条、熔剂、保护气体)的含水量,使用前要进行干燥处理。

清理后的母材及焊丝最好在2-3小时内焊接完毕,最多不超过24小时。TIG焊时,选用大的焊接电流配合较高的焊接速度。MIG焊时,选用大的焊接电流慢的焊接速度,以提高熔池的存在时间。Al-Li合金焊接时,加强正、背面保护,配合坡口刮削,清除概况氧化膜,可有效地防止气孔。 


五、焊接接头容易软化 焊接可热处理强化的铝合金时,由于焊接热的影响,焊接接头中热影响区会出现软化,即强度降低,使基体金属近缝区部位的一些力学性能变坏。对于冷作硬化的合金也是如此,使接头性能弱化,并且焊接线能量越大,性能降低的程序也愈严重。针对此类问题,采取的措施主要是制定符合特定材料焊接的工艺,如限制焊接条件,采取适当的焊接顺序,控制预热温度和层间温度,焊后热处理等。对于焊后软化不能恢复的铝合金,最好采用退火或在固溶状态下焊接,焊后再进行热处理,若不允许进行焊后热处理,则应采用能量集中的焊接方法和小线能量焊接,以减小接头强度降低。 


六、合金元素蒸发和烧损 某些铝合金含有低沸点的合金元素,这些元素在高温下容易蒸发烧损,从而改变了焊缝金属的化学成分,降低了焊接接头的性能。为了弥补这些烧损,在调整工艺的同时,常常采用含有这些沸点元素含量比母材高的焊丝或其他焊接材料。


 七、铝在高温时的强度和塑性低 铝在370℃时强度仅为10Mpa,焊接时会因为不能支撑住液体金属而使焊缝成形不良,甚至形成塌陷或烧穿,为了解决这个问题,焊接铝及铝合金时常常要采用垫板。


 八、焊接接头的耐腐蚀性能低于母材 热处理强化铝合金(如硬铝)接头的耐腐蚀性的降低很明显,接头组织越不均匀,耐蚀性越易降低。焊缝金属的纯度或致密性也影响接头耐蚀性能。杂质较多、晶粒粗大以及脆性相析出等,耐蚀性就会明显下降,不仅产生局部表面腐蚀而且经常出现晶间腐蚀,此外对于铝合金,焊接应力的存在也是影响耐蚀性的一个重要因素。


 为了提高焊接接头的耐蚀性,主要采取以下几个措施: 1、改善接头组织成分的不均匀性。 主要是通过焊接材料使焊缝合金化,细化晶粒并防止缺陷;同时调整焊接工艺以减小热影响区,并防止过热,焊后热处理。 2、消除焊接应力,如局部表面拉应力可以采用局部锤击办法来消除。 3、采取保护措施,如采取阳极氧化处理或涂层等。 九、无色泽变化,给焊接操作带来困难。


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