铝及铝合金MIG焊接工艺

铝及铝合金MIG焊接工艺

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”;

(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;

(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 条（硅含量4.5%～6%)焊丝会有更好的抗裂性;

（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;

(6)合金元素易蒸发、烧损,使焊缝性能下降;

(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 铝合金焊接的难点

铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上; 铝合金焊接有几大难点:

①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍;

②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺;

③铝合金焊接容易产生气孔;

④铝合金焊接易产生热裂纹;

⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形; ⑥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2～4 倍; 因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法;

3 铝合金MIG 焊对焊接设备的要求:

3.1. 直流CV 焊接电源或脉冲电源

3.2. 送丝机构及推拉式焊枪

3.3. 铝焊接用导电嘴(孔径比碳钢用稍大)

3.4. 连接电缆

3.5. 100% Ar 及流量计(也有Ar+He 混合气)

4 焊接材料

大多数的铝金材料是可以用气体金属电弧焊或钨极气体电弧焊来进行焊接,不同的焊接材料选用如下：本国牌号

纯铝丝301

铝锰合金丝321

铝镁合金丝331

铝硅合金丝311

根据焊接工件材料牌号,选用相同焊丝材料牌号进行焊接,可以获得优良的焊接质量

5 母材和焊丝的清理

铝及铝合金焊件在焊前应对其表面进行清理;目的是去除氧化膜和油污,以防止在焊缝中产生气孔和夹渣; 生产中常用的清理方法有清理油污和去氧化膜两道工序;

1)油污的清理

对工件表面的油污,可以用汽油、四氯化碳、三氯乙烯和丙酮等擦拭,擦拭时宜采用清洁白布蘸上溶剂清理,注意不得用棉纱;

2)氧化膜的清理表面氧化膜利用上述溶剂清理是无效的,只能采用化学清洗和机械清理;

a.化学清洗是使用碱和酸清洗工件表面,该法既可去除氧化膜,还可以除油污,具体工艺过程如下：

体积分数为6%～10%的氢氧化钠溶液,在70℃左右浸泡0.5min→水洗→体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡1min进行中和处理→水洗→温水洗→干燥;

洗好后的表面为无光泽的银白色;

b.机械清理可以采用风动或电动铣刀,还可以采用刮刀、锉刀等工具;对于较薄的氧化膜也可采用不锈钢丝刷或细钢丝刷子刷,直到露出金属光泽;

清理后最好立即施焊,如果停放时间超过4h,应重新清理;

对于焊丝清理更为重要;焊丝的供应状态应是清理干净和经光亮处理的盘丝焊丝,通常采用塑料袋密封包装;每当开封后应尽快用完;否则污染的焊丝难以再用;

6 焊前准备工作：

6.１工件清洁,焊接部位处必须打磨干净,以去除氧化膜,可用砂轮机安装铜丝轮或不锈钢丝轮打磨焊接处边缘部位,约为10～15mm 范围,至光洁金属为止;

6.２确保送丝稳定,减少送丝阻力,是焊接稳定的关键问题;

①焊接送丝较管采用聚四氟乙稀尼龙软管,使送丝滑动顺畅,且有一定硬度耐磨;

②送丝机采用双主动轮送丝,且必须安导丝管(前主动轮与焊枪接头处)管中心与送丝轮槽对中,且对准送丝轮上切点,安装精确,（可克服焊丝顶弯现象);

③采用U 型槽送丝轮,稍压紧即可;

④专机自动焊接,应使用直枪,减少焊枪R 角送丝阻力;

⑤由于铝丝导电性良好,使用焊丝 1.2mm 时应使用 1.6mm 导电咀,(配用铬锆铜导电咀);

⑥保护气体采用隋性气体氩气,为使保护效果良好,应采用纯氩99.99%气体,也可采用混合气体保护;