氣孔產(chǎn)生原因:鋁焊接氣孔主要是氫進(jìn)入焊接熔池而形成的。氫來源有:材料、焊絲、保護(hù)氣體、送絲機構(gòu)、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等,如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機構(gòu)上有油污或汗?jié)n等。預(yù)防措施:
6.1.1材料及焊絲內(nèi)的含氫量≤0.4mL /100g;
6.1.2 被焊件表面應(yīng)去除油污及氧化膜,存放時間不超過4h。表面清理后應(yīng)用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側(cè);
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲,不然處理方法同上;
6.1.4 保護(hù)氣體內(nèi)雜質(zhì)含量:H2≤0.001%;O2≤0.02%;N2≤0.1%;H2O≤0.02%;
6.1.5保護(hù)氣體管路:一般采用不銹鋼管或銅管,軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管;焊前應(yīng)檢查冷卻水管道,確保不會漏水;當(dāng)環(huán)境濕度很大時,應(yīng)對保護(hù)氣體進(jìn)行加熱對管路進(jìn)行吹掃;
6.1.6 送絲機構(gòu):不得有油污,送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍,并焊前清理管內(nèi)污染和冷凝水;
6.1.7現(xiàn)場環(huán)境:溫度不宜超過25℃,相對濕度不超過50%,保持環(huán)境清潔;
6.1.8焊工:工作服裝盡量是白色的,以便能及時發(fā)現(xiàn)和清理污染。焊時注意汗水和油漬不要再次污染焊件;
6.1.9 在焊前都應(yīng)在試板上試焊,以便檢查保護(hù)氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預(yù)防措施:用雙面焊代替單面焊;每道焊縫薄時比厚時有利于氣孔逸出;大直徑焊絲有利于減少氣孔;焊前預(yù)熱、焊后緩冷;降低電弧電壓、電流、降低焊接速度,有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因:材料焊接性較差;選擇焊絲時沒考慮抗裂性;結(jié)構(gòu)的拘束度過大。預(yù)防措施:
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應(yīng)考慮其抗裂性而不能只考慮強度;必要時可考慮對焊件進(jìn)行退火后焊接,焊后再淬火時效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲,如含Si等低熔點元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度,合理安排焊接順序,讓焊縫能夠有橫向收縮余量,以減小焊接應(yīng)力。沒有必要定位焊的就不要焊定位焊,能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求:
1.封頭拼縫焊后應(yīng)進(jìn)行RT,成形后再按規(guī)定RT或PT。
2.A、B類焊縫一般進(jìn)行RT。
3.容器上的C、D類焊接接頭進(jìn)行PT。
4.鋁材表面補焊焊縫進(jìn)行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時固定連接焊縫拆除后的焊痕等進(jìn)行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。
鋁及鋁合金焊接規(guī)程詳解
本規(guī)程規(guī)定了鋁及鋁合金焊接的基本要求,適用于鋁及的手工鎢極氬弧焊或氣焊或熔化極氬弧焊等焊接的鋁及鋁合金制單層容器、襯鋁容器的鋁焊接工藝。
一、焊接用材料:
1.焊接用氬氣純度≥99.99%,≤-55℃,并應(yīng)符合GB/T4842或GB10624的規(guī)定。當(dāng)瓶裝氬氣的壓力≤0.5Mpa時不宜使用。(氬氣內(nèi)含氮量≥0.04%,否則焊縫表面上會產(chǎn)生淡或草綠色的氮化鎂及氣孔;含氧量≥0.03%,否則熔池表面上可發(fā)現(xiàn)密集的黑點、電弧不穩(wěn)和飛濺較大;含水量≥0.07%,熔池將沸騰并焊縫內(nèi)產(chǎn)生氣孔)。
2.手工鎢極氬弧焊電極采用鈰鎢電極。電極直徑應(yīng)根據(jù)焊接電流大小來選擇(使用時一般比焊接電流所要求的規(guī)格大一號的鎢極),電極端部應(yīng)為半球形(制作半球形方法:用比焊接電流所要求的規(guī)格大一號的鎢極,將端部磨成錐形,垂直夾持電極,用比所用鎢極要求的電流大20~30A的電流在試板上起弧并維持幾秒鐘,鎢極端頭即呈半球形。如果鎢極被鋁污染,則重新打磨或更換鎢極;輕微污染時,可電流使電弧在試板燃燒一會,即能燒掉污染物):鈰鎢電極直徑mm
2
2.5
3.2
4.0
5.0
(正接時)焊接電流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675
(反接時)焊接電流A
15~25
17~30
20~35
35~50
50~70
(交流時)焊接電流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3.用MIG焊鋁合金時,由于鋁焊絲比較軟,為避免咬傷焊絲,送絲輪不允許用帶齒輪的送絲輪,不宜用推絲式;送絲軟管不準(zhǔn)用彈簧管而是用聚四氟乙烯或尼龍制品,不然由于磨削而污染或堵塞軟管。MIG通常用直流反極性。
4.焊劑主要作用是去除氧化膜和其它一些雜質(zhì),使用時可用無水酒精調(diào)成糊狀或直接將焊劑粉放在坡口和兩側(cè)。當(dāng)焊接角焊縫時應(yīng)選用那些焊后容易清除熔渣的焊劑;鋁鎂合金用焊劑不宜含有鈉的組成物。
5.不同牌號的鋁材相焊時,當(dāng)圖紙和工藝都沒有規(guī)定時,按耐腐蝕性能較好和強度級別較低的母材去選擇焊絲材料。在焊接鋁鎂合金或鋁錳合金等耐蝕鋁合金時,宜采用含鎂量或含錳時與母材相近或比母材稍高的焊絲。焊絲可從GB/T10585《鋁及鋁合金焊絲》選取,也可從GB/T3190《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》和GB/T3197《焊條用鋁及鋁合金線材》中選取。焊絲選用時可參考下面幾個表(表3和表4摘自《焊接手冊》):
5183(鋁焊條/鋁焊絲)特性如下:主要元素合金有:鎂、錳、鉻。不可以熱處理,熔化溫度為:579℃~638℃,抗腐蝕能力:A(Gen)A(Sc c ),,密度:2.66克/㎝3,陽極化處理后為白色。5183鋁焊條于1957年被發(fā)明,用于5083及類似的高強度的鋁合金材料的焊接,它的焊接強度要5356.
鋁和鋁合金管焊接特點和方法
鋁合金由于重量輕、強度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點而被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50 %以上。因此,鋁及鋁合金除廣泛的應(yīng)用于航空、航天和電工等領(lǐng)域外,同時還越來越多的應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)。濮陽中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金(主要有:5083、5183、5A02相當(dāng)于舊牌號中的LF2、LF4)。但是鋁及鋁合金在焊接過程中,易出現(xiàn)氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問題。此類材質(zhì)是被公認(rèn)為焊接難度較大的被焊接材料,特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此,解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過程中解決的問題。
2、鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點
2.1 易氧化 鋁和氧的親和力很強。在常溫下,鋁表面就能被氧化成厚度約0.1~0.2 m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密,能防止金屬的繼續(xù)氧化,對自然防腐有利,但它給焊接帶來了困難,這是由于氧化鋁的熔點(2050℃)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點(600℃左右),比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中,會阻礙金屬之間的熔合,易形成夾渣,而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份,焊接時會促使焊縫生成氣孔。
2.2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容 鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍,因此,焊接鋁材管時,比鋼管焊接要消耗更多的熱量,為得到的焊接接頭,必需采用能量集中,功率大的熱源。
2.3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態(tài)時能大量吸收和溶解氫,在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g,而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g,前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大,在相同的焊接工藝條件下,其冷卻速度為鋼的4~7倍,使金屬結(jié)晶加快,焊接熔池在快速冷卻過程中,氫的溶解度急劇下降,此時析出大量過飽和氣體,氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此,在焊接鋁材時,焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。
2.4 易形成熱裂紋
鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率比鋼大約一倍,易產(chǎn)生較大的焊接變形和應(yīng)力,加上某些雜質(zhì)或合金元素的不利影響,在剛性較大的接頭中將導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。
2.5 燒穿和塌陷
鋁及鋁合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時.由于沒有明顯的顏色變化,所以,不易判斷熔池的溫度。焊接時,常因溫度過高不易被察覺而導(dǎo)致燒穿或嚴(yán)重塌陷。 3 焊前準(zhǔn)備
表1 同牌號鋁焊接用焊絲
同牌號母材牌號
焊 絲
同牌號母材牌號
焊 絲
1060
SAL-3
5052
SAlMg-1
1050A
SAL-3
5A02
SAlMg-1
5A03
SAlMg-2
1200
SAL-1
5083
SAlMg-3
3003
SAlMn
5A05
SAlMg-5
3004
SAlMn
6061
SAlMg-1
SAlMg-5
SAlSi-1
表2 異種鋁焊絲焊接用焊絲
異種母材
焊 絲
純鋁+鋁錳合金
SAlMn
純鋁、鋁錳合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5
純鋁、鋁錳合金+5A03
SAlMg-2
純鋁、鋁錳合金+5083、5086
SAlMg-3
純鋁、鋁錳合金+5A06、5A05
SAlMg-5
表3 針對不同的材料和性能要求選擇焊絲
材 料
按不同性能要求推薦的焊絲
要求高強度
要求高延性
要求焊后陽極化后顏色匹配
要求高強度
要求焊接時裂紋傾向低
1100
SAlSi-1
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1
2A16
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
3A21
SAlMn
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1
5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
5A05
LF14
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
5083
ER5183
ER5356
ER5356
ER5356
ER5183
5086
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
6A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1
6063
ER5356
ER5356
ER5356
SAlSi-1
SAlSi-1
7005
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180
7039
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180
注:ER鋁焊絲為美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AWS A5.10。
表4 一般用途焊接時焊絲選用
母材之一
母材之二
7005
6A02
6061
6063
5083
5086
5A05
5A06
5A03
5A02
3A21
3003
2A16
2B16
2A12
2A
與母材配用的焊絲
SAlMg-5
SAlSi-1
ER5356
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMn
-
-
SAl-1
SAl-2
SAl-3
2A12
2A14
-
-
-
-
-
-
-
-
SAlSi-1
BJ-380A
2A16
2B16
-
-
-
-
-
-
-
SAlCu
3A21
3003
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMn
SAlMg-3
5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
5A03
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
5A05
5A06
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
LF14
5083
5086
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
6A02
6061
6063
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1
7005
X5180
鋁焊絲如何選擇
為了得到性能良好的焊接接頭,應(yīng)從焊接構(gòu)件使用目的考慮,選擇適合于母材的鋁焊絲作填充材料。
(1)焊縫金屬的裂紋敏感性
選擇具有熔化溫度低于母材的填充金屬,可大大減小熱影響區(qū)中晶間裂紋傾向。故用合金含量母材的焊絲作填充金屬,通??煞乐购缚p金屬裂紋。如含0.6%硅的6061合金,如果用6061作填充金屬,裂紋敏感性很大,但用含5%硅的4043焊絲作填充金屬,熔化溫度比母材低,在冷卻過程中比母材具有更好的塑性以消除引起裂紋的收縮應(yīng)力,所以抗裂性良好。還應(yīng)注意避免產(chǎn)生對裂紋敏感的焊縫金屬成分,如在鋁合金焊縫中不希望有鎂與銅的組合,因此5000系列焊絲還應(yīng)用于焊接2000系列母材;面2219焊絲不應(yīng)用于5000系列的母材。
(2)接頭強度
焊接接頭的強度隨著焊絲的合金元素含量變化。即對于非熱處理合金的焊接接頭強度,按1000系、4000系和5000系的次序。在5000系中隨鎂、錳等含量增加,焊接接頭強度按5554、5654、5356、5183、5556的順序增加。
(3)接頭的加工性(塑性)
需要彎曲加工的焊接接頭,一般加工性受塑性的影響,而塑性隨著強度的而降低。特別是含3%鎂以上的母材(5154、5056、5082、5182、5083、5086)避免使用含硅的焊絲(4043、4047)。這種組合形成大量的Mg2Si,塑性下降。
(4)陽極氧化處理后的色差
為了提高耐蝕性,焊后常進(jìn)行陽極氧化處理,若焊縫金屬的成分明顯不同于母材,或焊縫金屬的鑄造組織不同于母材的壓延組織,焊縫金屬在陽極氧化工藝處理后產(chǎn)生色差。例如含硅的4000系焊絲的焊縫陽極氧化處理后呈灰黑色,2000第、5000系和6000系母材呈銀白色。所以若外觀顏色匹配是重要指標(biāo)時,選擇焊絲時考慮所形成焊縫組織的成分及組織。
(5)高溫下接頭的力學(xué)性能及耐蝕性
含3%鎂以上的5000系焊絲(5654、5356、5556、5183)應(yīng)避免在使用溫度65攝氏度以上的結(jié)構(gòu)中采用,因為這些合金對應(yīng)力腐蝕裂紋很敏感,在上述溫度和腐蝕環(huán)境中會發(fā)生應(yīng)力腐蝕龜裂。
焊接原理
利用一切可利用的熱源加熱母材至400℃(溫度可高不可低),靠母材熱傳導(dǎo)熔融焊絲成型
WE53的操作注意細(xì)節(jié)
1)母材的表面清理干凈。即清即焊。
2)母材的溫度得達(dá)到400℃,包括焊接的過程中母材的溫度也要保持400℃,并且溫度可高不可低。
3)忌諱用火焰刻意去燒WE53焊絲,母材溫度達(dá)到400℃以后,焊絲自然會靠母材熱傳導(dǎo)熔融。
WE53低溫鋁焊絲下焊絲的方法
一邊用熱源加熱焊接處,一遍用WE53焊絲劃焊接處,就像劃火柴一樣,劃焊絲的角度是60度-80度角度,劃一下收回來,收回來再劃,反復(fù)這個操作直到將WE53焊絲劃到母材上面薄薄一層為正確效果,就像將蠟燭劃到紅的鐵上面的那種效果(如果是像蚯蚓一樣爬到母材上的話說明劃的角度力度不正確或者錯誤地用火燒了焊絲)。當(dāng)用WE53焊絲劃母材表面得時候,熱源盡量回避一下避免直接用熱源去燒焊絲,可以將熱源移動到焊接處附近而不能夠完全移除熱源,這樣的好處是避免熱散失。
WE53焊絲的溫度掌握
按照上面介紹的下焊絲的方法可以避免對溫度掌握不敏感的師傅燒壞薄鋁,因為你在邊加熱,邊劃WE53焊絲的過程實際上也是一個測試溫度的過程,因為母材的溫度不夠的話,WE53焊絲是不會熔融到母材上面的,不熔融到母材,表明母材溫度不夠,溫度不夠你就不用擔(dān)心燒壞母材,就放心大膽地繼續(xù)加熱。
WE53不銹鋼小刷的用處
1)焊前作表面處理,破除鋁的表面得氧化膜,通俗地說刷“起毛”。
2)當(dāng)加熱劃焊絲到母材上面后,此時用不銹鋼的小刷刷拭熔融的WE53焊層,至母材毛細(xì),然后方便后面的第二遍焊接,換句話說,只有經(jīng)過2遍的焊接才是完整的焊接,第二遍焊接是在遍刷拭的基礎(chǔ)上進(jìn)行,這樣才能夠表現(xiàn)出很好的浸潤性。
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