2A12鋁合金焊接工藝設(shè)計(jì)

1、目錄第一章 2A12鋁合金概述2第二章 2A12鋁合金材料成分和力學(xué)性能22.1 2A12鋁合金材料成分22.2 2A12鋁合金力學(xué)性能3第三章 2A12鋁合金材料焊接性分析33.1焊縫中的氣孔3熔焊時(shí)形成氣孔的原因3防止焊縫氣孔的途徑43.2焊接熱裂紋63.2.1鋁合金焊接熱裂紋的特點(diǎn)及形成原因6防止焊接熱裂紋的途徑73.3焊接接頭的“等強(qiáng)性”93.4焊接接頭的耐蝕性103.5其他焊接缺陷11第四章 2A12鋁合金平板對(duì)接焊接工藝114.1焊前準(zhǔn)備和預(yù)熱11化學(xué)清理12機(jī)械清理12焊前預(yù)熱12墊板124.2焊接方法134.3坡口設(shè)計(jì)144.4焊接材料154.5焊接參數(shù)154.6焊接變形及控制

2、164.焊后處理164.7.1清理殘?jiān)?6焊件的表面處理17焊后熱處理204.8焊縫的整形和焊縫缺陷的返修20第五章 2A12鋁合金平板對(duì)接焊縫質(zhì)量及探傷要求205.1表面質(zhì)量215.2無損檢測（RT）21第六章 2A12鋁合金焊接工藝卡22參考文獻(xiàn)23第一章 2A12鋁合金概述2A12（LY12）硬鋁合金是一種共晶型高強(qiáng)度硬鋁合金，屬于Al-Cu-Mg 系合金，2A12是一種極易被氧化的材料，在空氣中容易與氧結(jié)合生成緊密結(jié)實(shí)的A12O3氧化薄膜(厚度約01 m)。這些薄膜的熔點(diǎn)高達(dá)2050 ，密度3950kgm 410kgm ，約為鋁的14倍，它會(huì)吸附水分，在焊接過程中形成氣孔、夾渣等缺陷，

3、從而降低了焊接接頭的力學(xué)性能?？蛇M(jìn)行熱處理強(qiáng)化，在退火和剛淬火狀態(tài)下塑性中等，電焊焊接良好，用氣焊和氬弧焊時(shí)有形成晶間裂紋的傾向，在淬火和冷作硬化后的可切削性尚好，退火后可切削性低；抗蝕性不高，常采用陽極氧化處理與涂漆方法或表面加包鋁層以提高其抗腐蝕能力。由于密度小、強(qiáng)度高、耐蝕性好、無磁性、成形性好以及低溫性能好等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，有利于結(jié)構(gòu)件的輕量化，在航空、航天、艦船制造等領(lǐng)域。用于制造各種承受高載荷的零件和結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)的骨架、蒙皮、翼肋、翼梁、隔框零件鉚釘?shù)仍?50以下工作的零件。在制作高載荷零件時(shí)有被LC4取代的趨勢。第二章 2A12鋁合金材料成分和

4、力學(xué)性能2A12鋁合金為變形鋁合金，屬于熱處理強(qiáng)化、Al-Cu-Mg 系合金。2.1 2A12鋁合金材料成分經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)GB/T31901996，2A12鋁合金的化學(xué)成分具體數(shù)值見表1：2A12（LY12）硬鋁合金是一種共晶型高強(qiáng)度硬鋁合金，屬于Al-Cu-Mg 系合金。2.2 2A12鋁合金力學(xué)性能經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)GB/T31901996，2A12鋁合金的化學(xué)成分具體數(shù)值見表2：表2 2A12鋁合金的力學(xué)性能材料狀態(tài)抗拉強(qiáng)度s/MPa屈服強(qiáng)度b/MPa伸長率(%)斷面收縮率(%)硬度HBW淬火+自然時(shí)效退火包鋁的，淬火+自然時(shí)效包鋁的，退火47021043018033011030010017181818

5、30551054210542第三章 2A12鋁合金材料焊接性分析2A12(LY12)是典型的硬鋁合金，合金系統(tǒng)是：Al CuMg，它的焊接性較差。 3.1焊縫中的氣孔2A12鋁合金熔焊時(shí)最常見的焊接缺陷就是焊縫氣孔。3.1.1熔焊時(shí)形成氣孔的原因圖3-1氫在鋁中的溶解度（PH2=101kPa）氫是鋁及鋁合金熔焊時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因，氫的來源是弧柱氣氛中的水分、焊接材料以及母材表面氧化膜所吸附的水分對(duì)焊縫氣孔的產(chǎn)生有重要的影響。由于液態(tài)鋁合金溶解氫的能力很強(qiáng)，在凝固過程中氫來不及析出而聚集在焊縫中形成氣孔。（1）弧柱氣氛中水分的影響。弧柱氣氛中的氫之所以能使焊縫形成氣孔，與它在鋁中的溶解度有很大

6、的關(guān)系。由圖3-1可見，平衡條件下氫的溶解度沿圖中的實(shí)線變化，凝固點(diǎn)時(shí)可從0.69mL/100g突降到0.036mL/100g，相差約20倍（在鋼中只相差不到2倍），這是氫易使鋁焊縫產(chǎn)生氣孔的重要原因之一?；≈臻g或多或少存在一定量的水分，尤其在潮濕季節(jié)或濕度大的地區(qū)進(jìn)行焊接時(shí)，由弧柱氣氛中水分分解而來的氫，溶入過熱的熔融金屬中，凝固時(shí)來不及析出成為焊縫氣孔。這是形成的氣孔具有白亮內(nèi)壁的特征。MIG焊時(shí)，焊絲以細(xì)小熔滴形式通過弧柱落入熔池，由于弧柱溫度高，熔滴比表面積大，熔滴金屬易于吸收氫。而且在焊接2A12鋁合金時(shí)保護(hù)氣體中的含水量也是非常重要的，一般需要小于0.08%才能使焊接時(shí)過渡到焊縫

7、中的氫含量更少。（2）氧化膜中水分的影響。在正常的焊接條件下，對(duì)于氣氛中的水分已嚴(yán)格控制，這時(shí)，焊絲或工件氧化膜中所吸附的水分將是生成焊縫氣孔的主要原因。氧化膜不致密、吸水性強(qiáng)的鋁合金（如Al-Mg合金），比氧化膜致密的純鋁具有更大的氣孔傾向。因?yàn)锳l-Mg合金的氧化膜由A12O3和MgO構(gòu)成，而MgO越多，形成的氧化膜越不致密，更易于吸附水分；純鋁的氧化膜只由A12O3構(gòu)成，比較致密，相對(duì)來說吸水性要小。MIG焊時(shí)，由于熔深大，坡口端部的氧化膜能迅速熔化，有利于氧化膜中水分的排除，氧化膜對(duì)焊縫氣孔的影響就小很多。(3)焊接方法的影響。MIG焊時(shí)，焊絲以細(xì)小熔滴形式向熔池過渡， 弧柱溫度高，熔

8、滴比表面積大，熔滴易于吸氫；TIG焊時(shí)，主要是熔池金屬表面與氫反應(yīng)，比表面積小，熔池溫度小于弧柱，吸氫條件不如MIG有利；另外，MIG焊熔池深度大于TIG焊，不利于氫氣泡的逸出。（4）極性的影響。TIG焊時(shí)，直流反接，具有陰極霧化作用，可以避免氫的產(chǎn)生，但鎢極易燒損，形成缺陷；正接時(shí)無陰極霧化作用，熔深大，對(duì)氣泡逸出不利，所以采用交流。 MIG焊時(shí)，采用直流反接，無陰極霧化作用，也沒有鎢極燒損。（5）焊接工藝參數(shù)。焊接規(guī)范主要影響熔池在高溫的停留時(shí)間，從而對(duì)氫的溶入時(shí)間和析出時(shí)間產(chǎn)生影響。TIG焊時(shí)，采用小線能量，采用較大的規(guī)范，高的焊速，減少熔池存在時(shí)間，減小氫的溶入；MIG焊時(shí)，焊絲氧化膜

9、的影響更為顯著，不能通過減少熔池時(shí)間來防止氫向熔池的溶入，所以通過降低焊速和提高焊接線能量來增大溶池存在時(shí)間，有利于減少焊縫中的氣孔。3.1.2防止焊縫氣孔的途徑防止焊縫中的氣孔可從兩方面著手：一是限制氫溶入熔融金屬，或者是減少氫的來源，或者減少氫與熔融金屬作用的時(shí)間（如減少熔池熙吸氫時(shí)間）；二是盡量促使氫自熔池逸出，即在熔池凝固之前使氫以氣泡形式及時(shí)排出，這就要改善冷卻條件以增加氫的逸出時(shí)間（如增大熔池析氫時(shí)間）。（1）減少氫的來源。使用的焊接材料（包括保護(hù)氣體、焊絲、焊條等）要嚴(yán)格限制含水量，使用前需干燥處理。一般認(rèn)為，氬氣中的含水量小于0.08時(shí)不易形成氣孔。氬氣的管路也要保持干燥。焊前

10、處理十分重要。焊絲及母材表面的氧化膜應(yīng)徹底清除，采用化學(xué)方法或機(jī)械方法均可，若兩者并用效果更好。（2）控制焊接參數(shù)。焊接參數(shù)的影響可歸結(jié)為對(duì)熔池高溫存在時(shí)間的影響，也就是對(duì)氫溶入時(shí)間和氫析出時(shí)間的影響。熔池高溫存在時(shí)間增長，有利于氫的逸出，但也有利于氫的溶入；繁殖，熔池高溫存在時(shí)間減少，可減少氫的溶入，但也不利于氫的逸出。焊接參數(shù)不當(dāng)時(shí)，如造成氫的融入量多而又不利于逸出時(shí)，氣孔傾向勢必增大。在MIG焊條件下，焊絲氧化膜的影響更明顯，減少熔池存在時(shí)間，難以有效地防止焊絲氧化膜分解出來的氫向熔池侵入。因此希望增大熔池時(shí)間以利氣泡逸出。TIG焊：小熱輸入-減少熔池存在時(shí)間-減少氫的溶入同時(shí)為保證根部

11、熔透，需用大電流，所以應(yīng)：大電流，大的焊接速度。如圖5-2所示為TIG焊時(shí)焊接參數(shù)對(duì)焊縫中擴(kuò)散氫H的影響。MIG焊：水分主要來自氧化膜-增大熔池存在時(shí)間-氣泡析出，所以應(yīng)：圖3-3 MIG焊焊接參數(shù)對(duì)焊縫氣孔的影響圖3-2 TIG焊焊接參數(shù)對(duì)焊縫中擴(kuò)散氫H的影響大電流，小的焊接速度，必要時(shí)進(jìn)行預(yù)熱。如圖5-3 所示為MIG焊焊接參數(shù)對(duì)焊縫氣孔的影響。3.2焊接熱裂紋純鋁和非熱處理強(qiáng)化鋁合金（如Al-Mn、Al-Mg合金等），一般是不容易產(chǎn)生裂紋的。而硬鋁及大部分熱處理強(qiáng)化鋁合金，產(chǎn)生裂紋的傾向較大。對(duì)含有銅的硬鋁（Al-Cu-Mg）和超硬鋁（Al-Zn-Cu-Mg）合金，目前很難用熔焊方法獲得

12、沒有裂紋的焊接接頭，所以一般不能選用熔焊方法制造硬鋁和超硬鋁焊接結(jié)構(gòu)。2A12鋁合金屬于硬鋁，在焊接時(shí)，常見的熱裂紋主要是焊縫凝固裂紋（圖3-4）和近焊縫液化裂紋（圖3-5）。并且2A12鋁合金的熱裂紋傾向很大，在焊接過程中最重要的就是防止熱裂紋的產(chǎn)生。圖3-5 鋁合金接頭熱影響區(qū)中的液化裂紋圖3-4 鋁合金接頭中的結(jié)晶裂紋3.2.1鋁合金焊接熱裂紋的特點(diǎn)及形成原因2A12鋁合金屬于共晶型合金。從理論上分析，最大裂紋傾向與合金的“最大凝固溫度區(qū)間”相對(duì)應(yīng)。但是，由平衡狀態(tài)圖得出的結(jié)論與實(shí)際情況有較大的出入。在焊接過程中生成的二次相-Al + S 及-Al + 共晶組織和雜質(zhì)，會(huì)促使鋁合金具有較

13、大的裂紋傾向。若合金存在其他元素或雜質(zhì)時(shí)，還可能形成三元共晶，其熔點(diǎn)比二元共晶更低一些，凝固溫度區(qū)間也更大一些。易熔共晶的存在，是鋁合金焊縫產(chǎn)生凝固裂紋的重要原因之一。鋁的線膨脹系數(shù)比鋼約大一倍，而凝固時(shí)的收縮率又比鐵大兩倍，當(dāng)成分中的雜質(zhì)超過規(guī)定范圍時(shí)，在熔池中將形成較多的低熔點(diǎn)共晶。兩者共同作用的結(jié)果，在焊縫中就容易產(chǎn)生熱裂紋。在鋁的線膨脹系數(shù)比鋼約大一倍時(shí)，并且拘束條件下焊接時(shí)易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，也是促使鋁合金具有較大裂紋傾向的原因之一。關(guān)于易熔共晶的作用，不僅要看其熔點(diǎn)高低，更要看它對(duì)界面能量的影響。易熔共晶成薄膜狀展開于境界上時(shí)，促使晶體易于分離，而增大合金的熱裂傾向；若成球狀聚集

14、在晶粒間時(shí)，合金的熱烈傾向小。近縫區(qū)“液化裂紋”同焊縫凝固裂紋一樣，也與晶間易熔共晶有聯(lián)系，但這種易熔共晶夾層并非晶間原已存在的，而是在不平衡的焊接加熱條件下因偏析而形成的，所以稱為晶間“液化裂紋”。圖3-6 鋁合金組織轉(zhuǎn)變圖 （1）液化裂紋產(chǎn)生原因。如圖3-6所示，在母材的熱影響區(qū)中，成分為XC的鋁合金在平衡狀態(tài)下，t1溫度下組織為a+b，t2時(shí)b中的組元開始向a固溶體溶解，t3時(shí)全部轉(zhuǎn)化為a固溶體。在焊接快速加熱條件下，在t2 b來不及溶解，達(dá)不到平衡，到t3時(shí)仍可能為a+b兩相狀態(tài)，t4時(shí)已超過共晶溫度，b中的組元還未完全溶入a固溶體，則在a和b兩相界面出現(xiàn)共晶液相，這種局部液化在焊接應(yīng)

15、力下沿晶界液膜形成“液化裂紋”。（2）熱裂紋的形成原因。1）拘束度的影響；2）液固相距離寬，生成柱狀晶，柱狀晶之間產(chǎn)生成分偏析，導(dǎo)致容易產(chǎn)生裂紋；3）材料因素的影響：a）鋁合金為共晶合金，裂紋傾向與合金結(jié)晶溫度區(qū)間大小有關(guān)系；2A12鋁合金熱裂傾向最大時(shí)的合金組元濃度(xm)：Al-Cu： xm=2%Cub) 線膨脹系數(shù)大，是鋼的1倍，在拘束條件下焊接，容易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，增大裂紋傾向；c) 鋁合金焊接過程中無相變，柱狀晶粗大，容易偏析。3.2.2防止焊接熱裂紋的途徑母材的合金系對(duì)焊接熱裂紋有重要的影響。在焊接中獲得無裂紋的鋁合金接頭并同時(shí)保證各項(xiàng)使用性能要求是很困難的。例如，硬鋁和超硬鋁

16、就屬于鄭重情況。即使對(duì)于純鋁、鋁鎂合金等，有時(shí)也會(huì)遇到裂紋問題。對(duì)于焊縫金屬的凝固裂紋，主要是通過合理確定焊縫的合金成分，并配合適當(dāng)?shù)暮附庸に噥磉M(jìn)行控制。（1）合金系的影響。在鋁中加入Cu、Mn、Si、Mg、Zn等合金元素可獲得不同性能的合金，但是對(duì)于裂紋傾向大的硬鋁之類高強(qiáng)鋁合金，在原合金系中進(jìn)行成分調(diào)整以改善抗裂性，往往成效不大。生產(chǎn)中不得不采用Si=5%的Al-Si合金焊絲（4A01）來解決抗裂紋問題。因?yàn)榭梢孕纬奢^多的易熔共晶，流動(dòng)性好，具有很好的“愈合”作用，有很高的抗裂性能，但強(qiáng)度和塑性不理想，不能達(dá)到母材的水平。圖3-7 母材與焊絲組合的抗熱裂性試驗(yàn)（括號(hào)中數(shù)字為母材代號(hào)，無括號(hào)

17、的數(shù)字為焊絲代號(hào)）（2）焊絲成分的影響。不同的母材配合不同的焊絲。如果采用成分與母材相同的焊絲時(shí)，具有較大的裂紋傾向，不如改用其他合金組成的焊絲。例如采用Al-5%Si焊絲（國外牌號(hào)4043）和Al-5%Mg焊絲（5A05或5556）的抗裂效果是較好。 Al-Zn-Mg合金專用焊絲X5180（Al-4%Mg-2%Zn-0.15%Zr）也具有相當(dāng)高的抗裂性能。 所以本次2A12鋁合金采用Al-5%Si焊絲（國外牌號(hào)4043）進(jìn)行MIG焊對(duì)此次工藝來說是十分合理的。（3）焊接參數(shù)的影響。焊接參數(shù)影響凝固過程的不平衡性和凝固后的組織狀態(tài)，也影響凝固過程中的應(yīng)力變化，因而影響裂紋的產(chǎn)生。熱能集中的焊接

18、方法，可防止形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶，因而可以改善抗裂性。采用小焊接電流，可減少熔池過熱，也有利于改善抗裂性。焊接速度的提高，促使增大焊接接頭的應(yīng)力，增大熱裂的傾向。因此，增大焊接速度和焊接電流，都促使增大裂紋傾向。大部分鋁合金的裂紋傾向都較大，所以，即使是采用合理的焊絲，在融合比大時(shí)，裂紋傾向也必然大。因此，增大焊接電流是不利的，而且應(yīng)避免斷續(xù)焊接。（4）變質(zhì)劑的影響。Ti、Zr、V、B微量元素作為變質(zhì)劑，在焊接過程中生成細(xì)小難熔質(zhì)點(diǎn)，作為結(jié)晶時(shí)的非自發(fā)形核核心，細(xì)化晶粒，改善塑性，還能顯著改善抗裂性能。3.3焊接接頭的“等強(qiáng)性”時(shí)效強(qiáng)化：固溶度變化大的合金，加熱至高溫后急冷，都可形成過飽和

19、固溶體SS，即固溶處理。然后常溫或稍高溫度加熱，即可產(chǎn)生所謂的“時(shí)效”過程而強(qiáng)化。圖3-8 熱處理強(qiáng)化鋁合金焊接接頭組織示意圖時(shí)效過程：時(shí)效初期，SS中發(fā)生溶質(zhì)原子偏聚形成局部富集GP區(qū)，隨溫度或時(shí)間延長，發(fā)展為一種共格過渡相q，其成分與平衡非共格相q相同，但點(diǎn)陣不同而且未脫溶，隨溫度或時(shí)間延長， q，轉(zhuǎn)化為q而脫溶析出?！斑^時(shí)效” ：一般在GP區(qū)合金發(fā)生強(qiáng)化， 微細(xì)共格相q，開始出現(xiàn)時(shí)強(qiáng)度進(jìn)一步提高，一旦發(fā)生q，向q轉(zhuǎn)化，強(qiáng)化作用降低，轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)強(qiáng)化作用消失，成為“過時(shí)效”。熱處理強(qiáng)化鋁合金焊接接頭組織如圖3-8所示，焊接過程中，焊接溫度超過過時(shí)效溫度，產(chǎn)生過時(shí)效和脫溶，所以導(dǎo)致強(qiáng)度損失。在

20、退火狀態(tài)下焊接時(shí)，接頭與母材是等強(qiáng)的；在冷作硬化狀態(tài)下焊接時(shí)，接頭強(qiáng)度低于母材。表明在冷作狀態(tài)下焊接時(shí)接頭有軟化現(xiàn)象。是想強(qiáng)化鋁合金，無論是退火狀態(tài)下還是時(shí)效狀態(tài)下焊接，焊后不經(jīng)熱處理，接頭輕度均低于母材。特別是在時(shí)效狀態(tài)下焊接的硬鋁，即使焊后經(jīng)人工時(shí)效處理，接頭強(qiáng)度系數(shù)（即接頭強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之比的百分?jǐn)?shù)）也未超過60%。（1）非時(shí)效強(qiáng)化鋁合金HAZ的軟化 主要發(fā)生在焊前經(jīng)冷作硬化的合金上。經(jīng)冷作硬化的鋁合金，熱影響區(qū)峰值溫度超過再結(jié)晶溫度（200300）的區(qū)域時(shí)就產(chǎn)生明顯的軟化現(xiàn)象。潔柔的軟化主要取決于加熱的峰值溫度，而冷卻速度的影響不很明顯。由于軟化后的硬度實(shí)際已低到退火狀態(tài)的硬度水平，因

21、此，焊前冷作硬化程度越高，焊后軟化的程度越大。板件越薄，這種影響也顯著。冷作硬化薄板鋁合金的強(qiáng)化效果，焊后可能全部喪失。（2）時(shí)效強(qiáng)化鋁合金HAZ的軟化 主要是焊接熱影響區(qū)“過時(shí)效”軟化，這是熔焊條件下很難避免的。軟化程度決定于合金第二相的性質(zhì)，也是焊接熱循環(huán)有一定關(guān)系。第二相易于脫溶析出并易于聚集長大時(shí)，就越容易發(fā)生“過時(shí)效”軟化。Al-Cu-Mg硬鋁的時(shí)效過程是很快的，而Al-Zn-Mg合金的時(shí)效過程是很慢的，說明前者比后者的第二相易于脫溶，所以在焊后強(qiáng)度損失大。另外Al-Cu-Mg在焊后560天自然時(shí)效對(duì)強(qiáng)度改善不明顯，而Al-Zn-Mg則在焊后4天自然時(shí)效，軟化開始顯著消失，30天后基

22、本消失。圖3-9 Al-Cu-Mg（2A12）合金焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度變化此次焊接為退火狀態(tài)下得2A12硬鋁鋁合金，熱影響區(qū)的強(qiáng)度變化如圖3-9所示，由于時(shí)效過程很快等原因，使焊接接頭的強(qiáng)度和母材的強(qiáng)度相差很大，基本上最高也只能達(dá)到母材強(qiáng)度的50%60%。3.4焊接接頭的耐蝕性鋁合金焊接接頭的耐蝕性一般低于母材，熱處理強(qiáng)化鋁合金（如硬鋁）接頭的耐蝕性降低尤其明顯。接頭組織越不均勻，越易降低耐蝕性。焊縫金屬的純度和致密性也是影響接頭耐蝕性的因素。雜質(zhì)較多、晶粒粗大以及脆性相（如FeAl3）析出等，耐蝕性會(huì)明顯下降，不僅產(chǎn)生局部表面腐蝕，而且會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕。焊接應(yīng)力更是影響鋁合金耐蝕性的敏感因素。對(duì)

23、于鋁合金焊接接頭的耐蝕性下降的主要原因有（1）接頭的組織不均勻 由于焊接熱過程的影響，使得焊縫和熱影響區(qū)組織不均勻，并且還存在著偏析，會(huì)使接頭各部位產(chǎn)生電極電位差，在腐蝕介質(zhì)中形成微電池，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，從而破壞了氧化膜的完整性和致密性，使腐蝕過程加速。 （2）焊接接頭存在有焊接缺陷 在焊接接頭中總是或多或少地存在有焊接缺陷，如咬邊、氣孔、夾雜物、未焊透等。這些缺陷破壞了接頭表面氧化膜的連續(xù)性。 （3）焊縫金屬鑄造組織的影響 焊縫組織較母材粗大疏松，表面也不如母材光滑，表面氧化膜的連續(xù)性和致密性差。另外，焊縫為鑄造組織，具有明顯的枝狀晶特點(diǎn)。由于存在著枝晶偏析，具有很大的組織和成分不均勻性，以

24、及焊縫金屬枝狀晶的結(jié)晶方向，對(duì)其耐蝕性均有一定的影響。 （4）焊接應(yīng)力的影響 焊接應(yīng)力的存在，容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。 對(duì)于鋁合金焊接接頭，主要在下列幾方面采取措施來改善接頭的耐蝕性。（1）改善接頭組織成分的不均勻性 主要是通過焊接材料使焊縫合金化，細(xì)化晶粒并防止缺陷；同時(shí)通過限制焊接熱輸入以減少熱影響區(qū)，并防止過熱。（2）消除焊接應(yīng)力 表面拉應(yīng)力可采用局部錘擊辦法來消除；焊后熱處理有良好效果。（3）調(diào)節(jié)工藝條件 改善焊縫柱狀晶成長方向。（4）采取保護(hù)措施 例如，采取陽極氧化處理或涂層等。3.5其他焊接缺陷(1)易氧化 鋁和氧的親和力很大，生成的氧化鋁薄膜會(huì)阻礙金屬之間的良好組合，焊接時(shí)易造成熔合不

25、良與夾渣，焊接過程中合金元素易被氧化和蒸發(fā)。(2)易燒穿 鋁合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，沒有顯著的顏色變化，所以不易判斷母材溫度。另外溫度升高時(shí)，鋁合金的強(qiáng)度降低，因此焊接時(shí)常因溫度過高無法察覺而導(dǎo)致燒穿。(3)易塌陷 鋁及鋁合金的熔點(diǎn)低，高溫強(qiáng)度低，而且熔化時(shí)沒有顯著的顏色變化，因此焊接時(shí)常因溫度過高無法察覺而導(dǎo)致塌陷。為了防止塌陷，可在焊件坡口下面放置墊板，并控制好焊接工藝參數(shù)。 綜上分析，2A12鋁合金的焊接性較差，焊接時(shí)需要采取一定的工藝措施，才能獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。第四章 2A12鋁合金平板對(duì)接焊接工藝由于2A12鋁合金的焊接性比較差，因此各個(gè)細(xì)節(jié)部分都應(yīng)當(dāng)有所注意。4.1焊前準(zhǔn)備和預(yù)熱

26、焊前清理是保證鋁及鋁合金焊接質(zhì)量的一個(gè)重要的工藝措施?？偹苤捎阡X及鋁合金極易氧化，表面生成一層致密而堅(jiān)硬的氧化物薄膜，該薄膜很容易吸收水分，它不僅妨礙焊縫的良好熔合，而且是生成氣孔和夾渣的根源之一。此外，如工件表面被油污、銹、垢污染后，也會(huì)引起氣孔等缺陷。為了保證鋁及鋁合金的焊接質(zhì)量，焊前要采取嚴(yán)格的清理措施，徹底清除焊絲和焊接接頭上的氧化膜和油污。清理的程度直接關(guān)系到焊接接頭的焊接質(zhì)量。清理主要有脫脂去油清理、化學(xué)清理和機(jī)械清理三種。4.1.1化學(xué)清理（1）將焊件與焊絲用濃度為8%10%、溶液溫度為4060的NaOH溶液浸蝕1015分鐘；（2）用水冷沖洗約2分鐘；（3）在體積分?jǐn)?shù)30%

27、的稀硝酸溶液中進(jìn)行中和處理，焊件表面不允許有黃斑、黑斑；（4）用5060熱水沖洗23分鐘，并用硬毛刷刷干凈；（5）放在100150干燥箱中烘干約30分鐘。4.1.2機(jī)械清理先用汽油、酒精、丙酮等有機(jī)溶劑擦拭表面以除油，然后用不銹鋼絲刷或刮刀把坡口及兩側(cè)50mm范圍內(nèi)的氧化膜刷除或刮除干凈，露出金屬光澤。不可采用砂紙或砂輪打磨，因?yàn)殇X及鋁合金材質(zhì)較軟，在打磨中砂粒可能被壓入母材內(nèi)，在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷。4.1.3焊前預(yù)熱為了減少吸附水分所產(chǎn)生的焊縫氣孔缺陷，化學(xué)處理后最好將焊絲放置在溫度為200480的惰性氣體中預(yù)熱3080分鐘，焊絲在氬氣中加熱，可使吸附的水分含量減少到不足五分之一。母材（2

28、A12鋁合金）預(yù)熱溫度為100150，可以減小冷卻速度，保證焊接接頭的氫有足夠的時(shí)間往外擴(kuò)散和強(qiáng)度不至于降得很低。4.1.4墊板鋁和鋁合金在高溫時(shí)的強(qiáng)度很低，這樣在焊接時(shí)容易使焊縫塌陷或燒穿。為了保證焊透而又不致使焊縫塌陷，在實(shí)際焊接中常常采用某些形式的墊板來拖住金屬。墊板可用石墨、不銹鋼或銅制造。墊塊加工時(shí)，應(yīng)在表面正對(duì)焊縫開一個(gè)圓弧型槽，以保證焊縫背面成形良好。墊塊應(yīng)該設(shè)計(jì)成能提供對(duì)底部焊縫的激冷作用，這樣就減小了熱影響區(qū)，對(duì)提高焊接接頭的性能很有好處。此次2A12鋁合金采用如圖所示墊板。4.2焊接方法各種熔焊方法以氬弧焊的應(yīng)用最為廣泛。焊接薄板多應(yīng)用TIG焊法，MIG焊法主要應(yīng)用于板厚在

29、3mm以上的焊接上。鋁合金氬弧焊時(shí)，氬氣的純度要控制在99.9%以上，其中限制雜質(zhì)：氧在0.005%以下，氫0.005以下，水分0.02mg/L以下，氮0.015%以下。氧、氮增多，均惡化陰極清理作用。氧超過0.3%則使鎢極燒損加劇，超過0.1%氧則使焊縫表面無光澤或發(fā)黑。氮超過0.05%。熔池的流動(dòng)性變壞，焊縫表面成型不良。鎢極一般采用含釷鎢極，焊接電流應(yīng)有所限制。過大的電流會(huì)使鎢極燒損，并可造成焊縫夾鎢。為了防止鎢極燒，在直流反接（DCRP）焊時(shí)，電流要限制的很小，而采用直流正接時(shí)有無陰極清理作用。所以，TIG焊接時(shí)一般都采用交流電源。但由于大厚度鋁合金焊接的需要，也在研究應(yīng)用直流正接的T

30、IG焊接方法。主要是利用其熔深大的特點(diǎn)，同時(shí)焊縫截面成形好且氣孔傾向相對(duì)較小，因此可降低對(duì)陰極清理的要求。MIG焊接時(shí)，一般采用DCRP，但所選用的焊接電流一般希望超過“臨界電流”值，以便獲得穩(wěn)定的噴射過度的電弧過程。MIG焊接時(shí)，為了獲得噴射過渡，由于臨界電流的限制，焊接板厚小于3mm時(shí)就必須采用很細(xì)的焊絲，這在送絲上造成很大的困難。因此，板厚在3mm以下的構(gòu)建一般不采用MIG焊焊接方法。此時(shí)熔化極脈沖氬弧焊在薄板焊接上則有其優(yōu)越性。在TIG對(duì)接焊接時(shí)，在一定的鎢極直徑下電流增大，焊接速度也相應(yīng)提高，在變動(dòng)焊接速度時(shí)，氣體流量也要與之相匹配，送絲速度也要相應(yīng)的調(diào)整（填充漢斯送進(jìn)速度可在0.1

31、62.0m/min之間變動(dòng)）。功率一定時(shí)，焊接速度海域焊件厚度有關(guān)，手工焊時(shí)可在0.0650.25m/min間變動(dòng)，自動(dòng)焊時(shí)可在0.250.50m/min之間變動(dòng)。MIG焊接時(shí)，焊接速度可以在很大的范圍內(nèi)變化，一般為0.151.50m/min。而焊絲送進(jìn)速度可以在更大的范圍內(nèi)變動(dòng)，一般為1.110.0m/min。焊接電流必須適當(dāng)，關(guān)鍵是確定臨界電流，鋁合金焊絲（直徑ds）一般使用電流（I）及相應(yīng)的送絲速度（vs）,大體如表3所示，臨界電流（Ic）與合金種類及焊絲直徑（ds）有關(guān)。表3 鋁合金焊絲的使用電流和送絲速度ds(mm)ds(mm)I(A)vs(m/min)0.8401704.5201.

32、21002004.2121.61502903.5102.42203502.55.5在一定電流下送絲速度應(yīng)等于熔化速度，若焊絲送進(jìn)速度過大，焊絲未熔化就送入熔池可發(fā)生“粘絲”現(xiàn)象。反之，送絲速度過小，電弧將拉長，可能導(dǎo)致噴嘴的“回?zé)爆F(xiàn)象。在送絲速度一定時(shí)，當(dāng)電弧電壓降低（電弧縮短）時(shí)，為了維持給定的送絲速度，焊接電流急劇減少；而在焊接電流一定的條件下。為適應(yīng)電弧縮短，在給定的送絲速度下，焊絲的熔化速度必然顯著增大。當(dāng)電弧縮短到好像潛入熔池時(shí)，就成為所謂“下潛電弧”大電流焊接法。層間溫度的控制有重要作用，層間溫度的增高，不僅接頭強(qiáng)度下降，甚至降低塑性，還可促使產(chǎn)生微裂紋的傾向增大。由于此次工藝的

33、2A12鋁合金厚度為8mm，因此采用MIG焊。采用直流反接電源，焊接時(shí)有良好的陰極霧化作用。而且MIG焊進(jìn)行鋁及鋁合金焊接，焊縫金屬熔敷效率很高，通常大于95%，焊絲沿著焊縫移動(dòng)時(shí)?；緵]有飛濺和氧化現(xiàn)象。而且焊出的焊縫質(zhì)量優(yōu)良，焊件變形小。MIG焊選用大的焊接電流，慢的焊接速度，以提高熔池存在時(shí)間。4.3坡口設(shè)計(jì)由于2A12鋁合金具有熱容量大、線膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)，擬定出一個(gè)合理的坡口。焊接坡口設(shè)計(jì)如圖所示4.4焊接材料焊材：2A12鋁合金。厚度為8mm，供貨狀態(tài)為退火狀態(tài)的平板。牌 號(hào)化 學(xué) 成 分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)SiFeCuMnMgCrZnV、ZrTi其他Al每種合計(jì)4043HS31

34、14.56.00.80.300.050.050.100.200.050.15余量焊絲：4043。焊絲成分如表4所示，因?yàn)榭梢孕纬奢^多的易熔共晶，流動(dòng)性好，具有很好的“愈合”作用，有很高的抗裂性能，但強(qiáng)度和塑性不理想，不能達(dá)到母材的水平。表4 4043焊絲成分保護(hù)氣體：純Ar。Ar氣作為保護(hù)氣體，可以避免焊接缺陷，焊接成型和焊接變形控制都比較理想。其中限制雜質(zhì)：氧在0.005%以下，氫0.005以下，水分0.02mg/L以下，氮0.015%以下。氧、氮增多，均惡化陰極清理作用。超過0.1%氧則使焊縫表面無光澤或發(fā)黑。氮超過0.05%。熔池的流動(dòng)性變壞，焊縫表面成型不良。4.5焊接參數(shù)焊接參數(shù)的選

35、擇如表5所示表5 MIG焊焊接參數(shù)焊接方法焊材牌號(hào)焊材規(guī)格(mm)焊接電流(A)焊接電壓(V)焊接速度(mm/min)氣體流量(L/min)焊道數(shù)MIG40432.0220240212320258102焊絲直徑根據(jù)板厚選擇合適的焊絲大小。焊接電流根據(jù)焊絲直徑選擇。焊接電壓根據(jù)焊絲直徑和焊接電流選擇。焊接速度根據(jù)焊接電流選擇。氣體流量根據(jù)既能保護(hù)熔池，又能節(jié)約的最合適流量選擇。4.6焊接變形及控制由于2A12鋁合金比許多其他的焊接材料有較大的熱膨脹系數(shù)，所以在焊接過程中，隨著快速加熱和快速冷卻而帶來的膨脹和收縮發(fā)生時(shí)，必然出現(xiàn)不同形式的變形。2A12鋁合金在焊后熱處理時(shí)期也會(huì)發(fā)生變形。 當(dāng)在金屬

36、局部區(qū)域加熱的時(shí)候，未加熱區(qū)域抑制了加熱區(qū)域的膨脹而產(chǎn)生了形變。冷卻時(shí)，由于周圍金屬的抑制，可能導(dǎo)致變形或翹曲。由于2A12鋁合金散熱迅速，焊接金屬的收縮一般是焊接變形的主要原因。熔融鋁的收縮，約為容積鋼收縮的3倍之多。焊接變形造成焊接結(jié)構(gòu)尺寸形狀超差，焊接結(jié)構(gòu)組裝配合困難，焊接變形過大或矯正無效，有可能是產(chǎn)品報(bào)廢，造成經(jīng)濟(jì)損失。為了使變形減至最小，零件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將焊縫減至最少并且合理布置焊縫位置。如果是在剛性的區(qū)域局部焊接，如在邊棱或拐角處焊接，將會(huì)是變形很小。焊縫應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的冷作硬化區(qū)。對(duì)于一個(gè)焊道，一旦開始焊接后，就不要間斷，一直焊完。采用工裝夾具對(duì)焊件進(jìn)行剛性固定之后在實(shí)施焊接，這

37、也是防止變形的有效措施，且不必過分考慮焊接順序。在實(shí)際焊接生產(chǎn)中，控制變形的方法還有很多，而且在運(yùn)用時(shí)，往往都是聯(lián)合采用，而非單獨(dú)采用。由于此次工藝為2A12鋁合金的平板對(duì)接工藝，直接采用兩塊壓板將對(duì)接鋁合金固定住即可。4.焊后處理焊后處理是2A12鋁合金必須要進(jìn)行的過程，為保證焊縫質(zhì)量而對(duì)殘?jiān)那謇怼⒑讣谋砻嫣幚淼鹊取?.7.1清理殘?jiān)讣竿旰?，在?duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查和無損檢測之前，需要對(duì)焊縫及兩側(cè)的殘存焊渣即使進(jìn)行清除，以防止焊渣腐蝕焊縫級(jí)表面，避免造成不良的后果。常用的焊后清理方法如下：（1）在6080的熱水中刷洗；（2）放入重鉻酸鉀（K2Cr2O7）或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%3%的鉻酐（Cr2

38、O3）溶液中沖洗；（3）再在6080的熱水中洗滌；（4）放入干燥箱中烘干或風(fēng)干。4.7.2焊件的表面處理陽極化處理，可以改善抗腐蝕和抗磨性能。使用快速焊接工藝，如采用MIG焊時(shí)，可最大限度地減少焊接熱影響區(qū)。陽極化處理質(zhì)量好。由于2A12焊接時(shí)為退火狀態(tài)，陽極化處理后，金屬基體和焊接熱影響區(qū)之間的顏色反差最小。所以金屬顏色的外觀是非常均勻的。由于焊前進(jìn)行了酸洗，所以焊后的鈍化處理是什么有必要的，采用氧化膜的封閉處理方法，具體操作方法如下：        氧化膜的封閉實(shí)際上就是封閉氧化膜的微孔，孔處理。鋁及鋁合金陽極氧化膜的封閉方法很多

39、，如下：降低其表面活性，主要可分為以下幾種方法，分述如下：  (1)水合封閉法  水合封閉的基本原理是氧化膜和孔壁的A1203在較高溫度的熱水或水蒸氣中發(fā)生水合反應(yīng)，生成水合氧化鋁(A1203·H20)，使氧化膜體積膨脹，其體積將增大約33以上。由于膜的體積膨脹而使孔徑變小，從而封閉膜孔。其反應(yīng)式：        Al2O3十H2O2AlO(OH)Al2O3·H2O  水合封閉法又分高壓蒸汽封閉法和沸水封閉法兩種。高壓蒸汽封閉的效果比沸水封閉好，主要反映為

40、封閉速度快，不受pH值影響，封閉后的氧化膜耐蝕性好，而且封閉質(zhì)量穩(wěn)定，特別是在封閉染色氧化膜時(shí)不會(huì)出現(xiàn)流色現(xiàn)象，因此尤其適合于染色氧化膜的封閉處理。高壓蒸汽封閉的主要缺點(diǎn)是所需高壓蒸汽設(shè)備投資較大，生產(chǎn)成本較高，大型工件封閉處理時(shí)不能連續(xù)生產(chǎn)，厚氧化膜封閉時(shí)易破裂，因此只在特殊情況下使用。而沸水封閉則恰好相反，因其生產(chǎn)成本相對(duì)較低，操作方便，是一種普遍采用的封閉方法。  1)封閉工藝規(guī)范  高壓蒸汽封閉法工藝規(guī)范如下所示。  蒸汽壓力     13x105Pa    

41、60; 蒸汽溫度    100110       時(shí)間     2030min  操作注意事項(xiàng)：蒸汽溫度不可過高，否則易使氧化膜的硬度和耐磨性降低。  沸水封閉法工藝規(guī)范如下所示。       封閉用水    去離子水或蒸餾水       PH值     5.56.5&

42、#160;      溫度      9598       時(shí)間      每1um厚的氧化膜約需23min       通常封閉的時(shí)間需要2030min  操作注意事項(xiàng)：封閉用水應(yīng)采用去離子水或蒸餾水，不用自來水，因?yàn)槠胀ㄗ詠硭咨肝接诳字?，使膜的透明度下降。普通自來水中的C1-、SO2-4、Cu2+等均對(duì)封閉

43、膜孔有不利影響。 2)影響沸水封閉質(zhì)量的因素  水質(zhì)。水中的雜質(zhì)離子或不純物會(huì)嚴(yán)重降低封閉后氧化膜的耐蝕性，對(duì)其外觀也有一定程度的危害，因此一定要嚴(yán)格控制用水的質(zhì)量，保證其電阻率5x105·cm。  在生產(chǎn)過程中應(yīng)盡量避免前道工序殘留在制品表面的酸或清洗水將有害離子帶入封閉槽，為此最好在進(jìn)入沸水封閉槽前先經(jīng)過一道去離子水洗，以減少封閉槽的污染。為了保證封閉質(zhì)量，應(yīng)定期測定封閉水中的有害離子含量。  溫度。水溫越高封閉速度越快，但長時(shí)間沸騰會(huì)加大水的消耗，因此溫度最好控制在9598。當(dāng)溫度低于90時(shí)封閉速度將顯著減緩，特別是低

44、于80時(shí)，水合反應(yīng)產(chǎn)物將不是一水合氧化鋁(A12O3·H2O)，而是三水合氧化鋁(A12O3·3H2O)，后者很不穩(wěn)定p致使氧化膜的耐蝕性能很差。  時(shí)間。封閉所需時(shí)間與膜厚有關(guān)，通常每1um約需23min，對(duì)于一般的陽極氧化膜總的封閉時(shí)間大約為2030min。當(dāng)水質(zhì)條件好時(shí)可取下限。  PH值。 PH值越高封閉速度越快，但過高的PH值會(huì)引起膜層粉化，使表面出現(xiàn)粉霜。PH值一般控制在5.56.5之間，最佳為5.8。可用醋酸或氨水調(diào)節(jié)PH值。  可在沸水封閉液中加入一些添加劑作為封閉助劑，如鎳、鉆等金屬鹽和重鉻酸鉀、水玻璃及三

45、乙醇胺等，添加封閉助劑不僅可以提高封閉質(zhì)量，而且還有抑制粉霜的作用。在使用封閉助劑時(shí)應(yīng)特別小心，如果封閉助劑選擇不當(dāng)，或加入過量都會(huì)對(duì)封閉質(zhì)量產(chǎn)生極不利影響。  (2)重鉻酸鹽封閉法  重鉻酸鹽封閉的基本原理是，在重鉻酸鹽水溶液中，氧化膜吸附了重鉻酸鹽后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿性鉻酸鋁Al(OH)CrO4和重鉻酸鋁Al(OH)Cr2O7，這些生成物填充進(jìn)膜空隙，從而起到封孔作用。  重鉻酸鹽封閉法一般用于防護(hù)性陽極氧化膜，氧化膜經(jīng)封閉后呈現(xiàn)黃色，其耐蝕性較高。但該法不適用于裝飾性或染色的氧化膜。  重鉻酸鹽封閉溶液的配方及工藝規(guī)范如下：&

46、#160; 重鉻酸鉀(K2Cr207)含量15l00g/L(用蒸餾水或去離子水配制)pH值67.5(用碳酸鈉或氫氧化鈉調(diào)節(jié))溫度9098時(shí)間530min  操作注意事項(xiàng)：  封閉液中重鉻酸鉀的含量越高，封閉后的氧化膜耐蝕性越好。  經(jīng)陽極氧化的鋁制品工件，在封閉處理前必須仔細(xì)漂洗，以免將殘留在工件表面的酸性液帶入封閉槽，否則會(huì)對(duì)氧化膜的封閉質(zhì)量和外觀造成不利影響。另外，還應(yīng)防止工件與槽體接觸，否則會(huì)損壞氧化膜。  對(duì)封閉液中雜質(zhì)應(yīng)進(jìn)行限制，當(dāng)封閉液中SO2-4超過0.2g/L時(shí)，會(huì)使氧化膜的顏色變淺或發(fā)白，可加入適量的鉻酸鈣(CaCrO4)沉淀

47、過濾排除；當(dāng)SO2-4為0.02g/L時(shí)，會(huì)使氧化膜的顏色發(fā)白，耐蝕性下降，可添加硫酸鋁鉀K2Al2(SO4)4·24H2O0.10.5g/L進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)CL-1.5g/L時(shí)，會(huì)對(duì)工件氧化膜產(chǎn)生腐蝕，封閉液需稀釋或更換。  (3)水解金屬鹽封閉法  水解金屬鹽封閉的原理是，除了封閉過程中AL203的水合反應(yīng)外，主要是利用金屬鹽被氧化膜吸附后發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化物沉淀析出，充填在膜子L內(nèi)，從而達(dá)到封閉氧化膜的目的。      水解金屬鹽封閉不影響氧化膜的色澤，而且由于金屬離子與有機(jī)染料分子之間會(huì)形成金屬

48、絡(luò)合物，從而增加了染料的穩(wěn)定性和耐曬度。因此，水解金屬鹽封閉法特別適用于染色或著色的防護(hù)、裝飾性氧化膜。  (4)雙重封閉法  所謂雙重封閉是指先用金屬鹽溶液預(yù)封，然后再用熱水或重鉻酸鉀溶液封閉。這種封閉方式可大大提高氧化膜的耐蝕性能。它不僅適用于透明的陽極氧化膜，而且也適用于染色或著色的氧化膜。  (5)低溫封閉法  低溫封閉法又稱為常溫封閉或冷封閉，是近年來鋁型材行業(yè)使用最普遍的封閉方法。低溫封閉大多采用NiF溶液體系，其反應(yīng)機(jī)理很復(fù)雜，但與水解金屬鹽封閉法也有某些類似之處，存在AL2O3；的水合反應(yīng)和Ni(OH)2沉淀析出的雙重

49、作用，只是由于F-的存在使封閉反應(yīng)過程可在低溫下實(shí)現(xiàn)。  操作注意事項(xiàng)：  低溫封閉溶液除上述基本組成外，還常加入少量的表面活性劑、PH緩蝕劑、鋁離子絡(luò)合劑以及粉霜抑制劑等助劑來進(jìn)一步提高封閉質(zhì)量。為了消除由于鎳的沉積而帶來的氧化膜偏綠，通常還加入約0.1g/L的CO2+加以改善。  低溫封閉溶液在長期使用過程中Ni2+和F-的消耗速度不一致，因此在生產(chǎn)過程中除定期檢測Ni2+含量外，還應(yīng)定期檢測游離F-的含量，始終控制其含量在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。  低溫封閉溶液對(duì)SO2-4和NH4+比較敏感，當(dāng)SO2-45g/L，NH4+4g/L時(shí)會(huì)影響封閉質(zhì)量，此時(shí)應(yīng)稀釋溶液以消除其影響，或全部更換槽液。  溶液的pH值可用醋酸或氨水