鋁合金與不銹鋼的焊接工藝

鋁合金與不銹鋼的焊接工藝目前一頁\總數二十五頁\編于二十點本組成員：何泰CD20150517朱志權CD20150502趙川CD20150523唐靖炎CD20150532目前二頁\總數二十五頁\編于二十點一、鋁合金的焊接工藝1、鋁及鋁合金的焊接性（1）強的氧化能力鋁在空氣中極易與氧結合生成致密結實的Al2O3膜薄，厚度約0.1μm。Al2O3的熔點高達2050℃，遠遠超過鋁及鋁合金的熔點（約660℃），而且體積質量大，約為鋁的1.4倍。焊接過程中，氧化鋁薄膜會阻礙金屬之間的良好結合，并易形成夾渣。氧化膜還會吸附水分，焊接時會促使焊縫生成氣孔。因此，焊前必須嚴格清理焊件表面的氧化物，并加強焊接區(qū)域的保護。（2）較大的熱導率和比熱容鋁及鋁合金的熱導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到基體金屬內部。因此，焊接鋁及鋁合金比鋼要消耗更多的熱量，焊前常需采取預熱等工藝措施。（3）熱裂紋傾向大

線膨脹系數約為鋼的2倍，凝固時的體積收縮率達6.5%左右，因此焊接某些鋁合金時，往往由于過大的內應力而產生熱裂紋。生產中常用調整焊絲成分的方法來防止產生熱裂紋，如使用焊絲HS311.目前三頁\總數二十五頁\編于二十點（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，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，鋁和鋁合金的密度小，氣泡在熔池中的上升速度較慢，加上鋁的導熱性強，熔池冷凝快，因此，上升的氣泡往往來不及逸出，留在焊縫內成為氣孔?；≈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源，因此焊前必須嚴格做好焊件的表面清理工作。（5）接頭不等強度鋁及鋁合金的熱影響區(qū)由于受熱而發(fā)生軟化、強度降低使接頭與母材無法達到等強度。純鋁及非熱處理強化鋁合金接頭的強度約為母材的75%～100%；熱處理強化鋁合金的接頭強度較小，只有母材的40%～50%。（6）焊穿

鋁及鋁合金從固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)時，無明顯的顏色變化，所以不易判斷母材溫度，施焊時常會因溫度過高無法察覺而導至焊穿。目前四頁\總數二十五頁\編于二十點2、鋁合金焊接前進行的準備工作（1）焊前清理清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污，這是防止產生氣孔、夾渣的重要措施。1）化學清洗

效率高、質量穩(wěn)定、適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產的焊件?；瘜W清洗分浸洗法和擦洗法兩種，清洗劑及清洗工藝。

2）機械清理

先用有機溶劑(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污，然后用細銅線刷至表面露出金屬光澤，或者用刮刀清理表面。清理后的焊件應在4h內施焊，否則應重新清理。（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）預熱

對薄、小的焊件一般可以不用預熱。焊接厚度超過5mm的焊件時，為了使接縫附

近達到所需要的溫度，焊前應對焊件進行預熱，預熱溫度為100～300℃。目前五頁\總數二十五頁\編于二十點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，需要及時清理干凈，否則在空氣、水分的作用下，殘存的溶劑和焊渣會破壞具有防腐作用的氧化鋁薄膜，激烈的腐蝕焊件。因此，焊后應立即嚴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地洗刷焊接接頭。2）將焊件在溫度為60～80℃、質量分數為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℃干燥箱內烘干。目前六頁\總數二十五頁\編于二十點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，金屬流動性好，有較高的抗熱裂性能，并能保證一定的強度。但在焊接鋁鎂合金時，焊縫中會出現(xiàn)脆性化合物Mg2Si，降低接頭的塑性和耐腐蝕性。焊接鋁-鎂合金時應采用HS331。（2）焊接接頭及坡口形式

坡口形式。（3）焊接電源

應選用交流電源。目前七頁\總數二十五頁\編于二十點鋁及鋁合金鎢極氬弧焊（TIG焊）目前八頁\總數二十五頁\編于二十點

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，避免了焊后熔劑殘渣對接頭的腐蝕，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格。

脈沖TIG焊擴大了氬弧焊的應用范圍，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、高溫停留時間短、對熔池有攪拌作用的特點，焊接薄板、硬鋁可得到滿意的結果。對仰焊、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。目前九頁\總數二十五頁\編于二十點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，適合于自動化生產。MIG焊用于焊接鋁及鋁合金時通常采用直流反極性，焊接薄、中等厚度板材時，可用純Ar作保護氣體；焊接厚大件時，采用（Ar+He）混合氣體，也可采用純He保護。焊前一般不預熱，板厚較大時，也只需預熱起弧部位。脈沖MIG焊可以將熔池控制的很小，容易進行全位置焊接，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。目前十頁\總數二十五頁\編于二十點鋁及鋁合金熔化極氬弧焊（MIG焊）目前十一頁\總數二十五頁\編于二十點二、不銹鋼的焊接工藝1、不銹鋼的性能（1）物理性能熱導率小、線膨脹系數大、電阻率大。（2）耐腐蝕性

1）化學腐蝕:金屬與介質(干燥氣體和非電解質溶液)發(fā)生化學反應而產生的腐蝕。例如:高溫氧化、脫碳等。特點：無電流產生

2）電化學腐蝕:金屬與介質(電解質溶液，即酸、堿、鹽溶液)發(fā)生電化學反應而產生的腐蝕。

特點：有電流產生。目前十二頁\總數二十五頁\編于二十點2、不銹鋼的腐蝕形式（1）均勻腐蝕接觸腐蝕介質的金屬表面全部產生腐蝕的現(xiàn)象。（2）點蝕在金屬材料表面產生尺寸小于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）縫隙腐蝕金屬構件中發(fā)生的斑點狀宏觀蝕坑；原因：間隙中溶液流動發(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。目前十三頁\總數二十五頁\編于二十點（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）應力腐蝕在特定腐蝕介質和拉應力共同作用下而引起的斷裂。目前十四頁\總數二十五頁\編于二十點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目前十五頁\總數二十五頁\編于二十點（1）焊接分析1）接頭的耐蝕性變形能力強、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在γ相中的溶解度，這樣在加熱時就不會有或很少有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目前十六頁\總數二十五頁\編于二十點

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）焊后進行固溶處理：

固溶處理可使已經析出的Cr23C6重溶于奧氏體中。

固溶處理：T＝1050-1150℃

此方法對大型復雜零部件有一定的困難，處理后再次在敏化溫度范圍加熱，仍然會形成貧鉻層。目前十七頁\總數二十五頁\編于二十點（4）A不銹鋼焊接的工藝要點

1）焊前準備A、下料方法的選擇：機械切割、等離子弧切割及碳弧氣刨等，最好等離子弧切割；B、坡口的制備適當減小V形坡口角度。當板厚大于10mm時，應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20mm～30mm范圍內的焊件表面清理干凈，如有油污，可用丙酮或酒精等有機溶劑擦拭。對表面質量要求特別高的焊件，應在適當范圍內涂上用白堊調制的糊漿，以防飛濺金屬損傷表面；D、表面防護避免損傷鋼材表面，不允許用利器劃傷鋼板表面，不允許隨意到處引弧等。目前十八頁\總數二十五頁\編于二十點2）焊接方法焊接奧氏體不銹鋼時，應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，應根據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，焊接電流值應比低碳鋼焊條降低20%左右；焊條長度應比碳素鋼焊條短；采用直流反接施焊；多層焊時，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，應注意提高焊接速度，同時焊條不作橫向擺動。

目前十九頁\總數二十五頁\編于二十點B、熔化極惰性氣體保護焊

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氣體保護焊不適合焊接A不銹鋼，因為CO2焊接時使焊縫增碳（[Cr]+CO2=Cr2O3+[C]）

目前二十頁\總數二十五頁\編于二十點C、鎢極氬弧焊

焊縫成形好，線能量很低，特別適合焊接對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行焊接的方法。其固有的焊接質量穩(wěn)定、焊接生產率高、無弧光及煙塵很少等優(yōu)點，使其成為壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結構制作中的主要焊接方法。目前二十一頁\總數二十五頁\編于二十點（5）焊接材料選擇

A、適用性原則

B、注重實驗驗證

C、考慮熔合比大小對焊縫成分的影響

D、根據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)中的作用目前二十二頁\總數二十五頁\編于二十點（6）焊接工藝要點

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，避免接頭產生過熱：如熱輸入比焊接碳鋼時小20-30%；焊接時采用小電流、窄道快速焊，I=（25-35）d，；焊完進行強制冷卻（加墊板、水冷等）；避免交叉焊縫；多層焊時使層間溫度冷卻到60℃以下再焊下一道;C、注意焊接接頭設計的合理性，A鋼焊接時選擇同質材料，坡口一般60。，選擇鎳基材料做焊材時，坡口需增大80;目前二十三頁\總數二十五頁\編于二十點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，焊接時要避免焊件碰撞損傷和在焊件表面進行引弧，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，原則上不進行熱處理。只在焊接接頭產生了脆化要進一步提高其耐蝕能力時，才根據需要選