常用有色金属的焊接课件.pptx
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- 常用 有色金属 焊接 课件
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1、第7章 常用有色金属的焊接 铝及铝合金 常用有色金属 铜及铜合金 钛及钛合金7.1 7.1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接知识目标:知识目标: 1.了解铝了解铝及铝合金及铝合金的性能特点和应用;的性能特点和应用; 2.熟悉铝熟悉铝及铝合金及铝合金的焊接性;的焊接性; 3.掌握铝掌握铝及铝合金及铝合金的焊接工艺。的焊接工艺。能力目标:能力目标: 能够根据铝能够根据铝及铝合金及铝合金的实际条件正确分析他们的的实际条件正确分析他们的焊接性,并可以制定相应的焊接工艺。焊接性,并可以制定相应的焊接工艺。7.1.1 7.1.1 铝及铝合金的分类、成分及性能铝及铝合金的分类、成分及性能铝铝及及铝铝合合金金
2、的的分分类类变形变形铝合金铝合金铸造铸造铝合金铝合金工业纯铝工业纯铝10001000系系热处理热处理强化强化铝合金铝合金非热处非热处理强化理强化铝合金铝合金Al-Mg-SiAl-Mg-Si锻铝锻铝40004000系或系或60006000系系防锈铝防锈铝30003000或或50005000系系硬铝硬铝20002000系系Al-Cu-MgAl-Cu-Mg超硬铝超硬铝70007000系系Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu新型铝合金新型铝合金Al-LiAl-Li系合金系合金铝硅系合金铝硅系合金铝镁系合金铝镁系合金Al-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si铝铜系合金铝铜系合金铝锌系合金铝锌系
3、合金Al-MnAl-Mn合金合金Al-MgAl-Mg合金合金表表7-1 7-1 铝合金分类铝合金分类表表7-2 7-2 常用铝及铝合金的力学性常用铝及铝合金的力学性能能 7.1.2 铝及铝合金的焊接性铝及铝铝及铝合金的合金的焊接性焊接性 焊缝中的气孔焊缝中的气孔 焊接热裂焊接热裂纹纹 焊接接头的焊接接头的“等强性等强性” 焊接接头的耐蚀性焊接接头的耐蚀性 铝及其合金的化学活性很强,表面极易形成难熔氧化膜(铝及其合金的化学活性很强,表面极易形成难熔氧化膜(AlAl2 2O O3 3熔点约为熔点约为20502050,MgOMgO熔点约为熔点约为25002500), ,加之铝及其合金导热加之铝及其合
4、金导热性强,焊接时易造成不熔合现象。由于氧化膜密度与铝的密度接性强,焊接时易造成不熔合现象。由于氧化膜密度与铝的密度接近,也易成为焊缝金属的夹杂物。同时,氧化膜可吸收较多水分近,也易成为焊缝金属的夹杂物。同时,氧化膜可吸收较多水分而成为焊缝气孔的重要原因之一。此外,铝及其合金的线膨胀系而成为焊缝气孔的重要原因之一。此外,铝及其合金的线膨胀系数大,焊接时容易产生翘曲变形。数大,焊接时容易产生翘曲变形。 表表7-3 7-3 部分铝及铝合金的相对焊接性部分铝及铝合金的相对焊接性焊缝焊缝中的中的 气孔气孔 产生产生 原因原因 控制控制措施措施弧柱气氛中水分的影响弧柱气氛中水分的影响 氧化膜中水分的影响
5、氧化膜中水分的影响 减少氢的来源减少氢的来源 控制焊接工艺控制焊接工艺 1.焊缝中的气孔(1) 气孔的分布特征1) 临近焊缝表层的“皮下气孔”。2) 焊缝中部或根部的“密集气孔”。3) 熔合区边界的“氧化膜气孔”。图图7-17-1(2) 气孔的形成原因1) 焊接区内存在氢的来源。2) 铝合金中氢的溶解度存在突变。3) 铝合金熔池凝固速度快。图图7-2 7-2 氩气中水的体积分数氩气中水的体积分数对气孔生成倾向的影响对气孔生成倾向的影响温度/溶解度/(mL/100g) 扩散速度/(c/s)0 0001 191100 0001 291600 0025 471660(固)0035 171660(液)
6、075800 17表7-4氢在铝中的溶解度和扩散速度(3) 气孔的防止措施1) 清除材料表面的氧化膜和污染物。2) 降低气氛中的水分。图图7-3 7-3 铲根对铝镁合金铲根对铝镁合金MIG焊焊焊缝气孔倾向的影响焊缝气孔倾向的影响图7-4相对湿度对焊缝中气孔数量的影响3) 控制焊接参数。图图7-5 7-5 MIG焊的焊缝气孔倾焊的焊缝气孔倾向与焊接参数的关系向与焊接参数的关系2. 热裂纹(1) 热裂纹的形成原因如图7-6所示,铝合金焊接裂纹可能出现在焊缝,也可能出现在焊接热影响区,而在焊缝的弧坑处更容易出现。图7-6铝合金的焊接热裂纹a) 弧坑裂纹b) 焊缝中的热裂纹c) 热影响区中的热裂纹 焊
7、接焊接 热裂纹热裂纹铝合金属于共晶型合金。从理论铝合金属于共晶型合金。从理论上分析,最大裂纹倾向与合金的上分析,最大裂纹倾向与合金的“最大凝固温度区间最大凝固温度区间”相对应。但相对应。但是,由平衡状态图得出的结论与是,由平衡状态图得出的结论与实际情况有较大出入实际情况有较大出入。 在铝中加入在铝中加入CuCu、MnMn、SiSi、MgMg、ZnZn等合金元素可获得不同性能等合金元素可获得不同性能的合金。的合金。 特点特点防止防止途径途径铝及其合金焊接时,常见的热裂纹主铝及其合金焊接时,常见的热裂纹主 要是焊缝凝固裂纹和近缝区液化裂纹要是焊缝凝固裂纹和近缝区液化裂纹。通过改变焊丝的成分通过改变
8、焊丝的成分通过改变焊接参数通过改变焊接参数 焊接接头的焊接接头的“等强性等强性” 非时效强化铝合金(如非时效强化铝合金(如Al-MgAl-Mg合金),在退火状态下焊接时,合金),在退火状态下焊接时,接头与母材是等强的;在冷作硬化状态下焊接时,接头强度低接头与母材是等强的;在冷作硬化状态下焊接时,接头强度低于母材。表明在冷作状态下焊接时接头有软化现象。时效强化于母材。表明在冷作状态下焊接时接头有软化现象。时效强化铝合金,无论是退火状态下还是时效状态下焊接,焊后不经热铝合金,无论是退火状态下还是时效状态下焊接,焊后不经热处理,接头强度均低于母材。特别是在时效状态下焊接的硬铝,处理,接头强度均低于母
9、材。特别是在时效状态下焊接的硬铝,即使焊后经人工时效处理,接头强度系数也未超过即使焊后经人工时效处理,接头强度系数也未超过60%60%。 Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合金的接头强度与焊后自然时效的时间长短有关系,焊合金的接头强度与焊后自然时效的时间长短有关系,焊后仅依靠自然时效的时间增长,接头强度即可提高到接近母材的后仅依靠自然时效的时间增长,接头强度即可提高到接近母材的水平,这是水平,这是Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合金值得注意的特点。合金值得注意的特点。 铝合金焊接时的不等强性表明焊接接头发生了某种程度的软化或铝合金焊接时的不等强性表明焊接接头发生了某种程度的软化或性能上的削弱。就
10、焊缝而言,由于是铸态组织,即使在退火状态性能上的削弱。就焊缝而言,由于是铸态组织,即使在退火状态以及焊缝成分与母材一致的条件下,强度可能差别不大,但焊缝以及焊缝成分与母材一致的条件下,强度可能差别不大,但焊缝塑性都不如母材。对于熔合区,非时效强化铝合金的主要问题是塑性都不如母材。对于熔合区,非时效强化铝合金的主要问题是晶粒粗化而降低塑性;时效强化铝合金焊接时,除了晶粒粗化,晶粒粗化而降低塑性;时效强化铝合金焊接时,除了晶粒粗化,还可能因晶界液化而产生显微裂纹。无论是非时效强化的合金或还可能因晶界液化而产生显微裂纹。无论是非时效强化的合金或时效强化的合金,(时效强化的合金,(HAZHAZ)都表现
11、出强化效果的损失,即软化。)都表现出强化效果的损失,即软化。 控制控制措施措施改善接头组织成分的不均匀性改善接头组织成分的不均匀性 消除焊接应力消除焊接应力 采取保护措施采取保护措施 焊接接头焊接接头的耐蚀性的耐蚀性影响影响因素因素接头组织均匀性、焊缝金属的接头组织均匀性、焊缝金属的纯度和致密性也是影响接头耐纯度和致密性也是影响接头耐蚀性的因素。焊接应力也是影蚀性的因素。焊接应力也是影 响铝合金耐蚀性的敏感因素。响铝合金耐蚀性的敏感因素。 7.1.3 铝及铝合金的焊接工艺焊接焊接方法方法 焊接焊接材料材料 焊前清理焊前清理和预热和预热铝及铝合金焊丝分为同质铝及铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两
12、大类焊丝和异质焊丝两大类 也可采用冷压焊、也可采用冷压焊、超声波焊、钎焊等超声波焊、钎焊等 常用的有氩弧焊(常用的有氩弧焊(TIGTIG、MIGMIG)、)、等离子弧焊、电阻焊和电子束焊等等离子弧焊、电阻焊和电子束焊等 焊接工艺焊接工艺要点要点 化学清理化学清理 机械清理机械清理 焊前预热焊前预热 铝及铝合金的气焊铝及铝合金的气焊 铝及铝合金的钨极氩弧焊(铝及铝合金的钨极氩弧焊(TIGTIG焊)焊) 铝及铝合金的熔化极氩弧焊(铝及铝合金的熔化极氩弧焊(MIGMIG焊)焊) 1. 焊接方法(1) 钨极氩弧焊钨极氩弧焊热量比较集中,电弧燃烧稳定,采用交流或直流反接,可用于焊接铝合金,能得到高质量的
13、接头。(2) 熔化极氩弧焊与钨极氩弧焊相比,熔化极氩弧焊可焊的铝合金厚度明显加大,而且焊接效率高,适合于自动化生产。(3) 变极性等离子弧焊变极性等离子弧焊技术用于铝合金焊接,明显提高了单道焊接铝合金所能达到的厚度。(4) 激光和电子束焊激光和电子束是焊接铝合金较好的热源,焊接变形小,焊接质量高。(5) 搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊属于一种新型的固态连接方法,具有高质量、低成本、低变形、易于自动化等特点,克服了熔焊方法易产生气孔、裂纹及接头性能严重降低的问题,使那些曾经被认为是难于焊接的铝合金变得非常容易焊接,而且焊接效率高,对环境无污染,可以焊接所有牌号的铝合金,为大型铝合金结构产品的开发提供了可能
14、。图7-7搅拌摩擦焊接过程示意图2. 焊接材料母材10601050A、12005A025A035A055B053A212A112A12焊丝1070AHS3011050AHS3015A025A035A035A05HS3315A055A06HS3315A065B063A21HS3212A11HS311HS311表7-5铝及铝合金焊接用焊丝的选择母材推荐的填加材料要求必要的强度要求必要的塑性要求阳极化处理后颜色的一致性要求抗海水腐蚀性能11004043110011001100221923192319231923196061535653565154404360635356535653564043300
15、35356110011001100505253565356535640485086555653565356518350835183535653565183545453565554555455545456555653565556555670395039535650395039表7-6针对特殊目的而推荐使用的焊接材料与母材的组配3. 焊前准备(1) 焊前清理铝及铝合金焊接时,为了保证焊接质量,在焊前必须清除焊丝(表面抛光焊丝除外)和母材表面上的油污和氧化膜。(2) 施加垫板铝及铝合金在高温时强度很低,焊接时容易下塌。(3) 焊前预热厚度超过58mm的焊件,焊前需将工件慢慢加热到100300,以防止
16、变形、未焊透,并减少气孔。4. 接头设计 5. 焊接参数板材厚度/ mm焊丝直径/mm钨极直径/mm预热温度/焊接电流/A氩气流量/(L/min)喷嘴孔径/mm焊接层数(正面/反面)备注11624560798正1卷边焊1516225080798正1卷边或单面对接22252390120812812正1V形坡口对接3233150180812812正1V形坡口对接434180200101581212/1V形坡口对接53441802401015101212/1V形坡口对接6452402801620141612/1V形坡口对接8455100260320162014162/1V形坡口对接104551001
17、502803401620141634/12V形坡口对接1245561502003003601822162034/12V形坡口对接表7-7纯铝和铝镁合金手工钨极氩弧焊的焊接参数7.1.4 典型铝合金的焊接1. 材质与结构(如图7-8)图7-8纯铝容器结构图1人孔2筒身3管接头4封头2. 焊接工艺要点(1) 焊接方法和参数采用手工钨极氩弧焊的方法,所用焊接参数列于表7-8中。 (2) 焊接材料填充材料采用与母材同牌号的1035焊丝。(3) 焊前准备6mm厚板(筒体)不开坡口,装配定位焊后的间隙为2mm。(4) 焊后检验所有环缝和纵缝采用煤油进行渗透性检验和100%的X射线探伤。工件厚度/mm焊丝直
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