铝及铝合金熔化极氩弧焊工艺.pdf

电气 牵 引2 0 0 1第 2期 总 第 1 0 2期 铝及 铝 合金熔 化极 氩 弧焊 工艺 湘潭电 机集团 ， 、 司 技术中 ． 4 1 1 1 0 1 陈部 湘 李利 民 【 摘要】本 文介 绍 了铝 及铝 台 盘 熔化 彀氲 弧 焊 工艺 ， 提 出了 铝 及铝 台 盘 氩弧 焊焊 接 材料 、 焊 接 设 备 、焊接 工 艺 参数 的选 择 原 则 ，以及焊 接 接头 质量 要求 、 安 拄 环保 措 施 。 解决 了铝 及铝 台盘 焊 接 时 雌熔 合 ，易 产生 热 裂纹 和气 孔等 缺 陷 。保 证 了焊 接接 头练 台 性 驻 良好 ． 【 美誓 词】 氩 弧 焊 工 艺铝 及铝 台金 l 前言 铝 及铝合金具 有较高 的 比强 度 、良好 的 耐蚀 性 、 导 电性 和 导 热性 等 优 点 ．被 广 泛 用 于各类 结构 中。近几 年来 ，随着 我厂新产 品 不断开发 ，厚 的铝及 铝 合金 主要 为 6 ram 以 上 L F6纯 铝 焊 接 越 来 越 多 。焊接 过 程 中存 在 的主要 问题有 焊 缝 中 的气孔 和焊缝 表面发 黑 、成形差 、接头性 能低等 ；铝 及铝合 金因 其一 系列不 同于钢材 的特性 ，使 得其焊 接性 能变得复杂 和难度太 。焊接这 类材料 最理想 的方法是熔 化极氩弧 焊Ml G焊 。我们制 定 了一套完 整的试验方 案 ，对影 响其焊接 质 量的参 数 ， 如氩气 纯度 、 氩气 流 量、电 流、电 压、焊接材 料 以及焊 前清理情况 等进 行 了大 量的对 比试 验 。 2 内 容 2 ． 1 基 本原 理 2 ． 1 ． 1铝 及 铝合 金 化 学 成分 GB3 1 9 0见 表 1 2 ． 1 ． 2铝及铝 合金 的焊接 特点 1 铝与氧 的亲合 力很大 铝在空 气 中任何 温度下 都会与 氧结合生 成致 密结 实 的 Al z 0 薄 膜 ，Al 0。的熔 点 高 达 2 0 5 0 “C． 远 远超 过铝 及 其 合 金 的熔 点 ， 而 且密 度 大 ， 约 为 铝 的 1 ． 4倍 ， 在 焊接 过 程 中 ， 氧化 铝薄 膜 会 阻碍金 属 间的 良好 结合 ． 并 易 造成夹渣 ， 而且 氧化 膜 吸附水 分 ， 焊接 过程使 焊 缝生成 气 孔 ， 从 而降 低焊 接接 头 的力 学性 能 。因此 ， 为保证焊 接质量 ， 焊 前必须用 机械 方 法 或化 学方 法 严 格 清理 焊 件 表 面 的氧化 物 ， 并在焊 接过程 中， 采用 惰性气 体对熔 化金 属 和处 于高 温下 的金属 进行 有效 的保 护 ， 以 防 止 再 次 氧 化 。 在 氩 弧 焊 时 ， 还 特 别 引用 “ 阴 极 雾 化 ” 作 用 ， 这 是 铝 及 铝 台金 焊 接 的 一 个 重 要 特点 。 裹 1铝 殛铝 台盒 化 学成 分 材 料 主要化学成分 名 称 C u Mg M n F e A】 L2 0 ．0 l 0． 25 0 ．2 0 99 ．6D L3 0．O15 0．3 0 O ．3 O 99 ．50 5． 8 0．5 L F 6 0 ． 1 0 0 ． 4 0 0 ． 4 0 采 ～ 6 ．8 ～ 0．8 2铝具有 较大 的导 热系数和 比热容 铝 及 铝 合 金 导 热 系数 和 比热 容 比钢 大 一 倍 多 ，在焊接 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 及铝合金 比 钢要消耗更 多 的能 量 ，要达 到与 钢相同的焊 速 ， 焊接线 能量为 钢的 2～4倍 ． 为获得高质 量的焊接 接头 ，必 须采用能 量集 中，功率大 的热 源 。 3 容 易形成 热裂 纹 铝 的 高 温 强 度 低 纯铝 在 3 7 0 ℃左 右 时 的 强 度 不 超 过 9 ． 8 M P a 、 塑性 差 纯 铝在 6 4 0 ～ 6 5 6 ℃间的 伸长 率 9 0 LF6 LF6 SA I M g一 5 2 5 2 8 9 7 1 8 3 7 。 LF6 LF6 SA[ M g一 5 1 5 1 9 0 2 1 2 3 3 。 2 ． 2 ． 7氩气 纯度对接头机械 性能影响 见 表 7 表 7 ■气 纯 度对 接头 机槭 性 能影 响 母 材 名称 焊丝 牌号 氩气纯 度 b MP a 8 玲 弯 角 L3 L3 SA I 一 2 99 ．99 7 8 7 2 4 80。 L3 L3 S Al 一 2 9 9 ．9 9 9 8 5 1 3 4 O 9 矿 LF6 LF6 S A[ M g-- 5 9 9 ． 9 9 9 27 6 6 1 0 3 0 。 LF6 LF6 SAI M g-- 5 9 9 ． 9 9 9 2 89 7 1 8 3 7 。 LF6 LF6 S A l 一 1 9 9 ． 9 9 9 2 1 7 2 8 6 0 。 LF6 LF6 SA I Sj 一 1 99． 99 9 2 23 3 l3 7．O 。 LF6 LF6 ER5 3 5 6 9 9 ． 9 9 1 6 4 5 1 3 3 l 。 L F6 LF 6 ER5 3 5 6 9 9 ．9 9 9 2 3 0 8 l 9 4 4 。 2 ． 2 ． 8试 件 表 面 清 理 对 接 头 机 械 性 能 影 响 见 表 8 表 8试 件表 面对 接头 机槭 性能 影 响 母 材名 嚣 焊丝 牌号 表面清 理情 况 o b M P a 8 岭 弯 角 L3 L 3 S AI 一2 清 理 8 S 1 3 4 0 9 0 。 L3 L3 S Al 一2 未 清理 7 8 7 2 4 8 0 。 L F6 LF 6 S A [ Mg --5 清 理 2 8 g 7 1 8 3 7 。 L F6 LF 6 S A[ Mg --5 未 清理 2 0 6 2 1 1 3 2 ． 2 ． 9不 同焊 丝对铝合金接头性 能影响 见表 9 表 9不 同焊 丝对 铝古 盒 接头 性能 影 响 母材 名 嚣 焊丝 牌号 MP a ＆ 玲 弯 角 LF6 LF6 S A ] M g一 5 2 89 7 l 8 3 7 ． 0 。 LF6 L F6 SAI Si 一 1 2 17 2 8 6 ． O 。 LF6 LF6 ER5 3 5 6 2 3 0 8 l 9 4 4 。 L3 L3 S A] 一 2 8 5 1 3 4 0 9 o ． 以上拉伸 和弯 曲试件 ， 断裂位置 均在焊缝 或熔合线上 。 2 ． 2 ． 1 0 金 相 组 织 见 表 1 0 2 ． 2 ． 试件 x 射线探 伤结 果及截面解 析 见表 39 维普资讯 电气 牵 引2 0 0 1第 2期 总 第 1 0 1期 表 1 0铝 及 铝 台金 接 头盒 相 组鲲 母 材 名称 焊丝 牌 号 母材组织 焊 齄 及 热 影 响 区 组 织 n AI 口 Mg z Ab 组 织 与母 材相 同 组 织 较 细小 ， LF6 LF6 SA【 M g一 5 见 照 片 1 1 界 面 明显 见照 片 1 2 ， 1 --3 。 组 织 为 a Mg S i ， 组 织 较 细 小 ， 界 面 不 明显 ． 焊 L F 6 LF 6 S A1 S 一 1 同上 缝 区存 在小 块 初 晶 见 照 片 2 1 ， 2 2， 2 3 。 组 织 与母 材 相 同 ， 组 织 更 细 小 ， 界 面 明 显 见 照 片 L F 6LF6 ER5 3 5 6 同 上 3 1 ， 3 2 。 L3 L 3 S A【 一 2 a A1 见 照片 4 1 与 母材 组 织无 明显差 异 见 照 片 4 2 4 3 。 表 l l 铝 及铝 台 金试 件 x 射蛙 探 伤及 截面 懈 斩 盘弧 流量 母 材 名称 焊丝 牌 号 试 件清 理 情 况 探 伤结 果 及截 面解 析 L／ mi n L 3 L3 S AL一 2 2 5 清 理 步 量气 孔 ，I 级 焊齄 。 L 3 L3 S A】 一2 2 5 未清 理 气 孔 ， 步 量 报部 未熔 台 ． 夹 渣 ，I级 焊 齄 。 L 3 L 3 S A】 一2 1 5 清 理 密 集 型小 气孔 ， ～级 焊 齄 。 LF 6 L F 6 S AI Mg 一5 2 5 清 理 步 量气 孔 ， I级 焊箍 ， L F 6 L F6 S A1 Mg 一5 2 5 未清 理 报 部 未熔 台 、 夹 渣 密集 型小 气孔 ， w级 焊 齄 。 L F 6 L F6 S A1 Mg --5 l 5 清理 气 孔 ， I级 焊齄 ， L F 6 L F6 S AI S i 一1 2 5 清理 断 口灰黑 色 ，日级 焊齄 。 L F 6 L F6 E R5 3 5 6 2 5 清理 少 量气 孔 ， I级 焊 齄 2 ． 3 试 验 结果 分 析 2 ， 3 ． 1从表 9与表 5比较 可知 ，纯铝 I 3采 用 焊 丝 S AI 一2焊接 ，其接 头抗 拉 强度 与母 材 相 当 母 材 8 6 M P a ，接 头 8 5 M P a ， 只是 延 伸 率 稍 差 母 材 8 3 0 ． 7 ， 接 头 8 l 3 ； 主 要 是 由 于 焊 缝 内部 存 在微 孔 聚合 见 表 1 1 ， 以及焊缝 组织含一定 数量 杂质元 素所致 见 表 3 、表 2 ，铝 镁 合金 I F6其 接 头 抗 拉 强 度 采 用 S AI Mg一 5 时 最 高 2 8 5 M P a 采 用 ER5 3 5 6次 之 2 3 0 M P a ，采 用 S A1 S i 一 1较 差 2 1 7 MP a ，但 塑 性 8 、 、冷 弯 角 采 用 ER5 3 5 6最 好 ，采用 S AI Mg～5次 之 ，采 用 S AI S i 一 1较 差 8 { 2 8 ，冷 弯 角 6 ． 0 。 ，与 母 材 相 比其 接 头 抗 拉 强 度 略 低 母 材 3 1 9 MP a ，塑 性 相 差 稍 大 母 材 8 { l 5 ％ ， 主 要 是 由 于 I F6为 Al Mg合 金 ，Mg起 固 溶强化 作用 ， 在焊接 过程 中， Mg烧损 ， 使 焊 缝 中 Mg含量明显低 于母 材 见 表 2 、表 4 。 尤 其 是 采用 S A[ S i 一 1焊 丝 时最 低 ， 加 上 AI Mg合金焊 接 时气 孔倾 目大 ，焊缝 中存 在 40 微 孔聚合 见表 1 1 ，特别是 采用 s AI s i 一1 焊 丝时 ，焊缝 中生成 Mg S i 脆性 组 织 ，故 接 头强 度 和 塑性 较 母 材 低 ， 其 中采 用 ER5 3 5 6 焊 丝 焊 接 接 头 塑 性 较 其 它 两 种 焊 丝 好 ， 是 由 ER5 3 5 6焊 丝 中 加 人 了 0 ． 1 Ti ， Ti 有 细 化 晶 粒 作 用 见 照 片 1 2 ，1 3 ，2 1 2 2 ， 2-- 3， 3 1， 3 2 。 2 ． 3 ． 2 从 表 6 可 知 ， 保 护气体氩 气流量 对接 头性 能有一定 影响 ，特别 是 Al Mg合金 影 响 较大 ，试验 过程 中发 现 ，当氩气 流量低 于 1 5 L／ rai n时 ，焊 缝 严 重 发 黑 ，成 型差 。 随 着 气 体流量增大 ， 接 头的抗拉强度 ， 塑性 提高 ， 尤 其 是 A1 一Mg合 金 提 高 明 显 ，主 要 是 由 于 气体流量增 大 ，焊接过程 中对熔 池保护效 果 增强 ，焊缝 中气 孔 明显减 少 见 表 1 1 。 2 ． 3 ． 3 从表 7可见 ，随着 氩气纯 度提 高 ，接 头的机械性 能提 高 ，主要 是 由于氩气纯 度提 高 ，氩 气 中杂 质元 素 0 含量减 少 ，焊接过程 中合金 元 素烧损 减少 ，弧柱气氛 中 H 含量减 少 ，气 孔 少 。 维普资讯 电气 牵引2 0 0 1第 2期 总第 1 0 2期 2 ． 3 ． 4从 表 8可 知 ， 焊 前 坡 口面 及 两 侧 清理 程 度 影 响 接 头 的 机 械 性 能 ，特 别 对Al Mg合 金影 响较 大 。 从 试件断 口观察可知 ， 焊 前未 清理的接 头 ， 存 在 明显 的根部 未熔舍 ， 夹 渣和 密集型气孔 等缺 陷 ，而焊前 清理 的接头 断 口只 有 少 量 气 孔 见 表 1 1 3环 保措 施 铝及铝合 金 MI G焊 ，因需要 能量较高 ， 焊 接过 程 中会产 生 大量 的紫 外 线和 热 辐射 ， 加上 采用氩气保 护 ，焊接时会产 生臭氧 等有 害气 体 ， 故 焊接时 必须具 有 良好通 风环境 ， 并 配备 抽风设备 ，深度 目镜和厚 的工作服 ，焊 接 场 地 按 下 图 布 置 。 4结论 I 铝 及铝 合 金 MI G 焊 时 ， 所 用保 护 气 体 氩气 纯 度 不 得 低 于 9 9 ． 9 9 ， 对 于 重 要 接 头 可 采 用 纯 度 达 9 9 ． 9 9 9 的 高 纯 度 氢 气 。 2 纯 铝 M I G 焊 时 ， 氩 气 流 量 控 制 在 2 0 2 3 L／ mi n，铝镁 合金 MI G 焊时 ，氩气流 量 控 制 在 2 0 2 5 L／ mi n。 3 铝及 铝舍 金 MI G焊前 ， 坡 口面及 两 佣必 须严格清 除氧化 膜及油 、 水份 等脏物 ， 尤 其上 铝镁 台金更 加注 意清理 4 纯 铝 I 2 、 L3 MI G 焊 采 用 S AI 一 2焊 丝 ；铝镁合金 L F6 MI G 采 用 s AI Mg 一5 重 要 接 头 可选 用 ER5 3 5 6 所 焊 接 头 机 械 性 能 良好 。 5 铝及铝合 金 MI G 焊 ， 采用 直流反极 性 ，熔 滴过 渡以亚 射流过渡 即介 于射流过 渡 和短 路过 渡之 间 的一 种过程形 式 ， 焊接时 采 用 左 焊 法 ，焊 接 电 流 纯 铝 ；2 2 0 ～ 2 8 0 A， I F6 2 2 0 ～ 2 7 0 A{焊 接 电 压 2 4 ～ 2 8 A 通 过 采 用 以 上 规范 ，焊 缝 表 匿 洁 白 ，焊 缝 两侧 有 1 ～2 mm 宽亮 白 “ 保 护带 ” ， 成型美 观 ， 接头性 能 良好 。 配备合理 的环保措 施 ， 成 功地生 产找 出铝 合 金结 构 。 附 铝及铝 合 金金相照 片 4 1 维普资讯