铝及铝合金的焊接课件.ppt

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1、铝及铝合金的焊接江苏油田焊接培训中心孙浩江苏石油勘探局职工培训处1.概述铝合金由于重量轻、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。因此，铝及铝合金除广泛的应用于越来越多的领域。但铝合金焊接易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题。此类材质是被公认为焊接难度较大的被焊接材料。因此，解决铝及铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中必须解决的问题。2铝及铝合金的理化性能及焊接特点易氧化铝和氧的亲和力很强。在常温下，铝表面就能

2、被氧化成厚度约0.1～0.2mm致密的Al2O3薄膜。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。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。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。焊接前应该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。较大的导热率和比热容铝的导热率和比热容约为碳素

3、钢和低合金钢的两倍多，是奥氏体不锈钢的十几倍。焊接过程中，大量的热能被迅速传导到基体金属内部，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。有时也可以采用预热等工艺措施。易产生热裂纹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和热裂纹的措施。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

4、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。铝及铝合金固液转态时不明显铝对光、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，容易焊穿或严重塌陷。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，固态几乎不溶解氢。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

5、～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。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。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。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。2.焊接方法几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝

6、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）。铝合金焊接的几种

7、先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光-电弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。氩弧焊是焊接铝及铝合金较完善的方法，由于氩气的保护作用和氩离子对氧化膜的阴极破碎作用，氩弧焊可以不用焊剂，这就避免了焊后残渣对接头的腐蚀，此外，焊接时氩气流对焊接区的冲刷，使接头显著冷却，从而改善了接头的组织和性能，但是由于不用焊剂，焊接清理的要求比其他焊接方法要严格一些。氩弧焊可以采用钨极或熔化极，手工或自动（半自动），方法选择是根据工件结构大小或生产

8、条件决定。薄板结构一般用手工钨极氩弧焊，厚板用熔化极氩弧焊，钨极手工氩弧焊时一般使用交流电源，熔化极氩弧焊采用直流电源。3.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