铝和铝合金的焊接方法

　　

⑴强的氧化能力 铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄，厚度约0.1μm。Al2O3的熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点（约660℃），而且体积质量大，约为铝的1.4倍。焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易形成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并加强焊接区域的保护。 ⑵较大的热导率和比热容 铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍，焊接过程中大量的热量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热量，焊前常需采取预热等工艺措施。 ⑶热裂纹倾向大 线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%左右，因此焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而产生热裂纹。生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹，如使用焊丝HS311. ⑷容易形成气孔 形成气孔的气体是氢。氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g，而在660℃凝固温度时，氢的溶解度突降至0.04ml/100g，使原来溶解于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。同时，铝和铝合金的密度小，气泡在熔池中的上升速度较慢，加上铝的导热性强，熔池冷凝快，因此，上升的气泡往往来不及逸出，留在焊缝内成为气孔。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氢的主要来源，因此焊前必须严格做好焊件的表面清理工作。 ⑸接头不等强度 铝及铝合金的热影响区由于受热而发生软化、强度降低使接头与母材无法达到等强度。纯铝及非热处理强化铝合金接头的强度约为母材的75%～100%；热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材的40%～505。 ⑹焊穿 铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至焊穿。 2.铝及铝合金焊前应进行哪些准备工作？ ⑴焊前清理 清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污，这是防止产生气孔、夹渣的重要措施。 1）化学清洗 效率高、质量稳定、适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的焊件。化学清洗分浸洗法和擦洗法两种，清洗剂及清洗工艺，见表37。 表37 铝及铝合金的化学清洗法 工艺 材料 脱 脂 碱 洗 冲洗 中 和 光 化 冲洗 干 燥 NaOH溶液的 质量分数 温度 （℃） 时间 (min) HNO3溶液的 质量分数 温度 （℃） 时间 (min) 纯铝 汽油煤油 6%～10% 40～50 ≥20 清水 30% 室温 1～3 清水 风干或 低温干燥 铝镁、 铝锰合金 汽油煤油 6%～10% 40～50 ≥7 清水 30% 室温 1～3 清水 风干或 低温干燥 2）机械清理 先用有机溶剂(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污，然后用细铜线刷至表面露出金属光泽，或者用刮刀清理表面。清理后的焊件应在4h内施焊，否则应重新清理。 ⑵垫板 为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷，焊前可在接缝下面安放垫板。垫板材料可采用石墨、不锈钢或碳钢，表面开一圆弧形槽，以保证反面焊缝成形。 ⑶预热 对薄、小的焊件一般可以不用预热。焊接厚度超过5mm的焊件时，为了使接缝附近达到所需要的温度，焊前应对焊件进行预热，预热温度为100～300℃。 3. 铝及铝合金焊后应进行哪些清理工作？ 焊件焊后留在焊缝及邻近的残存熔剂和焊渣，需要及时清理干净，否则在空气、水分的作用下，残存的溶剂和焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜，激烈的腐蚀焊件。因此，焊后应立即严格清除焊件上残存的污物。 常用的清渣方法和步骤： 1）在热水中用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头。 2）将焊件在温度为60～80℃、质量分数为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5～10min，并用硬毛刷仔细洗刷。 或者将焊件放于15～20℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗10～20min。 3）在热水中冲刷洗涤焊件。 4）将焊件用热空气吹干或在100℃干燥箱内烘干。 4.试述铝及铝合金钨极氩弧焊的焊接工艺。 ⑴焊丝的选用 铝及铝合金用焊丝牌号见表38。其中HS311是一种通用焊丝，采用这种焊丝焊接时，金属流动性好，有较高的抗热裂性能，并能保证一定的强度。但在焊接铝镁合金时，焊缝中会出现脆性化合物Mg2Si，降低接头的塑性和耐腐蚀性。焊接铝镁合金时应采用HS331。 表38铝及铝合金用焊丝牌号 统一 牌号 名称 化学成分（质量分数）（％） 焊缝力学性能 用途 Mg Mn Si Fe Al 母材 抗拉强度 （MPa） HS301 纯铝焊丝 － － － － 余量 纯铝 70～80 纯铝及接头质量要求不高的铝合金 HS311 铝硅合金焊丝 － － 4～6 － 余量 LF21 120～140 除铝镁合金以外的铝合金 HS321 铝锰合金焊丝 － 1.0～1.6 － － 余量 LF21 120～140 铝锰合金 HS331 铝锰合金焊丝 4.5～5.7 0.2～0.6 0.2～0.5 ≤0.4 余量 LF5 220～260 铝镁合金