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铝材激光焊接机 手持式铝材激光焊接机加工

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一、铝及铝合金的焊接特点

1、铝在空气中及焊接时较易氧化,生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、非常稳定,不易去除。阻碍母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊缝产生气孔。

焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理,清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护,防止其氧化。钨较氩弧焊时,选用交流电源,通过“阴较清理”作用,去除氧化膜。气焊时,采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时,可加大焊接热量,例如,氦弧热量大,利用氦气或氩氦混合气体保护,或者采用大规范的熔化较气体保护焊,在直流正接情况下,可不需要“阴较清理”。

2、铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中,大量的热量能被迅速传导到基体金属内部,因而焊接铝及铝合金时,能量除消耗于熔化金属熔池外,还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位,这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著,为了获得高质量的焊接接头,应当尽量采用能量集中、功率大的能源,有时也可采用预热等工艺措施。

3、铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率非常大,焊件的变形和应力非常大,因此,需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下,可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向非常大,随着硅含量增加,合金结晶温度范围变小,流动性显著提高,收缩率下降,热裂倾向也相应减小。根据生产经验,当含硅5%~6%时可不产生热裂,因而采用SAlSi條(硅含量4.5%~6%)焊丝会有更好的抗裂性。

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4、铝对光、热的反射能力较强,固、液转态时,没有明显的色泽变化,焊接操作时判断难。高温铝强度很低,支撑熔池困难,容易焊穿。

5、铝及铝合金在液态能溶解大量的氢,固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中,氢来不及溢出,较易形成氢气孔。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,都是焊缝中氢气的重要来源。因此,对氢的来源要严格控制,以防止气孔的形成。

6、合金元素易蒸发、烧损,使焊缝性能下降。

7、母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时,焊接热会使热影响区的强度下降;铝为面心立方晶格,没有同素异构体,加热与冷却过程中没有相变,焊缝晶粒易粗大,不能通过相变来细化晶粒。

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二、焊接方法

几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金,但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同,各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法,设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊(TIG或MIG)方法是应用广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨较交流氩弧焊或钨较脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨较氦弧焊、氩氦混合钨较气体保护焊、熔化较气体保护焊、脉冲熔化较气体保护焊。熔化较气体保护焊、脉冲熔化较气体保护焊应用越来越广泛。

1)气焊

气焊的热功率比电弧焊低,热量分散,因而焊件变形大,生产效率低。且焊缝金属晶粒粗大,疏松,容器产生夹渣。实际上被氩弧焊所取代。

2)焊条电弧焊

焊条电弧焊的接头质量较差,工业中应用较少,主要用于焊补。

3)手工钨较氩弧焊

优点:热量比较集中,电弧燃烧稳定,焊缝金属致密,焊接接头的强度和塑性较高,接头质量较优,可焊接的板厚度为1mm~20mm,是焊接铝和铝合金普通的方法。

缺点:此方法不宜在露天操作。

4)熔化较氩弧焊

优点:以焊丝为电较,电流比非常大,电弧功率大,热量集中,焊接速度快,生产效率高。可焊接厚度为小于50mm。

缺点:焊丝直径受送丝系统的限制,且焊缝的气孔敏感性非常大。

5)熔化较脉冲钨较氩弧焊

焊接电流小,参数调节范围广,焊件变形小,适用于薄板焊和全位置焊。常用于2~12mm。

6)其它不常用的焊接方法:等离子弧焊、真空电子束焊、激光焊、电阻焊等。

按照本公司产品的特点及需求宜采用双脉冲熔化较气体保护焊,焊接质量好、生产效率高,但焊机成本较高,国产双脉冲熔化较气体保护焊机一套(含送丝机、送丝软管、焊枪等)约4~5万元;也采用钨较交流氩弧焊或钨较脉冲氩弧焊,此焊接方法焊缝成型美观,焊机成本较低,约1~2万元,但此种焊接方法生产效率较低,不宜在露天操作。

1、焊丝的选用主要按照下列原则:

(1)纯铝焊丝的纯度一般不低于母材;

(2)铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近;

(3)铝合金焊丝中的耐腐蚀元素(镁、锰、硅等)的含量一般不低于母材;

(4)异种铝材焊接时应按耐腐蚀较高、强度高的母材选择焊丝;

(5)不要去耐腐蚀性的高度度铝合金(热处理强化铝合金)可采用异种成分的焊丝,如抗裂性好的铝硅合金焊丝SAlSi-1等(注意强度可能低于母材)。

本公司选用焊丝需待产品铝合金材质确认后再选取,铝焊丝价格大概在30~40元/Kg。

2、焊丝、焊件的清洗:

在焊前必须将铝焊丝(钨较氩弧焊焊丝需进行表面清理,溶化较气体保护焊盘丝不需进行表面处理,因为盘丝有保护措施防止氧化、污染)、铝板表面上的油污、氧化膜等污物清洗掉。清洗方法如下:

a) 去油污

在清除氧化膜之前,先将铝丝表面、铝板坡口及其两侧(各30mm内)的油污、脏物清洗干净。在生产上一般采用汽油或丙酮、醋酸乙酯、松香水、四氯化碳等溶剂。也可配制一种化学混合液进行脱脂处理,其步骤如下:

①在温度为(60~70)℃的混合溶液(工业磷酸三钠(40~50)g,物质材料(40~50)g,水玻璃(20~30)g,水1L)中加热(5~8)min;

②在50℃左右的热水中冲洗2min;

③冷水中冲洗2min。

清除氧化膜 氧化膜的清理农业生产体系械清理及化学清理两种方法:

①机械清理 在去除油污后,可用不锈钢丝轮、铜丝轮或刮刀,将焊件坡口两侧表面刮净。这种方法较简便,但清理的质量较差,主要用于焊缝质量要求不高、焊件尺寸非常大、不易用化学方法清理或化学清理后又被局部污染的焊件。这种方法难于清除焊丝表面的氧化膜。

②化学清理 铝及铝合金板材、管子及铝丝化学清理时,先把铝板、铝管及铝丝放入温度为40~60℃、浓度8~10%的氢氧化钠溶液中侵蚀,保持10~15min(对于铝合金只需5min)后取出,用冷水冲洗2min;再置于30%的硝酸溶液中进行光化处理,以中和余碱,避免碱液继续腐蚀铝板、铝管、铝丝;再用流动的冷水冲洗2~3min。

按本公司产品特点可采用直径为0.15mm~0.2mm的铜丝刷或不锈钢刷的机械清理方法,不能使用砂轮打磨,因为使用砂轮打磨只会使氧化膜熔合在焊材表面,而不会真实去除。而且如果使用硬质砂轮,其中的杂质会进入焊缝,导致热裂纹。此外,由于Al2O3 膜在较短的时间内又会重变新成和堆积,为了使氧化膜尽可能少地影响焊缝,清理完毕后应立即施焊。

清理工作完成后,铝丝应置于150~200℃的烘箱内,随用随取。清理过的焊件、焊丝必妥善保管,不准随意乱放。铝板坡口清理后宜立即进行装配、焊接,一般不得超过24h。

3、保护气体:

保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流加高频TIG焊时,采用大于99.9%纯氩气,直流正较性焊接宜用氦气。MIG焊时,板厚>25mm时宜用氩气;板厚25~50mm时氩气中宜添加10%~35%的氦气;板厚50mm~75mm时氩气中宜添加10%~35%或50%的氦气;当板厚<75mm时推荐采用添加50%~75%氦气的氩气。氩气应符合GB/T4842-1995《纯氩》的要求。氩气瓶压低于0.5MPa后压力不足,不能使用。

按照本公司产品的特点保护气体采用大于99.9%纯氩气。

4、钨较

氩弧焊用的钨较材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。纯钨的熔点和沸点高,不易溶化挥发,电较烧损及高等的污染较少,但电子发射能力较差。在纯钨中加入1%~2%氧化钍的电较为钍钨较,电子发射能力强,允许的电流密度高,电弧燃烧较稳定,但钍元素具有一定的放射性,使用时应采取适当的防护措施。在纯钨中加入1.8%~2.2%的氧化铈(杂质≤0.1%)的电较为铈钨较。铈钨较电子逸出功低,化学稳定性高,允许电流密度大,钨放射性,时目前普遍采用的电较。锆钨较可防止电较污染基体金属,高等易保持半球形,适用于交流焊接。

三、总结

综上所述,结合公司产品发展方向及铝合金焊接的主流发展趋势,建议采用双脉冲熔化较气体保护焊(应配套铝合金焊接专项使用的送丝机及送丝软管),焊接质量好、生产效率高;保护气体采用大于99.9%纯氩气;再按产品材质选取合适的铝合金盘丝(焊丝),焊前焊丝、工件坡口及坡口两侧各50mm范围应用丙酮去除油污,用Φ0.2mm左右的不锈钢丝刷(轮)清理表面氧化膜,经清理的焊丝和焊件焊前严禁沾污,如超过4h未焊,应重新清理。


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