为什么说铝及铝合金的焊接工艺和方法中最常用

作者:凤凰游戏发布日期:2020-10-23 08:47

  铝及铝合金材料密度低,强度高,热电导率高,耐腐蚀能力强,具有良好的物理特性和力学性能,因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。

  (1)极易氧化。在空气中,铝容易同氧化合,生成致密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1-0.2μm),熔点高(约2050℃),远远超过铝及铝合金的熔点(约600℃左右)。氧化铝的密度3.95-4.10g/cm3,约为铝的1.4倍,氧化铝薄膜的表面易吸附水分,焊接时,它阻碍基本金属的熔合,极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷,引起焊缝性能下降。

  (2)易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢,由于液态铝可溶解大量的氢,当熔池温度快速冷却与凝固时,氢来不及逸出,容易在焊缝中聚集形成气孔。氢的来源很多,有电弧焊气氛中的氢,铝板、焊丝表面吸附空气中的水分等。当空气相对湿度超过80%时,焊缝就会明显出现气孔。

  (3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍,易产生较大的焊接变形的内应力,对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。

  (4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s.℃)。约为钢的4倍,因此,焊接铝和铝合金时,比焊钢要消耗更多的热量。

  (5)合金元素的蒸发的烧损。铝合金中含有低沸点的元素(如镁、锌、锰等),在高温电弧作用下,极易蒸发烧损,从而改变焊缝金属的化学成分,使焊缝性能下降。

  (6)高温强度和塑性低。高温时铝的强度和塑性很低,破坏了焊缝金属的成形,有时还容易造成焊缝金属塌落和焊穿现象。

  (7)无色彩变化。铝及铝合金从固态转为液态时,无明显的颜色变化,使操作者难以掌握加热温度。

  (1)铝合金的搅拌摩擦焊接工艺:其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插进工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性活动,从而使焊件压焊在一起。 由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。搅拌摩擦焊铝合金存在的缺点:①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊; ②焊件夹持要求高,焊接过程中对焊件要求加一定的压力,反面要求有垫板;③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞,一般需要补焊上或机械切除; ④搅拌头适应性差,不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头,且搅拌头磨损快; ⑤工艺还不成熟,目前限于结构简单的构件,如平直的结构、圆形结构。(2)铝合金的激光焊接工艺:铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding) 是近十几年来发展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输进总量低、同等热输进量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于产业自动化等优点。

  激光焊接铝合金存在的缺点:①现在应用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器和光纤激光器,CO2 激光器功率大,对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2 激光束的吸收率比较小,在焊接过程中造成大量的能量损失。②YAG激光一般功率比较小。③大功率光纤激光器激光焊接机特别昂贵,目前还没有达到大规模产业化生产。(3)铝合金的电子束焊接工艺:电子束焊是指在真空环境下,利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能,使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束作为焊接热源的突出特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、可控、保护效果好。对于铝合金电子束焊接,由于能量密度高可大大减小热影响区,进步焊接接头强度,避免热裂纹等缺陷的产生。由于能量密度高,穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进行焊接。铝合金电子束焊焊后残余应力小,变形小,对薄板焊后几乎可做到不变形。电子束焊要求在真空条件下完成,真空是最好的保护手段,在这种条件下可以得到纯净的焊缝金属,避免了空气或保护气体的污染。电子束焊接铝合金在真空重熔时,焊缝中杂质含量微乎其微,焊缝气体含量降低接近一半,从而焊缝塑性、韧性大大进步。电子束可控性好,可以方便地进行扫描、偏转、跟踪等,易于焊接过程的自动化,并且通过电子束扫描熔池可以消除缺陷,进步接头质量。电子束焊接铝合金存在的缺点:①铝合金电子束焊时对电子束流非常敏感,尤其是对于大厚度铝合金板焊接时,电子束流小时不能焊透,大时产生下塌,出现凹坑。②铝合金电子束焊接的另外一个难点是焊接气孔。电子束焊接铝合金时速度快,热输进量小,氢来不及从熔池中逸出,轻易形成气孔。③另外,电子束焊接要求在真空条件下进行,所以对铝合金大型结构件施焊困难。④电子束易受四周环境电磁场的影响,设备比较复杂,使用比较昂贵,所以还没有达到大规模产业化生产。

  通过上面的介绍,我们肯定要问了:铝和铝合金焊接工艺和方法最常用的是哪种呢?

  当然是交流钨极氩弧焊(即TIG焊)了。它是在氩气的保护下,利用钨电极与工件问产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。该焊机工作时,由于交流电流的极性是在周期性的变换,在每个周期里半波为直流正接,半波为直流反接。正接的半波期间钨极可以发射足够的电子而又不致于过热,有利于电弧的稳定。反接的半波期间工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。

  ⑴弧焊设备问世若干年了,设备制造工艺越来越简单成熟,国内外品牌众多选择,价格几千元到几万元不等。

  ⑵弧焊机工艺参数调节简单易学,一教就会。与之配套的只需氩气和冷却水,施工条件简单。

  ⑶和铝合金的交流氩弧焊加工生产中,焊接工件不受工作台的限制,无需真空,无需焊头,焊接准备条件简单。

  ⑷ 铝和铝合金的氩弧焊加工,焊接速度快,焊接效果美观,焊接成本低。并且一般的大小件,厚薄件都能焊接。

  ⑸ 氩弧焊工艺很早就有,因而市场上从事氩弧焊的技术工人特别多,培养一个氩弧焊工人也很容易。

  ⑴电阻碰焊(点焊)一般只能做5mm厚以下的板与板的叠焊,或Φ10mm以下棒与棒的叠焊。局限性就是能焊接的厚度有限,焊接强度不够,而且针对不同的产品和结构要制作不同的电极。

  ⑵气体钎焊:因为铝材的导热性好,所以气体钎焊只能焊接一些小件,而且对焊接工人的技术要求比较高。

  ⑶CO2气体保护焊:同钨针氩弧焊一样,也是常用的一种焊接铝和铝合金的方法,相对氩弧焊,可以焊接更大件的铝件,但是焊接外观没有氩弧焊漂亮。


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