什麼鋁合金易焊接
鋁合金焊接的幾種先進工藝:攪拌摩擦焊、激光焊、激光- 電弧復合焊、電子束焊。針對於焊接性不好和曾認為不可焊接的合金提出了有效的解決方法,幾種工藝均具有優越性,並可對厚板鋁合金進行焊接。
關鍵詞: 鋁合金 攪拌摩擦焊 激光焊 激光- 電弧復合焊 電子束焊
1 鋁合金焊接的特點
鋁合金由於重量輕、比強度高、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用於各種焊接結構產品中,採用鋁合金代替鋼板材料焊接,結構重量可減輕50 %以上。
鋁合金焊接有幾大難點:
①鋁合金焊接接頭軟化嚴重,強度系數低,這也是阻礙鋁合金應用的最大障礙;
②鋁合金錶面易產生難熔的氧化膜(Al2O3 其熔點為2060 ℃) ,這就需要採用大功率密度的焊接工藝;
③鋁合金焊接容易產生氣孔;
④鋁合金焊接易產生熱裂紋;
⑤線膨脹系數大,易產生焊接變形;
⑥鋁合金熱導率大(約為鋼的4 倍) ,相同焊接速度下,熱輸入要比焊接鋼材大2～4 倍。
因此,鋁合金的焊接要求採用能量密度大、焊接熱輸入小、焊接速度高的高效焊接方法。
2 鋁合金的先進焊接工藝
針對鋁合金焊接的難點,近些年來提出了幾種新工藝,在交通、航天、航空等行業得到了一定應用,幾種新工藝可以很好地解決鋁合金焊接的難點,焊後接頭性能良好,並可以對以前焊接性不好或不可焊的鋁合金進行焊接。
2. 1 鋁合金的攪拌摩擦焊接
攪拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英國焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固態塑性連接工藝[1～2 ] 。圖1為攪拌摩擦焊接示意圖[3 ] 。其工作原理是用一種特殊形式的攪拌頭插入工件待焊部位,通過攪拌頭高速旋轉與工件間的攪拌摩擦,摩擦產生熱使該部位金屬處於熱塑性狀態,並在攪拌頭的壓力作用下從其前端向後部塑性流動,從而使焊件壓焊在一起。圖2 為攪拌摩擦焊接過程[4 ] 。由於攪拌摩擦焊過程中不存在金屬的熔化,是一種固態連接過程,故焊接時不存在熔焊的各種缺陷,可以焊接用熔焊方法難以焊接的有色金屬材料,如鋁及高強鋁合金、銅合金、鈦合金以及異種材料、復合材料焊接等。目前攪拌摩擦焊在鋁合金的焊接方面研究應用較多。已經成功地進行了攪拌摩擦焊接的鋁合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。國外已經.進入工業化生產階段,在挪威已經應用此技術焊接快艇上長為20 m 的結構件,美國洛克希德·馬丁航空航天公司用該項技術焊接了鋁合金儲存液氧的低溫容器火箭結構件。
鋁合金攪拌摩擦焊焊縫是經過塑性變形和動態再結晶而形成,焊縫區晶粒細化,無熔焊的樹枝晶,組織細密,熱影響區較熔化焊時窄,無合金元素燒損、裂紋和氣孔等缺陷,綜合性能良好。與傳統熔焊方法相比,它無飛濺、煙塵,不需要添加焊絲和保護氣體,接頭性能良好。由於是固相焊接工藝,加熱溫度低,焊接熱影響區顯微組織變化小,如亞穩定相基本保持不變,這對於熱處理強化鋁合金及沉澱強化鋁合金非常有利。焊後的殘余應力和變形非常小,對於薄板鋁合金焊後基本不變形。與普通摩擦焊相比,它可不受軸類零件的限制,可焊接直焊縫、角焊縫。傳統焊接工藝焊接鋁合金要求對表面進行去除氧化膜,並在48 h 內進行加工,而攪拌摩擦焊工藝只要在焊前去除油污即可,並對裝配要求不高。並且攪拌摩擦焊比熔化焊節省能源、污染小。
攪拌摩擦焊鋁合金也存在一定的缺點:
①鋁合金攪拌摩擦焊接時速度低於熔化焊;
②焊件夾持要求高,焊接過程中對焊件要求加一定的壓力,反面要求有墊板;
③焊後端頭形成一個攪拌頭殘留的孔洞,一般需要補焊上或機械切除;
④攪拌頭適應性差,不同厚度鋁合金板材要求不同結構的攪拌頭,且攪拌頭磨損快;
⑤工藝還不成熟,目前限於結構簡單的構件,如平直的結構、圓形結構。攪拌摩擦焊工藝參數簡單,主要有攪拌頭的旋轉速度、攪拌頭的移動速度、對焊件的壓力及攪拌頭的尺寸等。
2.2 鋁合金的激光焊接
鋁及鋁合金激光焊接技術(Laser Welding) 是近十幾年來發展起來的一項新技術,與傳統焊接工藝相比,它具有功能強、可靠性高、無需真空條件及效率高等特點。其功率密度大、熱輸入總量低、同等熱輸入量熔深大、熱影響區小、焊接變形小、速度高、易於工業自動化等優點,特別對熱處理鋁合金有較大的應用優勢。可提高加工速度並極大地降低熱輸入,從而可提高生產效率,改善焊接質量。在焊接高強度大厚度鋁合金時,傳統的焊接方法根本不可能單道焊透,而激光深熔焊時形成大深度的匙孔,發生匙孔效應,則可以得到實現。
激光焊接鋁合金有以下優點:
①能量密度高,熱輸入低,熱變形量小,熔化區和熱影響區窄而熔深大;
②冷卻速度高而得到微細焊縫組織,接頭性能良好;
③與接觸焊相比,激光焊不用電極,所以減少了工時和成本;
④不需要電子束焊時的真空氣氛,且保護氣和壓力可選擇,被焊工件的形狀不受電磁影響,不產生X 射線;
⑤可對密閉透明物體內部金屬材料進行焊接;
⑥激光可用光導纖維進行遠距離的傳輸,從而使工藝適應性好,配合計算機和機械手,可實現焊接過程的自動化與精密控制。
現在應用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器,CO2 激光器功率大,對於要求大功率的厚板焊接比較適合。但鋁合金錶面對CO2 激光束的吸收率比較小,在焊接過程中造成大量的能量損失。YAG激光一般功率比較小,鋁合金錶面對YAG激光束的吸收率相對CO2激光較大,可用光導纖維傳導,適應性強,工藝安排簡單等。
在焊接大厚度鋁合金時,傳統的焊接方法根本不可能單道焊透,而激光深熔焊時形成大深度的匙孔,發生匙孔效應,則可以得到實現。圖3 為激光焊接時的小孔形狀。圖4 為激光深熔焊示意圖[5 ] 。
鋁及鋁合金的激光焊接難點在於鋁及鋁合金對輻射能的吸收很弱,對CO2 激光束(波長為10. 6μm) 表面初始吸收率1. 7 %;對YAG激光束(波長為1. 06 μm)吸收率接近5 %。圖5 為不同金屬對激光的吸收率。比較復雜,高頻引弧時引起電極燒損和電弧擺動,起弧後穩定性不強,同時在電弧的高溫狀態下,電極迅速燒損。但激光與等離子弧復合可明顯提高熔深和焊接速度。
② 易焊接鋁合金材料
可以有6061鋁合金進行壓鑄，焊接完後再進行熱處理以提高強度，如果強度要求較高的可做T6處理
③ 鋁合金可否被焊接為什麼
鋁合金是可以焊接的。
相較其它金屬，鋁合金難於焊接的原因如下：
1.鋁及鋁合金的熔點只有六百多度，焊接時極易燒熔而出現燒穿和過燒等缺陷；
2.一般鋁合金均不耐高溫，膨脹系數大，容易產生焊接變形，焊接裂紋傾向也很明顯，而且越薄的鋁合金板材越難焊接，容易焊穿。
3.鋁合金焊接中極易產生氣孔，由於在熔池中的氫不能在焊縫成型之前排出就導致了焊縫中存在氣孔。
4.鋁合金錶面直接暴露在空氣中特別容易在表面產生一層難熔的氧化模（成分為三氧化二鋁），這層氧化模的熔點高達 2050 度，因此在進行鎢極氬弧焊時會產生氧化模 打不透無法焊接等情況。焊前需將鋁材清洗干凈，清除表面氧化皮。
在進行焊接時，只要採用合適措施進行處理後，就能實現焊接。
④ 鋁合金焊接有幾大難點
鋁合金的焊接難點從焊接方式上來說有如下幾個難點：
1）不管是常規的氬弧焊還是釺焊專，如果是鋁合金屬的成型方式是鑄造成型，因為含有很多雜質就會給焊接增添不少的焊接影響，所以這個時候氬弧焊焊接鑄鋁就容易產生氣孔，這個時候就需要可以蓋住氣孔的焊接材料比如WEWELDING53的低溫焊絲氬弧焊運用，如果是釺焊焊接，一般的焊接材料會導致成型不好，焊接不上，因為鑄件焊接性釺焊是非常差的，這個時候可以用53低溫鋁焊條氣焊焊接。
2）鋁合金在特殊成分上比如航空鋁，帶熱處理狀態的6系鋁合金，他們在熔焊上容易產生裂紋，在釺焊上焊接要求非常高，因為這些材質的成分及熱處理狀態使得釺焊性能變得很差。
3）在熔焊的過程種如果是擠壓或者鍛打成型這種鋁合金是比較好焊接，但是鋁是比較活潑的金屬容易在焊接過程種時刻氧化，這種也是給鋁焊增加難度的一個重要原因。
4）鋁是良好的熱導體和散熱體，不管是熔焊還是釺焊，溫度的上溫相對黑色金屬來說就要麻煩很多。
⑤ 鋁合金能否焊接
可以。鋁合金能焊接, 主要焊接工藝為手工MIG焊（熔化極惰性氣體保護焊）和自動MIG焊。
鋁合金焊接方法
1、鎢極氬弧焊
鎢極氬弧焊法主要用於鋁合金，是一種較好的焊接方法，不過鎢極氬弧焊設備較復雜，不合適在露天條件下操作。
2、電阻點焊、縫焊
這種焊接方法可以用來焊接厚度在5mm以下的鋁合金薄板。但是在焊接時用的設備比較復雜，焊接電流大、生產率較高，特別適用於大批量生產的零、部件。
3、脈沖氬弧焊
脈沖氬弧焊可以很好的改善在焊接過程中的穩定性可以調節參數來控制電弧功率和焊縫成形。焊件變形小、熱影響區小，特別適用於薄板、全位置焊接等場合以及對熱敏感性強的鍛鋁、硬鋁、超硬鋁等的焊接 。
然而，鋁合金特殊的物理性質決定了其有以下焊接難點：
1、表面易形成熔點約為2060℃的Al2O3氧化膜，焊接時易產生氣孔與夾雜；
2、易產生熱裂紋；
3、焊接接頭軟化嚴重；
4、線膨脹系數大，易變形；
5、熱導率大，焊接時需採用能量集中、大功率熱源。
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保護措施
1、焊前用機械或化學方法清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面的氧化物；
2、焊接過程中要採用合格的保護氣體進行保護；
3、在氣焊時，採用熔劑，在焊接過程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
⑥ 鋁合金焊接應該選什麼設備如何焊接
鋁合金可以用激光抄焊接。
鋁及其合金的襲化學活性很強，表面極易形成難熔氧化膜，加之鋁及其合金導熱性強，焊接時容易造成不熔合現象。由於氧化膜密度與鋁的密度合金接近，也易成為焊縫金屬的夾雜物。與鎢極氬弧焊或熔化氬弧焊相比，激光焊鋁合金的速度快、焊縫窄、熱應變小、搭接接縫減少、可大大降低重量。激光焊接是以激光作為高能密度光源，具有加熱快和瞬時凝固的特點，深寬比高達到12∶1。
附：
鋁及鋁合金具有密度小，比較高強度和良好的耐磨性、導電性、導熱性、以及在低溫度下能保持良好的力學性能等特點，廣泛應用於航空航天、汽車、電工、化工、交通運輸、國防等工業部門。
⑦ 鋁合金的焊接性怎麼樣
鋁合金的可焊性極差，乙炔氧氣焊的可能性基本沒有，只能使用氬弧焊和手工電焊。
鋁合金的焊接方法：
1、鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點高、非常穩定，不易去除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊縫產生氣孔。焊接前應採用化學或機械方法進行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程加強保護，防止其氧化。鎢極氬弧焊時，選用交流電源，通過「陰極清理」作用，去除氧化膜。氣焊時，採用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護，或者採用大規范的熔化極氣體保護焊，在直流正接情況下，可不需要「陰極清理」。
2、鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過程中，大量的熱量能被迅速傳導到基體金屬內部，因而焊接鋁及鋁合金時，能量除消耗於熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無謂消耗於金屬其他部位，這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著，為了獲得高質量的焊接接頭，應當盡量採用能量集中、功率大的能源，有時也可採用預熱等工藝措施。
3、鋁及鋁合金的線膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時的體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大，因此，需採取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時容易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產中可採用調整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產生。在耐蝕性允許的情況下，可採用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5%時熱裂傾向較大，隨著硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，流動性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產經驗，當含硅5%~6%時可不產生熱裂，因而採用SAlSi條（硅含量4.5%~6%)焊絲會有更好的抗裂性。
4、鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉態時，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時判斷難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，容易焊穿。
5、鋁及鋁合金在液態能溶解大量的氫，固態幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫來不及溢出，極易形成氫氣孔。弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來源。因此，對氫的來源要嚴格控制，以防止氣孔的形成。
6、合金元素易蒸發、燒損，使焊縫性能下降。
7、母材基體金屬如為變形強化或固溶時效強化時，焊接熱會使熱影響區的強度下降。
8、 鋁為面心立方晶格，沒有同素異構體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過相變來細化晶粒。 焊接方法 幾乎各種焊接方法都可以用於焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同，各種焊接方法有其各自的應用場合。氣焊和焊條電弧焊方法，設備簡單、操作方便。氣焊可用於對焊接質量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊。焊條電弧焊可用於鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊（TIG或MIG）方法是應用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可採用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可採用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越來越廣泛（氬氣或氬/氦混合氣）
⑧ 什麼鋁合金強度高,易焊接
若無特殊用途或特殊要求建議首選6061的鋁合金，其次是6063的。
⑨ 鋁合金焊接易變形的原因
鋁合金焊接易變形的原因，是因為鋁容易發生原電池反應，導致焊接變形。
⑩ 鋁合金焊接困難嗎
看看下面的文章你就知道了。
鋁及鋁合金零件的焊接工藝方法
【摘要】鋁及鋁合金材料密度低,強度高,熱電導率高,耐腐蝕能力強,具有良好的物理特性和力學性能,因而廣泛應用於工業產品的焊接結構上。長期以來,由於焊接方法及焊接工藝參數的選取不當,焊接時的常出現缺陷,本文介紹了此類金屬零件焊接時的工藝步驟及其焊接參數的選取。
【關鍵詞】鋁合金 焊接 加工工藝
鋁及鋁合金材料密度低,強度高,熱電導率高,耐腐蝕能力強,具有良好的物理特性和力學性能,因而廣泛應用於工業產品的焊接結構上。長期以來,由於焊接方法及焊接工藝參數的選取不當,造成鋁合金零件焊接後因應力過於集中產生嚴重變形,或因為焊縫氣孔、夾渣、未焊透等缺陷,導致焊縫金屬裂紋或材質疏鬆,嚴重影響了產品質量及性能。
1 鋁合金材料特點
鋁是銀白色的輕金屬,具有良好的塑性、較高的導電性和導熱性,同時還具有抗氧化和抗腐蝕的能力。鋁極易氧化產生三氧化二鋁薄膜,在焊縫中容易產生夾雜物,從而破壞金屬的連續性和均勻性,降低其機械性能和耐腐蝕性能。
2 鋁合金材料的焊接難點
(1)極易氧化。在空氣中,鋁容易同氧化合,生成緻密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μm),熔點高(約2050℃),遠遠超過鋁及鋁合金的熔點(約600℃左右)。氧化鋁的密度3.95-4.10g/cm3,約為鋁的1.4倍,氧化鋁薄膜的表面易吸附水分,焊接時,它阻礙基本金屬的熔合,極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷,引起焊縫性能下降。
(2)易產生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產生氣孔的主要原因是氫,由於液態鋁可溶解大量的氫,而固態鋁幾乎不溶解氫,因此當熔池溫度快速冷卻與凝固時,氫來不及逸出,容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔目前難於完全避免,氫的來源很多,有電弧焊氣氛中的氫,鋁板、焊絲表面吸附空氣中的水分等。實踐證明,即使氬氣按GB/T4842標准要求,純度達到99.99% 以上,但當水分含量達到20ppm時,也會出現大量的緻密氣孔,當空氣相對濕度超過80%時,焊縫就會明顯出現氣孔。
3 鋁合金材料焊接的工藝方法
(1)焊前准備
採用化學或機械方法,嚴格清理焊縫坡口兩側的表面氧化膜。
化學清洗是使用鹼或酸清洗工件表面,該法既可去除氧化膜,還可除油污,具體工藝過程如下:體積分數為6%～10%的氫氧化鈉溶液,在70℃左右浸泡0.5min→水洗→體積分數為15%的硝酸在常溫下浸泡1min進行中和處理→水洗→溫水洗→乾燥。洗好後的鋁合金錶面為無光澤的銀白色。
機械清理可採用風動或電動銑刀,還可採用刮刀、銼刀等工具,對於較薄的氧化膜也可用0.25mm的銅絲刷打磨清除氧化膜。
清理好後立即施焊,如果放置時間超過4h,應重新清理。
(2)確定裝配間隙及定位焊間距
施焊過程中,鋁板受熱膨脹,致使焊縫坡口間隙減少,焊前裝配間隙如果留得太小,焊接過程中就會引起兩板的坡口重疊,增加焊後板面不平度和變形量;相反,裝配間隙過大,則施焊困難,並有燒穿的可能。合適的定位焊間距能保證所需的定位焊間隙,因此,選擇合適的裝配間隙及定位焊間距,是減少變形的一項有效措施。根據經驗,不同板厚對接縫較合理的裝配工藝參數。
(3)選擇焊接設備
目前市場上焊接產品種類較多,一般情況下宜採用交流鎢極氬弧焊(即TIG焊)。它是在氬氣的保護下,利用鎢電極與工件問產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接方法。該焊機工作時,由於交流電流的極性是在周期性的變換,在每個周期里半波為直流正接,半波為直流反接。正接的半波期間鎢極可以發射足夠的電子而又不致於過熱,有利於電弧的穩定。反接的半波期間工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而獲得表面光亮美觀、成形良好的焊縫。
(4)選擇焊絲
一般選用301純鋁焊絲及311鋁硅焊絲。
(5)選取焊接方法和參數
一般以左焊法進行,焊炬和工件成60°角。焊接厚度15mm以上時,以右焊法進行,焊炬和工件成90°角。
焊接壁厚在3mm以上時,開V形坡口,夾角為60°～70°,間隙不得大於1mm,以多層焊完成。壁厚在1.5mm以下時,不開坡口,不留間隙,不加填充絲。焊固定管子對接接頭時,當管徑為200mm,壁厚為6mm時,應採用直徑為3～4mm的鎢極,以220～240A的焊接電流,直徑為4mm的填充焊絲,以1～2層焊完。
根據經驗,在鋁及鋁合金焊接時,應選擇其適用的焊接參數。