鋁管生產(chǎn)廠家鋁及鋁合金零件的焊接工藝方法

鋁及鋁合金材料密度低，強(qiáng)度高，熱電導(dǎo)率高，耐腐蝕能力強(qiáng)，具有良好的物理特性和力學(xué)性能，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)上。長(zhǎng)期以來(lái)，由于焊接方法及焊接工藝參數(shù)的選取不當(dāng)，焊接時(shí)的常出現(xiàn)缺陷，本文介紹了此類(lèi)金屬零件焊接時(shí)的工藝步驟及其焊接參數(shù)的選取。

　　【關(guān)鍵詞】鋁合金焊接加工工藝

　　鋁及鋁合金材料密度低，強(qiáng)度高，熱電導(dǎo)率高，耐腐蝕能力強(qiáng)，具有良好的物理特性和力學(xué)性能，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)上。長(zhǎng)期以來(lái)，由于焊接方法及焊接工藝參數(shù)的選取不當(dāng)，造成鋁合金零件焊接后因應(yīng)力過(guò)于集中產(chǎn)生嚴(yán)重變形，或因?yàn)楹缚p氣孔、夾渣、未焊透等缺陷，導(dǎo)致焊縫金屬裂紋或材質(zhì)疏松，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量及性能。

　　1 鋁合金材料特點(diǎn)

　　鋁是銀白色的輕金屬，具有良好的塑性、較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，同時(shí)還具有抗氧化和抗腐蝕的能力。鋁極易氧化產(chǎn)生三氧化二鋁薄膜，在焊縫中容易產(chǎn)生夾雜物，從而破壞金屬的連續(xù)性和均勻性，降低其機(jī)械性能和耐腐蝕性能。常見(jiàn)鋁合金母材和焊絲的化學(xué)成分及機(jī)械性能見(jiàn)表1。

　　2 鋁合金材料的焊接難點(diǎn)

　�。�1）極易氧化。在空氣中，鋁容易同氧化合，生成致密的三氧化二鋁薄膜（厚度約0．1－0．2μm），熔點(diǎn)高（約2050℃），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋁及鋁合金的熔點(diǎn)（約600℃左右）。氧化鋁的密度3．95－4．10g/cm3，約為鋁的1．4倍，氧化鋁薄膜的表面易吸附水分，焊接時(shí)，它阻礙基本金屬的熔合，極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，引起焊縫性能下降。

　�。�2）易產(chǎn)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因是氫，由于液態(tài)鋁可溶解大量的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因此當(dāng)熔池溫度快速冷卻與凝固時(shí)，氫來(lái)不及逸出，容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔目前難于完全避免，氫的來(lái)源很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲表面吸附空氣中的水分等。實(shí)踐證明，即使氬氣按GB/T4842標(biāo)準(zhǔn)要求，純度達(dá)到99．99% 以上，但當(dāng)水分含量達(dá)到20ppm時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)大量的致密氣孔，當(dāng)空氣相對(duì)濕度超過(guò)80%時(shí)，焊縫就會(huì)明顯出現(xiàn)氣孔。

　�。�3）焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率約比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形的內(nèi)應(yīng)力，對(duì)剛性較大的結(jié)構(gòu)將促使熱裂紋的產(chǎn)生。

　�。�4）鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大（純鋁0．538卡/Cm．s．℃）。約為鋼的4倍，因此，焊接鋁和鋁合金時(shí)，比焊鋼要消耗更多的熱量。

　　（5）合金元素的蒸發(fā)的燒損。鋁合金中含有低沸點(diǎn)的元素（如鎂、鋅、錳等），在高溫電弧作用下，極易蒸發(fā)燒損，從而改變焊縫金屬的化學(xué)成分，使焊縫性能下降。

　�。�6）高溫強(qiáng)度和塑性低。高溫時(shí)鋁的強(qiáng)度和塑性很低，破壞了焊縫金屬的成形，有時(shí)還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現(xiàn)象。

　　（7）無(wú)色彩變化。鋁及鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時(shí)，無(wú)明顯的顏色變化，使操作者難以掌握加熱溫度。

　　3 鋁合金材料焊接的工藝方法

　　（1）焊前準(zhǔn)備

　　采用化學(xué)或機(jī)械方法，嚴(yán)格清理焊縫坡口兩側(cè)的表面氧化膜。

　　化學(xué)清洗是使用堿或酸清洗工件表面，該法既可去除氧化膜，還可除油污，具體工藝過(guò)程如下：體積分?jǐn)?shù)為6%～10%的氫氧化鈉溶液，在70℃左右浸泡0．5min→水洗→體積分?jǐn)?shù)為15%的硝酸在常溫下浸泡1min進(jìn)行中和處理→水洗→溫水洗→干燥。洗好后的鋁合金表面為無(wú)光澤的銀白色。

　　機(jī)械清理可采用風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)銑刀，還可采用刮刀、銼刀等工具，對(duì)于較薄的氧化膜也可用0．25mm的銅絲刷打磨清除氧化膜。

　　清理好后立即施焊，如果放置時(shí)間超過(guò)4h，應(yīng)重新清理。

　　（2）確定裝配間隙及定位焊間距

　　施焊過(guò)程中，鋁板受熱膨脹，致使焊縫坡口間隙減少，焊前裝配間隙如果留得太小，焊接過(guò)程中就會(huì)引起兩板的坡口重疊，增加焊后板面不平度和變形量；相反，裝配間隙過(guò)大，則施焊困難，并有燒穿的可能。合適的定位焊間距能保證所需的定位焊間隙，因此，選擇合適的裝配間隙及定位焊間距，是減少變形的一項(xiàng)有效措施。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不同板厚對(duì)接縫較合理的裝配工藝參數(shù)如表2。