山东上焊焊接材料有限公司
第13年
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第13年
来源：山东上焊焊接材料有限公司 时间：2025-03-25 20:21:15 [举报]
应用举例：铝母线的焊接
大中型发电机组的槽形和管形，小型机组的板状母线。
1、母线材质、焊接材料及设备
母线材质：L2工业纯铝；
焊材：丝301或丝311；
焊接设备：交流氩弧、熔化极气体保护焊机。
2、对接坡口及接头垫板
（1）对接坡口及其尺寸
δ≤6mm，不开坡口，间隙2-5mm；
δ=6-20mm，70ºV型坡口，间隙5-8mm，钝边1-2mm。
（2）坡口根部垫板
1）铝质或钢质；
2）垫板的大小视母线形状和尺寸而选择；
3）母线为板状或槽状时，选板形垫板；
4）母线为管形时，一般选纯铝垫圈；
5）母线封闭外壳的环缝对接选用带弧形槽的钢垫板。
3、清洗工艺
（1）焊丝清洗：分焊丝整理，碱洗，酸洗，烘干存放几个步骤。烘好的焊丝要随即使用，避免再次氧化。
（2）焊件坡口清理
1）化学清洗 ：采用清洗剂进行清洗。
2）机械清洗：先用（、松香或汽油）擦拭表面除油污，然后用细钢丝刷或刮刀使母材焊接区刮至有金属光泽为止。
（3）焊接过程中的清理
清除焊接过程中出现的黑斑、粘合、夹渣（铲削）。
4、焊接工艺
（1）预热：一般可采取电阻炉加热。高一些为好，但不要超过250ºC。
（2）工艺要点：TIG焊
1）大规范参数：钨棒直径3-6mm,焊丝直径2.4-6mm，焊接电流250-400A，氩气流量15-20l/min（视喷嘴大小决定）。
2）点焊要求
直线焊缝先点焊两端，后点焊中部至少三处，每处约60～80mm；
外壳环焊缝每隔60º点焊一处，每处长约80mm左右；
管形主母线沿圆周均分2-4处点焊，每处长约40-50mm。
3）好用铝制引弧板引弧和收弧。
1070纯铝焊丝，铝含量≥99.5%,有的抗腐蚀性能，很高的导热与导电性能，以及的可加工性能。对经阳极化处理 的材料，需要配色时十分理想，推荐用于焊接1000系列铝合金。 典型化学成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003，AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食 品等行业。 执行GB10858-89标准铝及铝合金焊丝广泛应用于铝及铝合金氩弧焊及氧 -乙炔气焊时作填充材料。 焊丝的选择，主要根据母材的种类，对接头的抗裂性能、力学性能及抗腐蚀性能等方面的要求综合考虑
铝材具有的物理特性和力学性能，其密度低、强度高、热导率高、电导率高，耐蚀能力强。铝材广泛用于容器、机械、电力、化工、航空、航天等焊接结构的产品上。
（一）铝材的分类及牌号表示方法
1. 铝材的分类
（1）按有无合金成分，铝材分为纯铝及铝合金。铝合金按合金系列又分为Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等。
（2）按压力加工能力，可分为变形铝和非变形铝（例如：铸铝）。
（3）按能否热处理强化，铝合金又分为非热处理强化铝和热处理强化铝。铝没有同素异构体，纯铝、铝锰合金、铝镁合金等不可能通过热处理相变来进步强度。但是，铝铜和铝镁硅等合金可通过固溶时效析出强化相进步强度，称为可热处理强化铝。不能通过固溶时效析出强化相进步强度的称为不可热处理强化铝。
2. 牌号表示方法和状态代号
（1）四位数字体系牌号命名方法 1997年1月1号，我国开始实施GB/T16474?996《变形铝和铝合号表示方法》标准。新的牌号表示方法采用变形铝和铝合金国际牌号注册组织推荐的国际四位数字体系牌号命名方法，例如产业纯铝有1070、1060等，Al-Mn合金有3003等，Al-Mg合金有5052、5086等。
（2）四位字符体系牌号命名方法 1997年1月1号前，我国采用前苏联的牌号表示方法。一些老牌号的铝及铝合金化学成分与国际四位数字体系牌号不完全吻合，不能采用国际四位数字体系牌号代替，为保存国内现有的非国际四位数字体系牌号，不得不采用四位字符体系牌号命名方法，以便逐步与国际接轨。例如：老牌号LF21的化学成分与国际四位数字体系牌号3003不完全吻合，于是，四位字符体系表示的牌号为3A21。
四位数字体系和四位字符体系牌号个数字表示铝及铝合金的种别，其含义如下：
1）1XXX系列枣产业纯铝；
2）2XXX系列枣Al-Cu、Al-Cu-Mn合金，；
3）3XXX系列枣Al-Mn合金；
4）4XXX系列枣Al-Si合金；
5）5XXX系列枣Al-Mg合金；
6）6XXX系列枣Al-Mg-Si合金；
7）7XXX系列枣Al-Mg-Si-Cu合金；
8）8XXX系列枣其它。
容器规范采用的铝及铝合金 要求制造容器的材料具有良好的成形性和焊接性，JB/T4734-2002《铝制焊接容器》中采用的铝及铝合金有：
产业纯铝 1A85、1050A、1060和1200。
Al-Cu合金 2014。
Al-Mn合金 3003和3004。
Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5052、5058和5086。
Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。
典型牌号铝及铝合金化学成分和力学性能，可查阅相关标准。
铝及铝合金的焊接工艺
铝及铝合金的焊接特点
(1) 铝在空气中及焊接时极易氧化，天生的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易往除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易天生夹渣、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。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，往除氧化膜。气焊时，采用往除氧化膜的焊剂。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极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。
（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明显，为了获得的焊接接头，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较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时轻易产生缩孔、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。在耐蚀性答应的情况下，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％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，活动性明显进步，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条(硅含量4．5％～6％)焊丝会有更好的抗裂性。
（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的光彩变化，焊接操纵时判定难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，轻易焊穿。
（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，极易形成氢气孔。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。
（8） 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。
气孔产生原因：铝焊接气孔主要是氢进入焊接熔池而形成的。氢来源有：材料、焊丝、保护气体、送丝机构、焊工的手套和环境湿度太高等，如焊丝被污染、材料及焊丝本身的氧化膜、送丝机构上有油污或汗渍等。预防措施：
6.1.1材料及焊丝内的含氢量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面应去除油污及氧化膜，存放时间不超过4h。表面清理后应用干燥、洁净、不起毛的物件覆盖坡口及两侧；
6.1.3 焊丝尽量使用抛光焊丝，不然处理方法同上；
6.1.4 保护气体内杂质含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保护气体管路：一般采用不锈钢管或铜管，软管采用塑料管而不能用橡胶等易吸水的软管；焊前应检查冷却水管道，确保不会漏水；当环境湿度很大时，应对保护气体进行加热对管路进行吹扫；
6.1.6 送丝机构：不得有油污，送丝管采用聚四氟乙烯管或尼龙，并焊前清理管内污染和冷凝水；
6.1.7现场环境：温度不宜超过25℃，相对湿度不超过50%，保持环境清洁；
6.1.8焊工：工作服装尽量是白色的，以便能及时发现和清理污染。焊时注意汗水和油渍不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都应在试板上试焊，以便检查保护气体和管路是否合格。
6.1.10 焊接工艺上预防措施：用双面焊代替单面焊；每道焊缝薄时比厚时有利于气孔逸出；大直径焊丝有利于减少气孔；焊前预热、焊后缓冷；降低电弧电压、电流、降低焊接速度，有利于减少气孔。
6.2 裂纹产生原因：材料焊接性较差；选择焊丝时没考虑抗裂性；结构的拘束度过大。预防措施：
6.2.1 对焊接性较差的铝材在焊接前应考虑其抗裂性而不能只考虑强度；必要时可考虑对焊件进行退火后焊接，焊后再淬火时效。
6.2.2 选择抗裂纹性好的焊丝，如含Si等低熔点元素的焊丝。
6.2.3 尽量减少焊接接头的拘束度，合理安排焊接顺序，让焊缝能够有横向收缩余量，以减小焊接应力。没有必要定位焊的就不要焊定位焊，能双面定位焊的就不要单面定位焊。
6.2.4 尽量面焊为双面焊。
探伤要求：
1.封头拼缝焊后应进行RT，成形后再按规定RT或PT。
2.A、B类焊缝一般进行RT。
3.容器上的C、D类焊接接头进行PT。
4.铝材表面补焊焊缝进行PT。
5.铝卡具和拉筋的临时固定连接焊缝拆除后的焊痕等进行PT。
6.其他图样要求探伤的部位。
表1 同牌号铝焊接用焊丝
同牌号母材牌号
焊 丝
同牌号母材牌号
焊 丝
1060
SAL-3
5052
SAlMg-1
1050A
SAL-3
5A02
SAlMg-1
5A03
SAlMg-2
1200
SAL-1
5083
SAlMg-3
3003
SAlMn
5A05
SAlMg-5
3004
SAlMn
6061
SAlMg-1
SAlMg-5
SAlSi-1
表2 异种铝焊丝焊接用焊丝
异种母材
焊 丝
纯铝+铝锰合金
SAlMn
纯铝、铝锰合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5
纯铝、铝锰合金+5A03
SAlMg-2
纯铝、铝锰合金+5083、5086
SAlMg-3
纯铝、铝锰合金+5A06、5A05
SAlMg-5
表3 针对不同的材料和性能要求选择焊丝
材 料
按不同性能要求推荐的焊丝
要求高强度
要求高延性
要求焊后阳极化后颜色匹配
要求高强度
要求焊接时裂纹倾向低
1100
SAlSi-1
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1
2A16
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
3A21
SAlMn
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1
5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
5A05
LF14
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
5083
ER5183
ER5356
ER5356
ER5356
ER5183
5086
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
6A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1
6063
ER5356
ER5356
ER5356
SAlSi-1
SAlSi-1
7005
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180
7039
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180
注：ER铝焊丝为美国标准ANSI/AWS A5.10。
表4 一般用途焊接时焊丝选用
母材之一
母材之二
7005
6A02
6061
6063
5083
5086
5A05
5A06
5A03
5A02
3A21
3003
2A16
2B16
2A12
2A
与母材配用的焊丝
SAlMg-5
SAlSi-1
ER5356
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMn
-
-
SAl-1
SAl-2
SAl-3
2A12
2A14
-
-
-
-
-
-
-
-
SAlSi-1
BJ-380A
2A16
2B16
-
-
-
-
-
-
-
SAlCu
3A21
3003
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMn
SAlMg-3
5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
5A03
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
5A05
5A06
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
LF14
5083
5086
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
6A02
6061
6063
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1
7005
X5180
铝及铝合金资料密度低，强度高，热电导率高，耐腐蚀才能强，具有的物理特性和力学功能，因而广泛应用于工业商品的焊接构造上。长期以来，因为焊接办法及焊接技术参数的选择不当，构成铝合金零件焊接后因应力过于会集发生严峻变形，或因为焊缝气孔、夹渣、未焊透等缺点，致使焊缝金属裂纹或原料疏松，严峻影响了商品质量及功能。
1.铝合金焊丝材料特点
铝是银白色的轻金属，具有的塑性、较高的导电性和导热性，一起还具有抗氧化和抗腐蚀的才能。铝很简单氧化发生三氧化二铝薄膜，在焊缝中简单发生夹杂物，然后损坏金属的连续性和均匀性，降低其机械功能和耐腐蚀功能。常见铝合金母材和焊丝的化学成分及机械功能。
2.铝合金资料的焊接难点
(1)很简单氧化。在空气中，铝简单同氧化合，生成细密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1-0.2μm)，熔点高(约2050℃)，远远铝及铝合金的熔点(约600℃摆布)。氧化铝的密度3.95-4.10g/cm3，约为铝的1.4倍，氧化铝薄膜的外表易吸附水分，焊接时，它阻止根本金属的熔合，很简单构成气孔、夹渣、未熔合等缺点，引起焊缝功能降低。
(2)易发生气孔。铝和铝合金焊接时发生气孔的首要原因是氢，因为液态铝可溶解很多的氢，而固态铝几乎不溶解氢，因而当熔池温度疾速冷却与凝结时，氢来不及逸出，简单在焊缝中构成气孔。氢气孔目前难于完全避免，氢的来历很多，有电弧焊气氛中的氢，铝板、焊丝外表吸附空气中的水分等。实践，即便氩气按GB/T4842标准需求，纯度到达99.99%以上，但当水分含量到达20ppm时，也会呈现很多的细密气孔，当空气相对湿度80%时，焊缝就会显着呈现气孔。
(3)焊缝变形和构成裂纹倾向大。铝的线胀大系数和结晶缩短率约比钢大两倍，易发生较大的焊接变形的内应力，对刚性较大的构造将促进热裂纹的发生。
(4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s.℃)。约为钢的4倍，因而，焊接铝和铝合金时，比焊钢要耗费更多的热量。
(5)合金元素的蒸腾的烧损。铝合金中含有低沸点的元素(如镁、锌、锰等)，在高温电弧效果下，很简单蒸腾烧损，然后改动焊缝金属的化学成分，使焊缝功能降低。
(6)高温强度和塑性低。高温时铝的强度和塑性很低，损坏了焊缝金属的成形，有时还简单构成焊缝金属塌落和焊穿表象。
(7)无色彩改变。铝及铝合金从固态转为液态时，无显着的色彩改变，使操作者难以把握加热温度。
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