鋁合金與不銹鋼的焊接工藝（課堂PPT）

1、1鋁合金與不銹鋼的焊接工藝 2本組成員：本組成員：何泰何泰 CD20150517 朱志權(quán)朱志權(quán) CD20150502趙川趙川 CD20150523唐靖炎唐靖炎 CD201505323一、鋁合金的焊接工藝一、鋁合金的焊接工藝1、鋁及鋁合金的焊接性（1）強(qiáng)的氧化能力 鋁在空氣中極易與氧結(jié)合生成致密結(jié)實(shí)的Al2O3膜薄，厚度約0.1m。Al2O3的熔點(diǎn)高達(dá)2050，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋁及鋁合金的熔點(diǎn)（約660），而且體積質(zhì)量大，約為鋁的1.4倍。焊接過(guò)程中，氧化鋁薄膜會(huì)阻礙金屬之間的良好結(jié)合，并易形成夾渣。氧化膜還會(huì)吸附水分，焊接時(shí)會(huì)促使焊縫生成氣孔。因此，焊前必須嚴(yán)格清理焊件表面的氧化物，并加強(qiáng)焊接區(qū)域的保

2、護(hù)。（2）較大的熱導(dǎo)率和比熱容 鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比熱容約比鋼大1倍，焊接過(guò)程中大量的熱量被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部。因此，焊接鋁及鋁合金比鋼要消耗更多的熱量，焊前常需采取預(yù)熱等工藝措施。 （3）熱裂紋傾向大 線膨脹系數(shù)約為鋼的2倍，凝固時(shí)的體積收縮率達(dá)6.5%左右，因此焊接某些鋁合金時(shí)，往往由于過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生熱裂紋。生產(chǎn)中常用調(diào)整焊絲成分的方法來(lái)防止產(chǎn)生熱裂紋，如使用焊絲HS311.4（4）容易形成氣孔 形成氣孔的氣體是氫。氫在液態(tài)鋁中的溶解度為0.7mL/100g，而在660凝固溫度時(shí)，氫的溶解度突降至0.04ml/100g，使原來(lái)溶解于液態(tài)鋁中的氫大量析出，形成氣泡。同時(shí)，鋁和鋁合金

3、的密度小，氣泡在熔池中的上升速度較慢，加上鋁的導(dǎo)熱性強(qiáng)，熔池冷凝快，因此，上升的氣泡往往來(lái)不及逸出，留在焊縫內(nèi)成為氣孔?；≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是氫的主要來(lái)源，因此焊前必須嚴(yán)格做好焊件的表面清理工作。 （5）接頭不等強(qiáng)度 鋁及鋁合金的熱影響區(qū)由于受熱而發(fā)生軟化、強(qiáng)度降低使接頭與母材無(wú)法達(dá)到等強(qiáng)度。純鋁及非熱處理強(qiáng)化鋁合金接頭的強(qiáng)度約為母材的75%100%；熱處理強(qiáng)化鋁合金的接頭強(qiáng)度較小，只有母材的40%50%。 （6）焊穿 鋁及鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，無(wú)明顯的顏色變化，所以不易判斷母材溫度，施焊時(shí)常會(huì)因溫度過(guò)高無(wú)法察覺(jué)而導(dǎo)至焊穿。52、鋁合金焊接前進(jìn)行的準(zhǔn)備工作

4、（1）焊前清理 清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污，這是防止產(chǎn)生氣孔、夾渣的重要措施。 1）化學(xué)清洗 效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產(chǎn)的焊件?；瘜W(xué)清洗分浸洗法和擦洗法兩種，清洗劑及清洗工藝。 2）機(jī)械清理 先用有機(jī)溶劑(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污，然后用細(xì)銅線刷至表面露出金屬光澤，或者用刮刀清理表面。清理后的焊件應(yīng)在4h內(nèi)施焊，否則應(yīng)重新清理。（2）墊板 為了保證焊透并使焊件不致焊穿或塌陷，焊前可在接縫下面安放墊板。墊板材料可采用石墨、不銹鋼或碳鋼，表面開(kāi)一圓弧形槽，以保證反面焊縫成形。（3）預(yù)熱 對(duì)薄、小的焊件一般可以不用預(yù)熱。焊接厚度超過(guò)5mm的焊件時(shí)，為

5、了使接縫附 近達(dá)到所需要的溫度，焊前應(yīng)對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100300。63、鋁合金焊接后的清理工作 焊件焊后留在焊縫及鄰近的殘存熔劑和焊渣，需要及時(shí)清理干凈，否則在空氣、水分的作用下，殘存的溶劑和焊渣會(huì)破壞具有防腐作用的氧化鋁薄膜，激烈的腐蝕焊件。因此，焊后應(yīng)立即嚴(yán)格清除焊件上殘存的污物。常用的清渣方法和步驟：1）在熱水中用硬毛刷仔細(xì)地洗刷焊接接頭。2）將焊件在溫度為6080、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%3%的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗約510min，并用硬毛刷仔細(xì)洗刷。3）在熱水中沖刷洗滌焊件。4）將焊件用熱空氣吹干或在100干燥箱內(nèi)烘干。74、鋁及鋁合金鎢極氬弧焊（TIG焊）的焊接工藝（1）

6、焊絲的選用 HS311是一種通用焊絲，采用這種焊絲焊接時(shí)，金屬流動(dòng)性好，有較高的抗熱裂性能，并能保證一定的強(qiáng)度。但在焊接鋁鎂合金時(shí)，焊縫中會(huì)出現(xiàn)脆性化合物Mg2Si，降低接頭的塑性和耐腐蝕性。焊接鋁-鎂合金時(shí)應(yīng)采用HS331。（2）焊接接頭及坡口形式 坡口形式。（3）焊接電源 應(yīng)選用交流電源。8鋁及鋁合金鎢極氬弧焊（鋁及鋁合金鎢極氬弧焊（TIG焊）焊）9105、鋁及鋁合金熔化極氬弧焊（MIG焊）焊接工藝11鋁及鋁合金熔化極氬弧焊（鋁及鋁合金熔化極氬弧焊（MIG焊）焊）12二、不銹鋼的焊接工藝二、不銹鋼的焊接工藝1、不銹鋼的性能（1）物理性能 熱導(dǎo)率小、線膨脹系數(shù)大、電阻率大。 （2）耐腐蝕性

7、1）化學(xué)腐蝕: 金屬與介質(zhì) ( 干燥氣體和非電解質(zhì)溶液 ) 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。例如:高溫氧化、脫碳等。 特點(diǎn)：無(wú)電流產(chǎn)生 2）電化學(xué)腐蝕:金屬與介質(zhì) ( 電解質(zhì)溶液，即酸、堿、鹽溶液 )發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。 特點(diǎn)：有電流產(chǎn)生。13 2、不銹鋼的腐蝕形式、不銹鋼的腐蝕形式（1）均勻腐蝕）均勻腐蝕 接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。（2）點(diǎn)蝕）點(diǎn)蝕 在金屬材料表面產(chǎn)生尺寸小于在金屬材料表面產(chǎn)生尺寸小于1.0mm的穿孔性或蝕坑性宏觀腐蝕；的穿孔性或蝕坑性宏觀腐蝕； 原因：材料表面鈍化膜局部破壞引起；原因：材料表面鈍化膜局部破壞引起；

8、預(yù)防措施：預(yù)防措施：A、降低、降低cl-濃度；濃度；B、減少夾雜物，增加均勻性；、減少夾雜物，增加均勻性；C、降低含碳量，增加、降低含碳量，增加Cr、Mo、Ni含量。含量。 （3）縫隙腐蝕）縫隙腐蝕 金屬構(gòu)件中發(fā)生的斑點(diǎn)狀宏觀蝕坑；金屬構(gòu)件中發(fā)生的斑點(diǎn)狀宏觀蝕坑； 原因：間隙中溶液流動(dòng)發(fā)生遲滯，致使溶液中局部原因：間隙中溶液流動(dòng)發(fā)生遲滯，致使溶液中局部cl-濃化，不銹鋼表面鈍化膜吸附濃化，不銹鋼表面鈍化膜吸附cl-被局部破壞。被局部破壞。14 （4）晶間腐蝕 在晶粒邊界附近發(fā)生的有選擇性的腐蝕現(xiàn)象。 原因：貧鉻理論 （5）應(yīng)力腐蝕 在特定腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下而引起的斷裂。153、A（奧氏

9、體）不銹鋼的焊接 顯微組織：奧氏體 成分：高鉻不銹鋼+適量的Ni 典型鋼種： 18-8鋼 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 25-20鋼 2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni20 25-35鋼 0Cr21Ni32 4Cr25Ni3516（1）焊接分析 1）接頭的耐蝕性 變形能力強(qiáng)、含碳量低，焊接性良好； 問(wèn)題：腐蝕、焊接熱裂紋、鐵素體含量的控制、脆化等 .（2）預(yù)防措施： 降低母材和焊縫中的含碳量 ：將鋼中的碳降低到小于或等于其室溫時(shí)在相中的溶解度，這樣在加熱時(shí)就不會(huì)有或很少有Cr23C6析出，從而從根本上避免了貧鉻層的形成。如 00Crl9Ni10、00Crl8Nil0N及焊絲H0

10、0Crl9Nil2Mo2 17 在鋼中加入穩(wěn)定的碳化物形成元素（鈦、鈮、鉭等）：如0Crl8Ni11Ti、0Crl8Ni11Nb及焊絲H0Cr20Ni10Ti、H0Cr20Ni10Nb等 。（3）焊后進(jìn)行固溶處理： 固溶處理可使已經(jīng)析出的Cr23C6重溶于奧氏體中。 固溶處理：T1050-1150 此方法對(duì)大型復(fù)雜零部件有一定的困難，處理后再次在敏化溫度范圍加熱，仍然會(huì)形成貧鉻層 。18（4）A不銹鋼焊接的工藝要點(diǎn) 1）焊前準(zhǔn)備 A、下料方法的選擇： 機(jī)械切割、等離子弧切割及碳弧氣刨等，最好等離子弧切割； B、坡口的制備 適當(dāng)減小V形坡口角度。當(dāng)板厚大于10mm時(shí)，應(yīng)盡量選用焊縫截面較小的U形

11、坡口； C、焊前清理 將坡口兩側(cè)20mm30mm范圍內(nèi)的焊件表面清理干凈，如有油污，可用丙酮或酒精等有機(jī)溶劑擦拭。對(duì)表面質(zhì)量要求特別高的焊件，應(yīng)在適當(dāng)范圍內(nèi)涂上用白堊調(diào)制的糊漿，以防飛濺金屬損傷表面； D、表面防護(hù) 避免損傷鋼材表面，不允許用利器劃傷鋼板表面，不允許隨意到處引弧等 。192）焊接方法 焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，應(yīng)控制焊接熱輸入和層間溫度，以防止熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大及碳化物析出，應(yīng)根據(jù)具體焊接性和使用要求選擇： A、焊條電弧焊 同樣直徑的焊條，焊接電流值應(yīng)比低碳鋼焊條降低20%左右 ；焊條長(zhǎng)度應(yīng)比碳素鋼焊條短；采用直流反接施焊 ；多層焊時(shí)，待上一層焊道冷到60以下再焊下一層焊道，以防晶間腐

12、蝕 ；在焊接過(guò)程中，應(yīng)注意提高焊接速度，同時(shí)焊條不作橫向擺動(dòng)。 20B、熔化極惰性氣體保護(hù)焊 一般采用直流反接法 ，焊接電流為相同直徑的碳鋼焊絲的80 ；保護(hù)氣體可用純Ar，ArO2（CO2）或Ar十He十CO2混合氣 ；板厚6-25mm用噴射過(guò)渡，6mm用短路過(guò)渡。 CO2氣體保護(hù)焊不適合焊接A不銹鋼，因?yàn)镃O2焊接時(shí)使焊縫增碳（Cr+CO2=Cr2O3+C） 21C、鎢極氬弧焊 焊縫成形好，線能量很低，特別適合焊接對(duì)過(guò)熱敏感的各種奧氏體鋼；一般采用直流正接，以防止因電極過(guò)熱而造成焊縫中滲鎢的現(xiàn)象 ；但因生產(chǎn)效率較低、成本高，一船只用于焊接6mm以下的薄板 。 D、埋弧焊 （含埋弧堆焊及電渣

13、堆焊等）是一種電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。其固有的焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接生產(chǎn)率高、無(wú)弧光及煙塵很少等優(yōu)點(diǎn)，使其成為壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結(jié)構(gòu)制作中的主要焊接方法。22（5）焊接材料選擇 A、適用性原則 B、注重實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 C、考慮熔合比大小對(duì)焊縫成分的影響 D、根據(jù)焊接性要求確定合金化程度 E、注重具體合金成分在該合金系統(tǒng)中的作用23（6）焊接工藝要點(diǎn) A、合理選擇焊接方法，藥芯焊絲電弧焊最好，不銹鋼薄板宜用TIG焊，厚板用氣保焊； B、控制焊接參數(shù)，避免接頭產(chǎn)生過(guò)熱：如熱輸入比焊接碳鋼時(shí)小20-30%；焊接時(shí)采用小電流、窄道快速焊，I=（25-35）d， ；焊完進(jìn)行強(qiáng)制冷卻（加墊板、水冷等）；避免交叉焊縫；多層焊時(shí)使層間溫度冷卻到60以下再焊下一道; C、注意焊接接頭設(shè)計(jì)的合理性，A鋼焊接時(shí)選擇同質(zhì)材料，坡口一般60。，選擇鎳基材料做焊材時(shí)，坡口需增大80;24 D、盡可能控制焊接工藝穩(wěn)定以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定； E、控制焊縫成形，保證焊件表面完好無(wú)損，焊接時(shí)要避免焊件碰撞損傷和在焊件表面進(jìn)行引弧，造成局部損傷影響其耐蝕性; F、焊后熱處理 奧氏體不銹鋼焊接后，原則上不進(jìn)行熱處理。只在焊接接頭產(chǎn)生了脆化要進(jìn)一步提高其耐蝕能力時(shí)，才根據(jù)需要選擇固溶