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1铝合金焊接工艺

作者:admin来源:本网 日期:2017-10-30 9:30:50 人气: 标签:

  铝合金焊接及铸件补焊工艺成军,李建莉,谢辉,王智民(西安理工大学材料科学与工程学院,陕西西安710048)件缺陷常规补焊工艺和专用补焊工艺的特点,推荐在特殊条件下的几种专用补焊方法。选用合适的焊接规范参数,可以实现焊缝成形控制,并能获得较好的焊接质量。针对不同缺陷类型和缺陷位置,合理选择补焊工艺,可以更有效地提高补焊质量和补焊效率。

  铝合金型材和铸件在航空航天领域以及其他装备制造业中得到了广泛应用,由于其工作条件的特殊性,对于零件接头性能和表面的质量要求较高。在对接头进行焊接和发生表面缺陷进行补焊时,由于该类合金线膨胀系数大、导热性强,焊接过程中易引起较大的热应力。用大电流焊接时,焊缝及近缝区金属易产生过热和晶粒长大,容易产生裂纹、气孔等缺陷。由于零件表面极易产生难熔氧化膜和低熔点共晶体,焊缝中会形成夹渣、产生热裂纹使接头性能变坏。为保证焊接和补焊质量、避免焊接缺陷,应选取合理的焊接方法和工艺措施。

  1铝合金焊接工艺铝合金结构件通常可采用气焊和氩弧焊工艺进行焊接,氩弧焊工艺则可分为非熔化极氩弧焊(TIG)和熔化极氩弧焊(MIG)两种。

  1.1气焊工艺焊前准备阶段主要是用机械方法清理干净待焊部位至露出金属光泽,选择合适的焊丝熔剂并清理焊丝表面去除氧化膜和油污,将熔剂涂敷在焊丝和待焊部位上(如纯铝焊接采用丝311配合溶剂401)。焊接时宜采用中性焰或轻微碳化焰施焊。焊接过程中速度要快、焊矩略做上下跳动以利于熔渣浮出,焊丝与焊件夹角呈45°送入。焊后需用热水擦拭清理焊接部位以去除熔渣,防止其后期对工件的腐蚀。

  1.2氩弧焊工艺焊前注意清理焊丝和工件待焊部位,焊前清理是除去焊口及附近的氧化铝、油、水分等,减少焊缝中的氢气孔。采用钢丝轮打磨及丙酮清洗的方式使其露出金属光泽。清理完成至焊接不超过2h.选用合理的焊丝材料,并推荐选择带有高频引弧和电流递增、衰减装置的交流氩弧焊机施焊,保护气体选用高纯度氩气以保证气保护效果,这样,就可以利用交流电流的阴极雾化作用,充分保证氧化膜的破碎(实践中也有利用直流反接MIG法同样起到良好的焊接效果),提高起弧质量和防止收弧时裂纹的产生,提高焊接过程稳定性,并应选择短弧和小角度焊丝加入方式进行施焊。

  1.3铝合金氩弧焊接接头工艺参数和接头组织1.3.1焊接工艺参数试验选用WES-160型交流方波氩弧焊机(参数见1.3.2铝合金焊接接头组织是试样母材为LF21的焊接接头组织,焊丝为LF2;是试样母材为LY16的焊接接头组织,焊丝为5356;采用对接TIG焊。焊缝和母材熔合良好,无气孔、夹杂缺陷,焊缝区晶粒组织细小由等轴晶过渡为树枝晶,熔合区拌有晶粒局部重熔,在晶界处聚集少量低熔点共晶,接头总体性能良好。

  试验表明填充焊丝的差异会对接头组织性能产生不同的影响结果。合适的填充金属和工艺参数选择可以避免产生各种焊接缺陷,保证接头性能。

  1.4铝合金焊接新工艺由于常规的铝合金焊接工艺,即便是TIG和MG表1焊机参数配用电源WES- 160型交流方波输入电压380V供电类型及频率40Hz电流调节范围20460A空载电压82V/90V冷却水流量多1L/min防护等级IP21拜焊a ffl丨LF21焊接接头组织阁2 LY16焊接接头组织氩弧焊工艺也难以避免合金元素烧损、接头软化和焊接变形等问题。于是,近年来国内外焊接工作者深入开展了高能束流焊接方法和搅拌摩擦焊方法在铝合金结构件的应用研究。

  与常规焊接方法相比,高能束流激光焊的热量集中、加热速度快、焊缝窄、热应变小,可显著提高焊接质量。随着大功率、高性能激光加工设备的不断开发,使得铝合金激光焊接技术在制造业中得到了广泛应用,具有取代MG焊的优势。

  高能束流真空电子束焊也具有焊缝深宽比大、热影响区小,焊接变形小和接头力学性能好等优点,但存在真空设备尺寸有限和合金元素高温挥发的局限性,可能会影响到其进一步应用。

  年发明并在世界范围内获得专利保护的新型固相连接方法,也是世界焊接技术发展史上从发明到工业应用时间间隔最短且发展最快的一项神奇的焊接技术。其在铝合金结构制造中具有独特的优势,已经发展成为可以替代熔焊技术的工业化实用的固相连接技术。搅拌摩擦焊焊接时,先将被焊工件固定在垫板上,高速旋转的搅拌焊针插入工件的接缝处,直至搅拌焊针的肩部与被焊工件表面紧密接触,搅拌焊针沿着接缝与焊件作相对运动,使接缝处的塑性金属发生动态再结晶,从而形成搅拌摩擦焊的焊缝。由于搅拌摩擦焊是固相连接,因此不会出现熔化焊接中出现的裂纹、气孔等缺陷;其在焊接过程中无需焊丝和保护气体;无飞溅、烟尘和弧光辐射,又被称为绿色环保焊接工艺“;焊后工件变形小,残余应力小;焊接成本低,效率高,易于实现自动化,目前该工艺在国内铝合金焊接方面的研究应用非常活跃。

  2铸件常规补焊工艺通常的铝合金铸件缺陷均可以采用氩弧焊接工艺进行补焊挽救,而以交流TIG焊方法补焊效果为佳。

  采用补焊工艺实施铸件缺陷补焊时,除了以上提到的一般做法如焊前注意清理焊丝和工件待焊部位,选用合理的焊丝材料,选择短弧和小角度焊丝加入方式进行施焊等要点之外,在实践中针对不同缺陷类型还有许多成功的经验值得借鉴,如尽量选用小电流施焊;选用补焊时的焊丝合金成分高于母材,以便在补焊过程中补充烧损合金,使焊缝成分与母材保持一致;对带有裂纹缺陷的铸件补焊前在两端打止裂孔;焊接时应首先加热待焊部位,采用左焊法填丝,以利于观察焊缝的熔化情况,待施焊处熔化后再行填丝以形成充分润湿的熔池;当缺陷尺寸较大时为了提高补焊效率,可在传统TIG焊前将很薄的一层表面活性剂(简称ATIG活性剂)涂敷在施焊位置表面,焊接时活性剂引起焊接电弧收缩或熔池内金属流态发生变化,使得焊缝熔深增加,在进行铝合金交流TIG焊时,是在焊缝表面涂敷一层Sl2活性剂以改变焊缝熔深、减少预热程序和降低焊接难度。

  3特种补焊方法及其特点3.1喷焊和激光熔覆采用火焰喷焊和等离子喷焊的工艺可以进行铸件缺陷补焊。使用专用喷枪对缺陷部位先行加热,待温度适宜时开始送入合金粉末,熔融合金粉末以喷涂方式与工件缺陷表面结合,焰流继续加热的结果使得填充物与工件呈堆焊方式连接。该工艺(尤其是火焰喷焊)存在加热面积过大、加热时间过长的缺点,对于铝、镁合金铸件不易控制补焊质量。

  采用激光熔覆方法优于火焰喷焊和等离子喷焊。

  激光熔覆采用高能密度束流――激光作为热源,光斑直径和位置以及能量密度可调、加热面积小、加热时间短,可以对局部微小缺陷进行‘点焊“熔覆。其方法是在缺陷部位先行涂敷合金粉末,然后施行激光扫描、熔融覆盖,其优异特性恰好弥补了喷焊补焊对铝合金的不适应。

  激光焊接还弥补了传统氩弧焊在修补焊接精细表面时的不足之处。如可以在窄小部位进行焊接,深腔部位补焊不会伤到周边壁位;补焊精细边角部位时不会烧损边缘。

  3.2电火花沉积补焊利用电火花沉积原理制备的特种焊机可以施行补焊工艺,其原理为选择合适的堆焊电极夹紧在焊枪上,焊枪带有氩气保护通路,电极伸出喷嘴的长度可以控制在10mm以内,用电极的端部轻触铸件表面并移动即可实现沉积堆焊。首先以较小的输出功率进行堆焊。同时要保证氩气连续不断地从喷嘴中喷出,以避免电极和堆焊层氧化。当增加输出功率进行堆焊时,火花比较多,堆焊的金属呈现出明亮的金属光泽。虽然进行电火花放电沉积堆焊时在放电的瞬间能产生数千摄氏度的高温,使电极材料端部产生熔化和气化,但是,由于放电的时间很短,为0.1州。2ms,放电的面积又很小,因此放电热作用只发生在工件表面的微小区域。就整个工件而言,仍处于温度较低的状态。与常规的焊接方法相比,由于每一次放电沉积的金属和热输入都极小,相应地在工件表面造成的热影响区范围很窄,在热影响区形成的焊接缺陷几率较低。

  3.3螺栓焊工艺对于零件上存在的较大尺寸的孔眼缺陷也可采用加工同等材质的螺栓件,施行氩气保护短周期螺栓焊工艺,同样可以得到理想的补焊效果。

  该工艺操作方便,补焊过程与普通的焊接操作相似,包括焊前准备、焊中和焊后清理3个步骤。具体方法是取与待焊铸件同材质的小圆棒加工成直径比孔眼略大的圆柱体,再将其端部加工成顶角为120°的圆锥体,装夹于焊枪上,并将待补焊的铸件孔眼处去除油污、氧化膜后钻成顶角为120°的圆锥形坡口,接通保护气、调整好流量,预置螺栓焊机焊接参数;将焊枪对准孔眼处扣动启动扳机,焊机自动完成预定焊接过程;焊后取下焊枪,用小锤敲掉高出部分后将表面磨平,补焊工作即可完成。

  应用能量密度高的短周期螺栓焊,使用同种材质进行补焊,克服了普通焊接方法焊接能量密度低,加热时间长,难以实现自动化等缺点。对铸件补焊时,实现高精度控制,能够达到快速加热、快速冷却,与普通熔化焊方法相比,焊接区及焊接热影响区的晶粒度大大细化,避免了气孔、裂纹等缺陷。补焊时形成的熔化液体,借助填补料的压力排除,使补焊区形成类似于锻造后的组织,克服了普通补焊焊缝区的变态铸造组织所具有的性能差的弊端。

  4结论铝合金的焊接和补焊通常可采用方便和低成本的TIG和MG氩弧焊方法。当采用高能束流焊和搅拌摩擦焊等铝合金焊接新工艺时,可以有效避免合金元素烧损、接头软化和焊接变形等问题,尤其是搅拌摩擦焊为固相连接具有绿色环保的特点。

  常规补焊方法用于铝合金铸件缺陷补焊时,为避免焊接缺陷,应注意焊前清理、选配合理的焊丝填料和正确的焊接工艺规范,通常宜选用交流TIG补焊。

  在铸件缺陷情况特殊和条件具备时,可以结合实际采用特种补焊方法,以便提高铝合金铸件的补焊质量。

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