气焊焊铝怎么焊

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(1)要求火焰能率高 铝和铝合金的热导率、比热容都很大,因此要求大功率和能量集中的热源.因此气焊的火焰能率要大,有时需要对焊件进行预热来满足工艺要求.
(2)氧化能力强 氧与铝的亲和力大,其al2o3膜致密结实,厚度约0.1μm,密度为铝的1.4倍,熔点为2050℃.焊接时氧化膜包覆着熔滴及熔化金属,阻碍填充金属与母材的熔合,易造成未熔合、夹渣和成形不良.同时氧化膜还会吸附水分,使焊缝易出现气孔.所以,焊前要严格清理金属表面,焊接过程中对熔池及高温金属要有效保护,防止再氧化.
(3)容易产生气孔液态铝不溶解氮,但可以溶解大量的氢,而在固态时氢在铝中的溶解度几乎等于零.当熔池快速冷却时,氢的溶解度急剧下降,在凝固点由0.69cm3/100g下降到0.036cm3/100g.来不及逸出的氢在焊缝中集聚成气孔.
铝及铝合金焊接时产生的气孔有三种:
1)分散气孔 常出现在焊缝截面中,数量多、尺寸小(<0.2mm)、呈弥散状分布,试样断口上呈圆形高白色的点.焊接气氛中所含的水分是产生这种氢气孔的原因.纯铝比铝镁合金更容易产生这种气孔.
2)集中气孔 往往分布在熔合线附近,尺寸大,断面为圆形,内壁光滑;呈亮白色或金黄色(油污氧化引起).母材表面及坡口未去净的氧化膜所吸附的水分是产生这种氢气孔的原因.铝镁合金比纯铝容易形成吸水强、疏松、厚的表面氧化膜层,所以,集中气孔比纯铝严重.
3)热影响区气孔 分布于热影响区表面,含镁量较高的铝镁合金易产生此种气孔,并且有时形成连续的凸起鼓胀现象.这是由于高温下氢压的作用,使氢向热影响区扩散而形成气孔.
(4)易产生热裂纹 铝的线膨胀系数大、凝固收缩率大、导热快、加热时间长、受热面积大,所以,焊接变形及应力大.而高温时塑性差,在640～650℃时δ<0.6%,在350～400℃时σb≤10mpa,某些铝合金易形成低熔点共晶物,因此容易产生裂纹.
(5)焊接接头性能下降 铝合金中所含的合金元素mg、zn、mn等高温下易烧损,使焊缝性能下降.热影响区由于受热软化,若纯铝板在冷作硬化状态下焊接,接头强度会下降,热处理强化铝合金软化更严重,接头强度只有母材的40%～50%.
(6)易产生焊缝塌陷和烧穿 由于铝及铝合金高温时强度比较低,固液态转变时没有显著的颜色变化,而且熔池表面又有一层氧化膜,焊接时很难判断熔化情况,所以熔池温度很难掌握,稍不注意就会塌陷乃至烧穿.
气焊铝及铝合金时,材料的相对焊接性见表2.
表2气焊铝及铝合金的相对焊接性
工业纯铝 铝锰合金 铝镁合金 硬铝
适用厚度范围/mm
l1～l7 lf21 lf5、lf6 lf2、lf3
ly11、ly12
适宜范围 厚度界限
好 好 差 尚可 差 0.5～10 0.3～25
2.气焊铝及铝合金用焊丝与焊剂
气焊铝及铝合金时,一般应选用与母材化学成分相近的焊丝,也可用母材切条为填充金属.常用的焊丝牌号及化学成分见表3-42.选用焊丝时必须考虑到抗裂纹性能、耐腐蚀性能和接头力学性能.
铝及铝合金焊前虽然经过清理,但其表面氧化膜有可能清除不干净,焊接时又会产生新的氧化膜.所以,焊接时应采用熔剂,清除熔池中的氧化膜和其它杂质,提高熔化金属的流动性,使焊接顺利并保证质量和成形.气焊铝及铝合金常用熔剂配方见表3.
表3 气焊铝及铝合金熔剂的配方(质量分数)(%)
组成
铝块
晶石 氯化钠 氯化钾 氯化钡 氯化锂 氟化钠 氟化钙
硼砂 其它
cj401 — 27～30 49.5～52 — 13.5～15 7.5～9
— — —
1 — 19 29 48 — — 4 — —
2 30 30 40 — — — — — —
3 20 — 40 40 — — — — —
4 — 45 30 — 10 15 — — —
5 — 27 18 — — — — 14 硝酸钾41
6 — 20 40 20 — 20 — — —
7 — 25 25 — — — — 40 硫酸钠10
8 4.8 — — 33.3 19.5 — 14.8
氧化镁2.8
氟化镁24.8
9 — — — 70 15 氟化锂15 — — —
10 硝酸钾28 9 3 — — — — 40 硫酸钾20
11 4.5 40 15 — — — — — —
12 20 30 30 — — — — — —
3.铝及铝合金气焊的工艺要求
(1) 严格清除焊件接头处及焊丝表面的氧化膜和油污.清理方法有化学清理和机械清理两种.较小焊件及焊丝适于化学清洗,尺寸较大的焊件常用机械方法清理,其工艺见表4.焊件及焊丝经清理后在存放过程中会重新生成氧化膜,所以,应缩短清理后至焊接前的存放时间,干燥环境间隔时间不超过24h,潮湿环境不超过4h, 否则应重新清理氧化膜.采用抛光处理焊丝并用塑料密封,保存期可达半年.
表4铝及铝合金的焊前清理
工序 除油 碱洗 冲洗
溶液ω/% 温度/℃ 时间/min
化学清洗法
纯铝
汽油、煤油、丙酮等除油剂
naoh
6～10 40～60 ≤20 流动清水
铝镁、
铝锰合金 ≤7
工序 中和光化 冲洗 干燥
溶液φ/% 温度/℃ 时间/min
化学清洗法
纯铝 hno3
30
室温或
40～60 1～3 流动清水
风干或
低温干燥
铝镁、铝
锰合金
机械法
用丙酮或汽油进行表面除油,随后用φ0.15mm丝径的铜或不锈钢丝刷子刷,直至露出金属光泽为止.也可以用刮刀清理焊件表面
(2)坡口形式及尺寸 气焊铝及铝合金的坡口形式及尺寸见表5.
气焊铝及铝合金时,不宜采用搭接接头和t形接头.因为这种接头易残留熔剂和焊渣,不便焊后清除,使接头耐腐蚀性下降.
为保证焊件焊接时既焊透而又不塌陷和烧穿,可以采用垫板.垫板可用不锈钢板、碳素钢板或石墨板.当单面焊双面成形时,应在接触介质一面施焊.
(3) 合理选择焊丝与熔剂 sa1si5是一种通用焊丝,焊缝金属流动性好,抗裂纹性能高,并能保证一定的力学性能,除铝镁合金外,常采用此焊丝.因铝镁合金采用sa1si5焊丝时,会在晶间析出mgsi脆性化合物,使接头塑性和抗腐蚀性能下降,甚至引起裂纹,焊接铝镁合金时应采用sa1mg5ti焊丝.
表5铝及合金气焊坡口形式与尺寸
板厚
/mm
施焊
方法
坡口
名称 坡口形式 尺寸
b/mm p/mm
α/(°)
≤2 单面焊 卷边 — — —
≤5 单面焊 i型 1～1.5 — —
5～10 单面焊 v型 2～4 0.5～2 65±5
气焊熔剂有含锂和不含锂两类,含锂的熔剂熔点较低,熔渣的熔点、粘度也较低,焊后易清除,但价格高,吸潮性强,应以干粉状加入熔池.不含锂的熔剂价格低,但熔点高,熔渣粘度大,易夹渣,适于较高温度下焊接用.
气焊角接及搭接接头时,由于熔渣不易清除干净,建议选用表3中序号7熔剂.铝镁合金焊接不宜采用含钠熔剂,可采用表3中序号8、9号熔剂.
(4)气焊铝及铝合金时应采用中性焰或乙炔稍多的中性焰,严禁采用氧化焰.焊接薄板时火焰能率稍小,焊接厚板时火焰能率应大.其板厚与焊炬的使用见表6.
由于铝及铝合金高温固液态转变时没有明显的颜色变化,所以熔化情况不易掌握.当加热表面由光亮银白色变成暗淡的银白色,表面氧化膜起皱,加热处金属有波动现象时,即达熔化温度,可以施焊;用蘸有熔剂的焊丝端头触及加热处有粘性,焊丝与母材能熔合时,即达熔化温度,可以施焊;母材边棱有倒下现象时,母材达熔化温度,可以施焊.
表6气焊铝及铝合金的焊炬与板厚关系
板厚/mm 1.2 1.5～2.0 3.0～4.0
焊炬型号 h01-6 h01-6 h01-6
焊嘴号 1 1～2 3～4
焊嘴孔径/mm
0.9 0.9～1.0 1.1～1.3
焊丝直径/mm
1.5～2.0 2.0～2.5 2.0～3.0
板厚/mm 5.0～7.0
7.0～10.0
10.0～20.0
焊炬型号 h01-12 h01-12 h01-20
焊嘴号 1～3 2～4 4～5
焊嘴孔径/mm
1.4～1.8 1.6～2.0 3.0～3.2
焊丝直径/mm
4.0～5.0 5.0～6.0 5.0～6.0
当气焊薄小件时采用左焊法,厚度较大焊件采用右焊法.
气焊3mm以下薄件时,焊炬倾角为20°～40°,气焊厚件时,焊炬倾角为40°～80°,焊丝与焊炬夹角为80°～100°.
(5)预热 气焊薄小件时,一般不需要预热,厚度大于5mm及结构复杂件,应进行局部或整体预热,温度为150～300℃
(6)定位焊 采用比正式焊接稍大的火焰,焰芯距焊件表面3～5mm,焊炬与焊件夹角为50°左右.较长焊缝从中间向两端定位焊,环缝对称定位焊,一般要求见表7和表8.
(7)焊炬操作 气焊铝及铝合金时,焊炬可以上下跳动前进或平直前进,见图1.
气焊3mm以下薄件时,焊炬上下跳动前进,跳动幅度为3～4mm,焰芯尖端距焊件3～5mm,焊丝做反向的跳动;气焊厚大件时,焊炬平直前进,焰芯尖端距焊件表面3～5mm,焊丝上下跳动,拨开氧化膜,搅动熔池.
表7铝及铝合金板定位焊要求(mm)
板厚 <1.5 1.5～2.0 3～4 5～7
定位焊间距
10～30 30～50 50～70 80～100
定位焊缝长度
5～8 6～10 10～15 20～30
焊点高度 1～1.2 1.2～2 2.5～3 3～5
板厚 7～10 10～16 >16
定位焊间距
100～120 120～180 180～240
定位焊缝长度
30～40 40～50 50～60
焊点高度 3～5 5～7 6～8
管材直径
壁厚(δ)
定位焊位置及数量
定位焊缝长度
定位焊缝高度
≤18 1～3.5
对接定位焊 2处
5～10 ≤δ
25～55 1.5～5
对称定位焊 3处
10～20
δ～2/3δ
75～120 2.5～10
对接定位焊 4处
30～40
δ～2/3δ
(8) 焊后处理 焊后残存在焊缝及附近的熔剂和焊渣要及时清理干净,否则会腐蚀焊件.清理方法为:先在60～80℃热水中用硬毛刷洗刷焊接接头,重要构件洗刷后再放入 60～80℃、质量分数为2%～3%的铬酐水溶液中浸泡5～10min,然后再用硬毛刷仔细洗刷,最后用热水冲洗干洗.
清理后若焊接接头表面无白色附着物即可认为合格,或用质量分数为2%硝酸银溶液滴在焊接接头上,若没有产生白色沉淀物,即说明清洗干净.
铸造铝合金补焊后为消除内应力,可进行300～350℃退火处理.
4.铝及铝合金的气焊实例
铝冷凝器端盖的气焊,其结构见图2,材料为lf6,焊接工艺要点如下:
图1气焊铝及铝合金时焊炬的运动方式
a)上下跳动前进;b)平直前进
1)采用化学清洗的办法(见表4)将接管、端盖、大小法兰、焊丝清洗干净.
图2铝冷凝器端盖示意图
2)焊丝选用sa1mg5ti,φ4mm,熔剂选用cj401.用气焊火焰将焊丝加热,在熔剂槽内将焊丝蘸满cj401备用.
3)采用中性焰,右向焊法焊接.焊炬选用h01-12,选用3号焊嘴.
4)焊接小法兰盘与接管.用气焊火焰对小法兰均匀加热,待温度达250℃左右时组焊接管.定位焊两处,从第三点进行焊接.为避免变形和隔热,在预热和焊接时小法兰盘放在耐火砖上.
5)焊接端盖与大法兰盘.切割一块与大法兰盘等径的厚度20mm的钢板,并将其加热到红热状态,将大法兰盘放在钢板上,用两把焊炬将其预热到300℃左右,快速将端盖组合到大法兰盘上.定位三处,从第四点施焊.焊接过程中保持大法兰盘的温度,并不间断焊接.
6)焊接接管与端盖焊缝,预热温度为250℃
7)焊后清理:先在60～80℃热水中用硬毛刷刷洗焊缝及热影响区,再放入60～80℃、质量分数为2%～3%的铬酐水溶液中浸泡5～10min,再用硬毛刷刷洗,然后用热水冲洗干净并风干.