鋁合金與不銹鋼的焊接工藝

鋁合金與不銹鋼的焊接工藝第一頁，共二十五頁。本組成員：何泰CD20150517朱志權(quán)CD20150502趙川CD20150523唐靖炎CD20150532第二頁，共二十五頁。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0.1μm。Al2O3的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋁及鋁合金的熔點(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防止產(chǎn)生熱裂紋，如使用焊絲HS311.第三頁，共二十五頁。（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，上升的氣泡往往來不及逸出，留在焊縫內(nèi)成為氣孔?；≈鶜夥罩械乃帧⒑附硬牧霞澳覆谋砻嫜趸の降乃侄际菤涞闹饕獊碓?，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)因溫度過高無法察覺而導(dǎo)至焊穿。第四頁，共二十五頁。2、鋁合金焊接前進(jìn)行的準(zhǔn)備工作（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。化學(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5mm的焊件時(shí)，為了使接縫附

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100～300℃。第五頁，共二十五頁。3、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60～80℃、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5～10min，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。第六頁，共二十五頁。4、鋁及鋁合金鎢極氬弧焊（TIG焊）的焊接工藝（1）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。第七頁，共二十五頁。鋁及鋁合金鎢極氬弧焊（TIG焊）第八頁，共二十五頁。

這種焊接適于焊接厚度小于3mm的鋁及鋁合金薄板，工件變形明顯小于氣焊。交流TIG焊具有去除氧化膜的清理作用，不用熔劑，避免了焊后熔劑殘?jiān)鼘?duì)接頭的腐蝕，接頭形式不受限制，焊縫成形良好、表面光亮。氬氣流對(duì)焊接區(qū)的沖刷使接頭冷卻加快，改善了接頭的組織性能，適于全位置焊接。由于不用熔劑，焊前清理要求比其他焊接方法嚴(yán)格。

脈沖TIG焊擴(kuò)大了氬弧焊的應(yīng)用范圍，特別適用于焊接鋁合金精密零件。增加脈沖可減小熱輸入，有利于薄鋁件的焊接。交流脈沖TIG焊有加熱速度快、高溫停留時(shí)間短、對(duì)熔池有攪拌作用的特點(diǎn)，焊接薄板、硬鋁可得到滿意的結(jié)果。對(duì)仰焊、立焊、管子全位置焊、單面焊雙面成形等，也可得到較好的焊接效果。第九頁，共二十五頁。5、鋁及鋁合金熔化極氬弧焊（MIG焊）焊接工藝

與TIG焊相比，MIG焊可焊的鋁合金厚度明顯增大，而且焊接效率高，適合于自動(dòng)化生產(chǎn)。MIG焊用于焊接鋁及鋁合金時(shí)通常采用直流反極性，焊接薄、中等厚度板材時(shí)，可用純Ar作保護(hù)氣體；焊接厚大件時(shí)，采用（Ar+He）混合氣體，也可采用純He保護(hù)。焊前一般不預(yù)熱，板厚較大時(shí)，也只需預(yù)熱起弧部位。脈沖MIG焊可以將熔池控制的很小，容易進(jìn)行全位置焊接，尤其焊接薄板、薄壁管的立焊縫、仰焊縫和全位置焊縫是一種較理想的焊接方法。脈沖MIG焊電源是直流脈沖，脈沖TIG焊的電源是交流脈沖。第十頁，共二十五頁。鋁及鋁合金熔化極氬弧焊（MIG焊）第十一頁，共二十五頁。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

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。第十二頁，共二十五頁。2、不銹鋼的腐蝕形式（1）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。（2）點(diǎn)蝕在金屬材料表面產(chǎn)生尺寸小于1.0mm的穿孔性或蝕坑性宏觀腐蝕；原因：材料表面鈍化膜局部破壞引起；預(yù)防措施：A、降低cl-濃度；B、減少夾雜物，增加均勻性；C、降低含碳量，增加Cr、Mo、Ni含量。（3）縫隙腐蝕金屬構(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cl-濃化，不銹鋼表面鈍化膜吸附cl-被局部破壞。第十三頁，共二十五頁。（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。第十四頁，共二十五頁。3、A（奧氏體）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0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti

25-20鋼2Cr25Ni20Si24Cr25Ni20

25-35鋼0Cr21Ni324Cr25Ni35第十五頁，共二十五頁。（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：

①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γ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H00Crl9Nil2Mo2第十六頁，共二十五頁。

②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：T＝1050-1150℃

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。第十七頁，共二十五頁。（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形坡口；C、焊前清理將坡口兩側(cè)20mm～30mm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。第十八頁，共二十五頁。2）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，以防晶間腐蝕；在焊接過程中，應(yīng)注意提高焊接速度，同時(shí)焊條不作橫向擺動(dòng)。

第十九頁，共二十五頁。B、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，Ar＋O2（CO2）或Ar十He十CO2混合氣；板厚δ＝6-25mm用噴射過渡，δ＜6mm用短路過渡。

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]）

第二十頁，共二十五頁。C、鎢極氬弧焊

焊縫成形好，線能量很低，特別適合焊接對(duì)過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。第二十一頁，共二十五頁。（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)中的作用第二十二頁，共二十五頁。（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;第二十三頁，共二十五頁。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