铝及铝合金的焊接方法

2.3 焊后清洗
钎焊后的工件在20％左右的硝酸溶液中清洗，可以得到满意的清洗效果。
3 钎焊接头性能
3.1 钎焊接头机械性能和金相组织
钎焊接头按国标GB2651-89、GB2653-89进行拉伸和弯曲试验，钎焊接头的抗拉强度为100MPa，冷弯角为145°，拉伸试样断裂部位都在母材，表明钎缝的强度比母材高，弯曲试验表明钎焊接头塑性较好。分析钎缝的金相组织，该组织为典型的α～A1＋Si共晶组织，但由于铝硅锶镧钎料中锶镧的变质作用，共晶硅由粗大片状变成细粒状，所以钎焊接头机械性能得到提高。
图1 散热器示意图
氟化物钎剂具有不吸潮，钎渣难溶于水，去膜能力强，钎缝致密性好，钎焊接头耐蚀性好等特点［1］，但钎剂配制质量的好坏直接影响钎焊质量的好坏，而成品氟化物钎剂具有长期稳定的活性［2］。铝硅锶镧钎料流动性能、机械性能、耐腐蚀和镀覆性能均良好［3］。本工艺采用成品氟化物钎剂，配合铝硅锶镧钎料，在空气炉中钎焊散热器，取得良好效果。
铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大约一倍，易产生较大的焊接变形和应力，加上某些杂质或合金元素的不利影响，在刚性较大的接头中将导致产生裂纹。2.5烧穿和塌陷
铝及铝合金由固态转变为液态时.由于没有明显的颜色变化，所以，不易判断熔池的温度。焊接时，常因温度过高不易被察觉而导致烧穿或严重塌陷。
3焊前准备3.1坡口加工采用机械加工法
（3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5%~6%时可不产生热裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5%~6%)焊丝会有更好的抗裂性。
铝和氧的亲和力很强。在常温下，铝表面就能被氧化成厚度约0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。虽然这层氧化铝薄膜比较致密，能防止金属的继续氧化，对自然防腐有利，但它给焊接带来了困难，这是由于氧化铝的熔点(2050℃)远远超过了铝的熔点(600℃左右)，比重约为铝的1.4倍。在焊接过程中，会阻碍金属之间的熔合，易形成夹渣，而且氧化铝薄膜还吸附了较多的水份，焊接时会促使焊缝生成气孔。2.2较大的导热系数和比热容
4焊接工艺4.1焊接材料的选择
焊丝原则上选择与母材成分相同的铝及铝合金焊丝或板条。氩气纯度＞99.95%，尽量选用大直径焊丝。在Al-Mg系铝合金的弧焊中，通常都是推荐使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊条，对Al-Cu系铝合金则推荐用01201和01217。4.2组对与点固焊
铝的导热系数约为钢的四倍，因此，焊接铝材管时，比钢管焊接要消耗更多的热量，为得到高质量的焊接接头，必需采用能量集中，功率大的热源。2.3易形成氢气孔
铝及铝合金的焊接气孔主要氢气孔。铝在液态时能大量吸收和溶解氢，在熔融状态下溶解度为0.0069ml/g，而在高温凝固状态下为0.00036 ml/g，前后相差近20倍。铝的导热系数很大，在相同的焊接工艺条件下，其冷却速度为钢的4～7倍，使金属结晶加快，焊接熔池在快速冷却过程中，氢的溶解度急剧下降，此时析出大量过饱和气体，氢气来不及析出在焊缝金属中形成气孔。因此，在焊接铝材时，焊缝产生气孔的倾向很大。2.4易形成热裂纹
铝及铝合金的焊接方法
1．铝及铝合金的焊接特点
（1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。
焊机必须是交流TIG焊机，具有陡降的外特性和足够的电容量。并且有参数稳定、调节灵活和安全可靠的使用性能，还应具有引弧、稳弧和消除直流分量装置，焊机上电流、电压表应经计量部门鉴定合格，焊机在使用前，先检查接地是否完好，冷却水路和气路是否畅通，其各项功能须确保能正常工作。焊接场所应保持清洁。除应有防风、防雨雪设施外，还应保证焊接时的相对湿度≤80%，环境温＞5℃。
加工后的坡口表面应平整、无毛刺和飞边。坡口的形式一般为V型，无钝边，坡口角度70～75℃为宜。不同壁厚的对接焊应有14O的过渡段。3.2焊前准备
焊前将焊丝、焊管坡口及其坡口内外各30～50mm范围内的油污和氧化膜清除掉，清除顺序和方法如下：用丙酮或四氯化碳等有机溶剂去除表面油污，坡口内外两侧清除范围应不小于50mm。清除油污后，焊丝采用化学法，坡口易采用机械法，试管也采用化学法清除表面氧化膜。机械方法，是坡口及其附近表面可用锉削、刮削、铣削或用0.2mm左右的不锈钢丝刷清除至露出金属光泽，两侧的清除范围距坡口边缘应不小于30mm，使用的工具定期脱脂处理。化学法。是用约70℃5～10%的NaOH溶液浸泡30～60秒后，或用常温5～10%的NaOH溶液浸泡3分钟。接着用约15%的HNO3(常温)浸泡2分钟左右后用温水清洗。或用冷水冲洗，再使其完全干燥。对已经可靠表面处理、并未被氧化或受污染的焊丝，不再进行上述处理可直接使用。清理好的坡口及焊丝，在焊前不应再被玷污，若无有效的防护措施，应在8小时内施焊。否则应重新进行清理。管道组对时，应做到内壁平齐，无毛刺、粒屑，其错边量应符合b≤0.5mm。内部不加衬圈焊口，要求间隙尽可能等于零，特别是仰焊部位，管内壁应倒1～1.5mm的圆角。3.3焊机的注意事项及其它
（6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能下降。
（7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。
（8）铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。
2．焊接方法
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）
由于铝及铝合金管导热快、熔池结晶快，所以.组对时不留间隙、钝边，应避免强制进行，以减少焊接后产生较大的残余应力，定位焊缝长度10-15mm为易。定位焊位置在管的7点、9点、12点处。定位焊焊缝常做为正式焊缝保留，因此发现问题应及时处理。焊前对定位焊表面黑粉、氧化膜进行清除，并将两端修成缓坡型。焊件不需要预热.焊前在试板上试焊，当确认无气孔后再进行正式焊接。采用高频引弧，起弧点应越过中心线20mm左右，并停留不动约2-3秒，见图1。然后在保证焊透的情况下，采用大电流、快速焊。焊丝不摆动，焊丝端部不应离开氩气保护区。如离开氩气保护区.焊丝端部应剪掉。焊丝与焊缝表面的夹角宜在15O右。焊枪与焊缝表面的夹角宜保持在80O～90O之间，如图2。为增大氩气保护区和增强保护效果，可采用大直径焊枪瓷嘴，加大焊枪氩气流量。当喷嘴上有明显阻碍氩气气流流通的飞溅物附着时。必须将飞溅物清除或更换喷嘴。当钨极端部出现污染，形状不规则等现象时.必须修整或更换。钨极不宜伸出喷嘴外。焊接温度的控制主要是焊接速度和焊接电流大小的控制。试验结果表明，大电流、快速焊能有效防止气孔的产生。这主要是由于在焊接过程中以较快速度焊透焊缝，熔化金属受热时间短，吸收气体的机会少。收弧时，注意填满弧坑,缩小溶池,避免产生缩孔,终点的结合处应焊过20~30mm。停弧后，要延迟停气6秒。可旋转的铝及铝合金管对接平焊时.焊炬应处于稍带上坡焊位置。这样有利于焊透。厚壁管子底层焊时。可不填加焊丝。但以后的焊层需加焊丝。
（2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。
5焊接检验
按HGJ222--92《铝及铝合金焊接技术规范》对所有焊缝进行表面和射线探伤检查。6实施效果
采用上述焊接工艺，实际的焊接施工中气孔和烧穿问题得到了有效的解决。焊接探伤合格率达到了97%。当然还存在背面成型问题，这主要依靠操作者的感觉，对操作者的技术要求较高。
铝散热器空气炉中钎焊工艺及设备
本所某大功率合成设备用散热器(图1)，该结构的散热器体积较大，壁厚相差大。曾采用盐浴钎焊(外协)加工，但发现焊后清洗困难且清洗后的散热器易吸潮而引起腐蚀。
（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。
（5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。
1 钎焊设备
1.1 钎焊炉的主要结构组成
该炉由控制系统、可动炉体和推车三部分组成，如图2所示。