铝及铝合金的气焊工艺与操作技巧

2019-03-0613:20:19铝及铝合金的气焊工艺与操作技巧已关闭评论

一、焊接性

铝及铝合金焊接时容易出现以下问题:

(1)出现集中型大气孔和分散型小气孔。集中型大气孔大多分布在熔合线附近或原坡口根部的表面上,断面呈圆形,尺寸较大、数量不多;散布型小气孔常布满整个焊缝的截面,断面呈圆形,尺寸小,数量多,有些气孔由于尺寸小,用X射线检验往往不能发现。

(2)出现热裂纹,既可能在焊缝中产生结晶裂纹,也可能在近缝区产生液化裂纹。

(3)焊接以后,铝及铝合金的接头强度都有不同程度的降低,出现焊接接头软化。特别是硬铝和超硬铝,强度只有母材的50%~70%。

(4)焊接以后,铝及铝合金的焊接接头耐腐蚀性降低,尤其是热处理强化铝合金。

(5)在空气中极易生成氧化膜(A1203)。在焊接时,会阻碍金属之间良好地结合,容易造成未熔合和夹渣等缺陷。

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图3-4 薄铝板的接头形式

二、气焊工艺

铝和铝合金薄板的接头形式如图3-4所示,由于搭接和T形接头容易残留气焊熔剂和焊渣而引起焊件腐蚀,所以一般不采用搭接接头和T形接头。板厚在1.5~2mm时,可用卷边接头。在卷边焊时,背面必须焊透、均匀,如果背面有坑,也容易残留熔剂和焊渣。简单的对接焊缝,可留成斜角形间隙,如图3-5所示。

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图3-5 斜角形间隙

气焊铝及铝合金时,应采用中性焰或轻微碳化焰,过大的碳化焰会引起气孔及焊缝组织的疏松。氧化焰会使铝强烈氧化,因此决不允许使用氧化焰。火焰能率根据焊件的厚度和大小、坡口形式和焊接位置来确定。铝及铝合金的熔点低,易烧穿,在焊接薄铝板时,要采用比焊接同样厚度钢板时小一些的火焰能率。气焊铝及铝合金时,根据焊件的厚度选择焊炬型号和焊嘴的号数,具体见表3-8。

表3-8 铝及铝合金气焊焊炬及焊嘴的选择

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气焊铝及铝合金的焊丝选用见表3-9,也可采用母材的切条,焊丝直径的选择参考表3-10,气焊熔剂通常采用CJ401。

表3-9 铝及铝合金的气焊焊丝

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表3-10 铝及铝合金气焊焊丝直径的选择

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焊前清理是保证铝及铝合金焊接质量的重要措施,应严格清除焊接处及焊丝表面的氧化层和油污。通常采用化学清洗或机械清理两种方法。

采用有机溶剂(汽油、丙酮、四氯化碳等)擦净铝材表面的油污,或者用40%~50%工业磷酸三钠、40%~50%碳酸钠和20%~30%水玻璃配成溶剂,并加热到60~70℃,浸5~8min来除去油污。最后将焊件或焊丝放在60~70℃的热水中冲洗掉黏附在焊件表面的溶液,再在流动水中冲洗干净。去除氧化膜采用表3-11的清洗顺序进行。此法清洗效率高,质量稳定,适用于清洗焊丝及构件尺寸不大的焊件。

表3-11 化学清洗法去除铝及铝合金氧化膜

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机械清理是在去除油污后,用细钢丝刷(钢丝φ≤0.2mm)将焊接区域表面氧化膜刷净;对小焊件以及化学清洗后又局部氧化的部分也可用刮刀清除,直至露出金属光泽为止。一般不采用砂轮、砂纸或喷砂等方法,因为砂粒留在金属表面,焊接时会产生夹渣等缺陷。

清洗后焊件及焊丝应保持清洁和干燥。在存放过程中,特别在潮湿的环境中会很快会被氧化,生成新的氧化膜。因此,清洗后的焊件和焊丝存放不得超过24h,特别是潮湿、污染的环境不得超过4h,否则就需重新进行清洗和清理 。

为保证焊件能够焊透且不产生塌陷烧穿,可采用垫板来托住熔化金属。垫板材料可用不锈钢或碳钢等,垫板表面应开一圆形槽,以保证焊缝反面成形。

气焊薄、小铝及铝合金焊件时,一般不预热,当焊件厚度大于5mm及结构复杂的焊件时,为减小焊接变形及避免裂纹,可以预热,但预热温度一般不得超过250℃。预热的方法可采用火焰或电炉加热。

定位焊时,定位焊点的间距见表3-12。定位焊时的焊接火焰应比正式焊接时稍大,并快速进行焊接,以减少变形。火焰与焊缝的夹角为50°左右。

表3-12 铝及铝合金的定位焊点间距

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焊接薄板时,焊嘴倾角为30°~45°,焊丝倾角为40°~50°;焊接厚板时,焊嘴倾角应为50°左右,焊丝倾角为40°~50°。起焊时,由于工件温度较低,不易焊透,焊嘴的倾角应稍大些,焊接结束时,由于工件已被加热到较高的温度,为保证焊缝成形,焊嘴倾角要小些。

当焊件厚度小于5mm时,一般采用左焊法,以避免熔池过热、烧穿和防止晶粒长大。焊件厚度大于5mm时,可采用右焊法,以便于观察熔池的温度和流动情况。在焊接时,整条焊缝尽可能一次焊完,如中断时,应在焊缝上重叠约2mm处开始起焊,以保证焊透;在焊接结束或中断时,火焰应慢慢离开熔池,并要填加一些焊丝,以保证焊接质量。

由于铝在高温时颜色不变,为掌握好金属开始熔化的时间及焊接时机,可用焊丝拨动加热处的金属表面,当感到加热处已有黏性,并且焊丝端头落下的熔化金属与加热处金属能熔合在一起,说明该处已达到熔化温度,这时应立即进行焊接。此外,还可通过观察加热处的颜色和形态变化确定焊接时机,铝受热后表面光亮的银白色逐渐变暗,随温度的升高,最后变成暗淡的银灰色;被焊处表面的氧化铝薄膜微微起皱,说明加热处接近熔点,这时便可开始加热焊丝。当火焰下面的氧化铝薄膜和基体金属出现波动现象时,说明已达到熔点,这时即可进行焊接。

焊接时,焊嘴一边前进,一边上下跳动。当焊嘴运动到下方时,火焰加热基体金属使其熔化,并利用火焰吹力形成熔池。当焊嘴运动到上方时,火焰加热焊丝使其端部熔化,形成熔滴。这样,焊丝与坡口处的基体金属周期性地受热、熔化,从而形成焊缝。送丝时,焊丝末端插入熔池前部,并随即将焊丝向熔池外拖出,拖出时应使焊丝端部仍在火焰范围内,以避免氧化。依靠上述填加焊丝的机械作用,既能有效地搅动熔化金属,使杂质浮出,又能破坏熔池表面的氧化膜,使熔滴金属很好地与熔池金属熔合。

当两种厚度或熔点不同的铝合金材料焊在一起时,一般应将火焰指向厚度大和熔点高的材料。焊前,应将厚度大的材料先用焊炬预热到一定温度后再焊。薄铝板单向焊时,焊前在背面均匀地刷上一层熔剂,有助于获得背面成形良好的焊缝。

焊后残留在焊缝表面及边缘附近的熔渣和熔剂,能与金属产生化学反应,引起腐蚀。焊后应进行清洗,在60~80℃的热水中,用毛刷在正反面刷洗焊缝周围,重要焊件在刷洗后,还应放入60~80℃,2%~3%的铬酐水溶液中浸洗5~10min,然后再用热水冲洗并干燥。清洗后,观察表面有无白色附着物,或把2%的硝酸银溶液滴在焊缝上,如果没有出现白色沉淀物,则说明焊件已清洗干净。

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