镁合金及其焊接技术

镁合金及其焊接技术（精选九篇）

镁合金及其焊接技术 篇1

关键词：镁合金,成型技术,应用,焊接

一、镁的性质

镁是常用金属材料中最轻的一种, 密度约为铝的三分之一。镁具有很高的化学活性, 抗蚀性差, 在绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀, 与其他金属接触时, 会发生接触腐蚀, 但镁在碳酸盐、氟化物、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、汽油及不含水和酸的润滑油中却很稳定。固态镁易发生氧化, 镁熔体则易燃烧。

二、镁合金的特点

21世纪面临能源危机和环境污染等重大问题, 节约资源和减少污染是当今社会可持续发展战略要求.在这一背景下, 镁合金以其优良的特点以成为重要的现代工业材料, 其特点如下:密度小、高比强度和比刚度、传热性好、导电性强、电磁屏蔽性能好、机械加工性能好、振动、冲击吸收性高、抗蠕变性能好。

三、当前镁合金成型研究热点

镁合金成形主要为变形和铸造两种方法, 目前铸造成形工艺是常用方法。压铸镁合金成形方法是应用最广的。镁合金作为一种新型高性能结构材料, 在实际应用中不可避免地采用连接结构, 而焊接是较好的连接方法。因镁合金的熔点低, 线膨胀系数和导热率高, 与氧、氮的亲和力强, 焊后易形成夹杂和脆性相, 易产生焊接变形和热裂纹, 使焊接接头的力学性能下降, 因此, 镁合金的焊接已成为制约其结构件广泛应用的障碍之一, 针对镁合金焊接的特点, 应采用焊接热输入小、焊接速度快, 能量密度大的高效焊接方法。近几年来先后出现的新工艺, 如A2TIG焊、真空电子束焊、激光焊以及搅拌摩擦焊等, 这些方法在石油化工产业、航空航天, 汽车工程等领域得到了很好的应用, 有效地解决镁合金焊接的难点, 并使得焊接后的零部件的焊接接头有很好的性能指标。

四、镁合金的焊接工艺

(一) 镁合金的焊接特点

(1) 焊接镁合金时要用较大功率热源, 因其热导率大、在高速焊接中, 易造成焊缝晶粒长大和近缝区金属过热, 这是镁合金的晶粒问题。

(2) 由于镁的氧化性极强, 在焊接过程中, 焊接处容易形成氧化膜, 并在焊缝处形成夹杂, 使焊缝性能下降。

(3) 镁及镁合金热膨胀系数较大, 在焊接时, 会产生大的焊接变形, 造成热应力变大。

(4) 因镁的表面张力小, 焊接时容易产生焊缝金属下塌的问题。

(5) 随温度的降低, 氢在镁中的溶解度减小, 气体不易逸出, 使得镁合金焊接时容易在焊缝处产生氢气孔。

(6) 镁及其合金易燃烧, 在熔化焊接接时, 需要用惰性气体或焊剂进行保护。

热裂纹:避免镁合金在与其它金属形成低熔共晶体时, 在焊接接头里产生结晶裂纹。

(二) 镁合金主要焊接方法

1、钨极氩弧焊 (TIG) 及熔化极气体保护焊 (MIG)

2、点焊及缝焊

3、电子束焊 (Electron Beam Welding)

4、激光焊 (LBW)

5、搅拌摩擦焊 (FSW)

(三) 镁合金焊接方法的要求

1. TIG及MIG焊镁合金的要求

要用惰性气体进行保护, 防止氧化物夹在焊缝金属中, 因为焊接溶敷速度很高, 在焊接接头的设计上, 要求焊接的下部要保留坡口或带一定的间隙, 为熔融的焊接金属提供足够的空间, 并保证在焊接前, 焊口的位置要先清理干净,

薄壁但接头拘束度大时常要求预热。

2. 缝焊镁合金, 点焊镁合金的要求

为了获得优良的焊口, 在焊接前务必对部件进行焊接前的彻底清洁, 焊接过程中要保证大的焊接电流和短时间焊接。焊机要配有快速移动的部件, 要保证焊点上的压力均匀, 在金属快速变形的时候。厚度在0.5~3.3 mm的镁合金薄板和挤压件常用点焊来联接。

3. 电子束焊镁合金的要求

高能密度的焊接工艺是电子束焊最大的特点, 它需要在真空条件下完成, 可获得纯净的焊缝金属避免空气或保护气体污染, 电子束焊焊镁合金是能获得优良的接头, 它具有很强的穿透性, 对较厚的镁合金板也同样适用, 但是因为电子束焊的工作环境比较苛刻, 并且电子束焊的设备和装配工艺较复杂, 运行成本很高, 同时焊接过程中因为会产生X射线, 污染环境, 给人身带来危险, 所以应用较为局限。

4. 镁合金激光焊的要求

为了保证焊接的接头没有缺陷, 必须在焊接时的激光功率达到一个固定的值, 在深熔焊接过程中, 必须要用较高功率和高密度的高能激光束, 光束聚焦要求良好, 激光焊接焊接镁合金时能有效的避免传统焊接工艺的缺陷, 焊缝力学性能得到提高, 使焊接接头的得到细化组织, 同时因镁合金的表面较低的吸收激光束率, 深熔焊时有阈值问题, 在焊接工艺上有难度。

5. 摩擦搅拌焊接镁合金要求

目前该工艺不成熟, 仅限于简单结构件。因为该种工艺在焊接镁合金时, 对焊件的夹具要求很高, 焊接过程中要保持对焊件有一定的压力, 反向作用面要有垫板来固定焊件, 这样使摩擦搅拌焊的工艺受到局限, 焊接头留下的孔需要进行修补和处理, 因不同厚度的板材要求的夹具不同, 需要配上不同的搅拌头。该种焊接是一种较先进的连接工艺, 不易出现类似融化焊接时容易出现的缺陷, 焊口性能好, 但对焊接工艺柔性的限制较大, 对广泛应用有一定的局限。

五、镁合金焊接性能的综述

镁合金具有很强的化学活泼性, 易氧化, 其氧化物的熔点较高, 它还有熔点低和密度低得特性, 热膨胀系数, 热导率和电导率都很大, 焊接后的零件, 容易存在粗大晶粒的问题、易产生焊接变形和热裂纹, 焊接时要在惰性气体或焊剂的保护下进行焊接工艺的实施, 所以说镁合金的焊接是工业中的难点, 需要对其作更深层的研究。

参考文献

[1]苗玉刚, 刘黎明, 王继锋, 祝美丽。镁合金薄板TIG焊自适应弧长控制。焊接学报, 2003年12月, 第24卷。

[2]吴安如, 夏长清。镁合金焊接技术的现状及最新进展。机械, 2005年第4期, 总第32卷。

镁合金及其焊接技术 篇2

镍钛形状记忆合金具有优良的力学性能、腐蚀抗力、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等特点,其应用范围涉及航空、航天、机械、电子、化工、能源、建筑和医学等领域.综述了镍钛形状记忆合金激光焊接技术的研究进展,指出了今后的发展前景与研究方向.

作 者：王蔚 赵兴科 黄继华 陈俐  作者单位：王蔚,赵兴科,黄继华(北京科技大学材料学院)

陈俐(北京航空制造工程研究所)

刊 名：航空制造技术  ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z1) 分类号：V2 关键词：镍钛形状记忆合金   激光焊接技术   航空   航天  

镁合金及其焊接技术 篇3

摘 要：在MIG焊过程中，送丝稳定性差是引起各类焊接问题及焊接缺陷直接或间接原因。文章以Φ1.6 ER6356铝合金焊丝为研究对象，通过理论分析及试验研究的方法分析了影响铝合金焊丝焊接稳定性的影响因素。研究发现，导电嘴孔径的选择、焊丝的表面状态、松弛直径、翘距等对送丝稳定性有较大影响。试验结果表明，松弛直径在500 ～700 mm范围内，翘距小于30 mm时，具有良好的送丝稳定性。

关键词：MIG焊；铝合金焊丝；送丝稳定性；松弛直径；翘距

中图分类号：TG444+.74 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0007-02

1 背景概述

随着铝合金焊接构件在机械制造、轨道交通、船舶、军工及航空航天等领域的广泛应用，对铝及铝合金焊材需求量与日剧增[1-3]。我所自主研制开发的铝合金焊丝质量虽已有很大的提高，但在外观质量和内在品质方面与进口焊丝还存在着较大差距，使我们的产品在市场上缺乏足够的竞争力，在大型铝合金关重件焊接方面依然无法批量投入使用。在劳动密集性极高的生产车间，因送丝稳定性差而引起的停工与焊缝不合格现象，均会占用大量生产成本和时间。流畅的送丝稳定性能与卓越的电弧稳定性，能够确保极低的焊接缺陷，大大提高劳动生产率[4，5]。因此，铝合金焊丝焊接稳定性的研究已成为该工程材料推广应用最为迫切的课题。

基于以上原因，通过对铝合金焊丝各方面进行深入细致的研究，对铝合金焊丝实施质量改进。通过对生产工艺进行优化，对焊接技术和设备进行改进，最终提高铝合金焊丝的送丝稳定性。

2 送丝稳定性差导致的焊接缺陷

通过对我所生产的6002盘ER5356焊丝焊接情况进行调查统计，依据国内外同类产品的焊接评定标准，对照我所生产焊丝的焊接评定表现，将不符合一级品焊丝的焊接评定标准时的产品定义为非一级品。对各种由送丝稳定性引起的焊接问题及缺陷造成的非一级品进行了统计分析。由送丝稳定性差引起的焊接问题及缺陷主要有烧嘴，焊缝成形差，焊缝有气孔，焊接飞溅，夹渣等。

各焊接问题及缺陷造成非一极品率结果，见表1。

从统计表可以看出，由焊丝送丝稳定性差引起的烧嘴、气孔、焊缝接头、飞溅、裂纹等是导致产品成为非一级品的主要原因，因此解决焊丝送丝稳定性成为本次研究主要目的。

3 送丝稳定性的影响因素

3.1 焊丝导电嘴

导电嘴是熔化极焊接设备上的一个非常关键的零部件，导电嘴选择的合适与否直接影响焊接焊接过程的稳定性，进而影响焊接质量。选择导电嘴的原则是，一方面要确保导电嘴的导电性能，又要尽可能减小焊丝在导电嘴中的行进路程，以减少送丝阻力，保证送丝的通畅。导电嘴孔径太小，送丝阻力增大，容易引起送丝不畅，严重时发生堵丝现象；而导电嘴孔径过大，则致使焊丝和导电嘴不能良好接触，使导电性降低，甚至引起焊丝与导电嘴内壁“打火”而粘连。其结果是使焊接质量下降。导电嘴孔径与焊丝直径的匹配，见表2。

由于导电嘴始终与焊丝滑动接触，所以在选择导电嘴材料时，首先要考虑的是其导电性和耐磨性。比较常用的材料是铬青铜、钨青铜和紫铜等。为了增加其耐磨性和精度，可以采取冷锻或冷挤压工艺，以进一步提高其硬度。

3.2 焊丝表面状态的影响

在焊丝生产过程中，由于生产工艺不合理或设备老化等原因，在焊丝表面往往会出现凹坑、划痕、毛刺等缺陷，这些缺陷在焊接过程中会引起送丝不稳定或者堵丝，同时，焊丝凹坑内还可能留存一些油污杂质，严重影响焊接质量[6，7]。

针对上述缺陷，我所通过对光亮化工艺进行仔细分析研究，认为现行采用的刮削后经水箱清洗的工艺焊丝表面的光洁度不够，造成送丝稳定性差。将表面光亮化工艺由刮削→清洗调整为刮削→清洗→刮削。表面光亮化工艺调整后，将水箱清洗后残留在焊丝表面的少部分杂质经过刮削清除，提高了焊丝表面的光洁度，有效的改善了产品送丝稳定性，工艺更改前后焊丝表面形态。

3.3 松弛直径的影响

为了提高焊接送丝稳定性，找出合适的松弛直径范围，在翘距为0的情况下，分别采用松弛直径为300 mm、400 mm、 500 mm、600 mm、700 mm、800 mm、1 000 mmΦ1.6 ER5356铝合金焊丝进行MIG焊接试验，焊机型号为ESAB U5000i型半自动MIG焊机，焊枪及把线长度为3 m，焊接参数，见表3。

依次对不同松弛直径下的Φ1.6 ER5356铝合金焊丝进行MIG焊接试验，结果表明：

当松弛直径为300 mm时，焊丝松弛直径太小，送丝过程中与导丝管产生的作用力大，在送丝过程中焊枪有明显抖动，送丝产生较大波动，导致焊接过程中会出现卡丝、断弧等现象，严重影响焊接质量和工作效率。随着松弛直径的增加，送丝稳定性逐渐改善，松弛直径为500 mm时，送丝基本趋于稳定状态，焊接过程稳定，未出现卡丝、断弧现象，松弛直径为600 mm、700 mm时送丝稳定性均良好，松弛直径为800 mm时，虽然送丝稳定性较好，但是由于松弛直径较大，焊丝与导电嘴偶尔会出现接触不良，导致焊丝干伸长度太大，甚至扎入到熔池内部，松弛直径达到1 000 mm时，焊丝与导电嘴接触不良现象更为明显。

综上所述，焊丝松弛直径太小，送丝过程中与导丝管产生的作用应力大，影响送丝稳定性，会导致焊接断弧，焊接偏离焊缝等现象的出现，严重影响焊接质量；而松弛直径太大则会导致焊丝与导电嘴接触不良，致使焊丝扎入熔池内部。因此，松弛直径不宜过大或者过小，而应介于一定范围内，试验结果表明，松弛直径在500～700 mm范围内时，具有良好的送丝稳定性。

3.4 翘距的影响

与松弛直径类似，焊丝翘距对于焊接稳定性有着重要影响。为此，我们找到松弛直径为600 mm，翘距分别为0，10 mm， 20 mm，30 mm，50 mm，100 mm的Φ1.6 ER5356焊丝进行MIG焊接试验，焊接工艺参数见表3。

采用上述不同翘距的焊丝依次进行焊接试验发现，采用翘距为0、10 mm、20 mm的焊丝试验时，送丝稳定，焊接稳定性良好；

采用翘距为30 mm的焊丝试验时，可以感觉到焊枪略有抖动，焊接稳定性较好；

焊丝翘距为50 mm时，焊枪抖动明显，易出现焊接断弧，影响送丝稳定性，同时，焊丝偏离喷嘴中心，焊点位置难以控制，严重影响焊缝成形质量；

当翘距达到100 mm时，由于翘距过大，使焊丝与导丝管的摩擦力进一步增加，送丝波动较大，焊枪抖动更加明显，焊丝严重偏离焊缝中心，焊缝成形差。

因此，在焊丝生产过程中，翘距应控制在30 mm以下。

4 结 语

①将表面光亮化工艺由刮削→清洗调整为刮削→清洗→刮削。表面光亮化工艺调整后，将水箱清洗后残留在焊丝表面的少部分杂质经过刮削清除，提高了焊丝表面的光洁度，有效的改善了产品送丝稳定性。

②通过对不同松弛直径的Φ1.6 ER5356铝合金焊丝进行MIG焊接试验发现，松弛直径不宜过大或者过小，而应介于一定范围内，试验结果表明，松弛直径在500～700 mm范围内时，具有良好的送丝稳定性。

③在其他条件一致的情况下，对不同翘距的Φ1.6 ER5356铝合金焊丝进行MIG焊接试验，结果表明，在翘距小于30 mm时，焊丝送丝稳定，焊缝成形良好；翘距大于50 mm时，由于焊丝与导丝管的摩擦力较大，使送丝过程中焊丝波动较大，送丝稳定性变差。

参考文献：

[1] 黄敏，刘铭，张坤，等.铝及铝合金焊丝的研究与发展现状[J].有色金属加 工，2008，（30）.

[2] 李亚江.焊接冶金学—材料焊接性[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 刘兵，彭超群，王日出，等.大飞机用铝合金的研究现状及展望[J].中国有 色金属学报，2010，（9）.

[4] 朱树清.CO2气保焊丝送丝不均匀原因分析[J].金属制品，2000，（2）.

[5] 唐良喜，黄献祥，李赟丰，等.浅析铝及铝合金MIG焊丝送丝稳定性影响 因素[J].现代焊接，2015，（7）.

[6] 孙强，何实，陈佩寅，等.焊接送丝稳定性与表面状态关系研究[J].焊接，

2009，（9）.

铝锂合金及其焊接技术及其研究进展 篇4

关键词：铝锂合金,焊接技术,焊接方法

铝锂合金有很多有点, 其中包括密度很低, 抗腐蚀性能好, 对高温的耐性强, 强度较高, 比模量较高, 超低温性能优等。在生产中常常用铝锂合金代替一般规格的铝合金, 性能也得到了很大的提高。铝锂合金的重量比常规的铝合金轻13%左右, 在603摄氏度下锂在铝中固溶度最大, 硬化效果好。在航空航天中应用前景好, 所以铝锂合金的焊接问题也备受关注。

1 铝锂合金及其应用

1.1 铝锂合金的研究

在所有金属元素中, 锂元素的质量是最轻的, 经研究, 只要将质量分数为百分之一的锂掺进铝中, 就能提高铝合金的性能, 可以让常规的铝合金在密度上低百分之三, 它的强度和7075高强度的铝合金几乎完全一样。而且铝锂合金有相当多的优点, 其中包括比强度很高, 比刚度很大, 良好的耐疲劳性等综合性能。铝锂合金可在很多领域完全可以取代常规铝合金。铝锂合金为了满足应用需要, 不断的推出新型号, 在前两代合金的基础上不断改进和升级的第三代合金, 如2197和2198等。它们的特点是在铝锂合金中增加了铜元素等其他金属元素的量, 减少了锂元素的量, 这样的铝锂合金可以增强抗应力和抗腐蚀的性能。

1.2 铝锂合金的应用

由于铝锂合金的性能非常好, 优点也很突出, 所以在航空航天、兵器、人造卫星等方面应用十分广泛, 并且有极好的应用前景。其中在A350和A380新一代的空客飞机上使用了很多的铝锂合金材料, 其中在A350的机身和地板上军采用了铝锂合金新材料, A380的机身、下翼和地板梁上也使用了这款新型合金材料。

2 铝锂合金焊接技术研究进展

2.1 铝锂合金焊接常用技术

按铝锂合金的材料不同有如下的常用技术。早在20世纪60年代, 前苏联获得了1420合金 (Al-5.5Mg-2.1Li-0.2Mn-018Zr) 的专利, 1420铝锂合金有GTA焊和激光焊两种焊接方式。GTA焊可以满足小型的铝锂合金的焊接。激光焊的优点是与弧焊比较的话, 它可以减少气孔的产生, 对裂纹也有部分的消除作用。2090也可以由真空电子束焊接, 焊接以后基体材料和焊缝的性能可以基本保持一致。Weldalite094是第三代铝锂合金, 它是在20世纪90年代开发出来的, 它的特点是含有最少量的锂和最高量的铜。Weldalite094合金的焊接方法有GTA焊和EB焊。这种焊接的优点是产生的气孔很少, 焊缝的强度极强等。

按焊接方法分也存在很多种常用的焊接技术。弧焊, 包括TIG工艺和MIG工艺。在TIG工艺中又包括两种不同的工艺, 分别是交流氩弧焊和直流正接弧焊。钎焊对温度这一指标很敏感, 由于铝锂合金的特点是低熔点, 所以钎焊会对焊接接头的性能大打折扣。所以采用该工艺的不多。搅拌摩擦焊, 是一种由英国人在1991年提出的一种固相连接型的焊接技术。它的焊接热源是由高速旋转的搅拌头和焊接件发生摩擦时产生的热量。搅拌摩擦焊的优点是焊接以后焊接件的变形系数低, 焊接过程中可以做到零辐射, 而且在焊接过程中不产生有害气体, 焊缝中几乎没有气孔, 焊接后的材料具有很小的内应力等。

2.2 铝锂合金在焊接中遇到的问题及解决办法

第一点是铝锂合金具有极其活泼的氧化性能, 很容易在表面形成一层氧化膜。在焊接前的清理至关重要。考虑工厂企业对成本的要求, 在实际中会选择化学铣削这一手段, 具体方法是在60摄氏度的温度下用5%的Na OH水溶液对铝锂合金进行铣削, 将厚度为0.5mm表面薄层去掉, 再用硝酸水溶液进行清洗, 最终把反应物去除。第二点是焊接时极易产生气孔。这也是因为在浇铸时锂元素会对氢有极强的吸附能力。与此同时, 铝锂合金表层的化合物吸潮, 也会产生气孔。那么可以从几方面来避免气孔大量的产生。例如焊接前进行化学处理, 或者采用真空除气刮削;焊接过程中, 选择合理的速度和适当的线能量, 这样可以有效的避免气泡的溢出等。其三是焊缝存在不良的缺陷。由于铝在很高的温度下强度就会下降, 不能给熔池液体金属起到很好的支撑作用。所以需要选择焊接温度较低电子束焊接和激光焊接来避免温度给焊接带来的影响。其四是铝锂合金中的有些金属元素容易蒸发, 如锂元素和镁元素。它们的熔点很低, 及其容易被烧坏。这样使得焊接接头的性能在很大程度上被消减。这种情况, 应该改用其他的焊接方法, 使输出的热能较少, 这样可以避免元素的烧结。

2.3 铝锂合金焊接技术的展望

因为铝锂合金的应用前景很广阔, 所以不仅铝锂合金在不断的创新改进, 而且铝锂合金相关的焊接技术也在迅猛的发展。科学家们正在不停的改进和升级传统的焊接工艺和技术, 新的焊接技术也层出不穷, 不断的创新研发。只要铝锂合金在焊接中的问题被解决, 它在工业生产中的应用也会变得更广。

3 总结

新时代赋予我们的责任更加重大, 我们需要不断的研发制造新型材料和新的技术。铝锂合金作为一种优良的新型材料应用于各个领域上, 铝锂合金焊接也成为备受关注的技术, 虽然它还存在一些问题, 但是它将激励我们更加努力的去思考, 从多方面入手去解决这些问题。在航空航天领域的应用赋予了铝锂合金新的生命活力, 在生产中的发挥它的价值。

参考文献

[1]汪殿龙, 张志洋, 王波等.铝锂合金交流CMT焊接高频脉冲复合电弧焊接技术研究进展[J].河北科技大学学报, 2013, 34 (02) :91-96.

自动化焊接技术及其发展 篇5

【摘要】随着制造业的高速发展，传统的手工焊已不能满足现代高科技产品制造的质量、数量要求、现代焊接加工正在向着机械化、自动化的方向发展。电子技术、计算机技术以及机器人技术的发展，为焊接自动化提供了十分有利的基础。近年来，焊接自动化在实际工程中的应用取得了迅速发展，已成为先进制造技术的重要组成部分。本文主要介绍自动化焊接技术及其发展的概况与前景。

【关键词】自动化焊接技术发展现状应用前景

Automated welding technology and its development

【Abstract】With the rapid development of the manufacturing sector, the traditional manual welding can not meet the modern high-tech product manufacturing quality, quantity requirements, modern welding is toward mechanization and automation direction.Electronic technology, computer technology and robot technology for automated welding provides a very favorable basis.In recent years, welding automation in practical engineering applications has made rapid development, advanced manufacturing technology has become an important part.This paper describes the automated welding technology and its development in general and the future.【Keyword】AutomationWelding TechnologyDevelopment StatusProspect

1.自动化焊接技术

1.1自动化焊接的概念

自动化焊接主要指焊接生产过程的自动化。它是一个综合性的焊接与工艺问题，其主要任务是：在采用先进的焊接、检验和装配工艺过程的基础上，建立不需要人直接参与焊接过程的焊接加工方法和工艺法案，以及焊接机械设备和焊接系统的结构与配置。焊接自动化的核心是实现没有人直接参与的自动焊接过程。

自动化焊接有两方面的含义：一是焊接工序的自动化，二是焊接生产的自动化。焊接生产的自动化是指焊接产品的生产过程，包括从备料、切割、装配、焊接、检验等工序组成的焊接生产全过程的自动化。只有实现了焊接生产全过程的自动化，才能得到稳定的焊接质量和均衡的焊接生产节奏以及较高的焊接生产率。而单一焊接工序的自动化是焊接生产自动化的基础。

1.2自动化焊接的主要设备及特点

焊接生产过程的自动化和机械化的关键工序:第一,全部使用自动控制装置和机械装置来实现来替代焊接作业的手工操作;第二,物流、机械手及变位机械来完成将焊件的搬运和位移采用;第三,完成焊接作业将会采用较高的生产节拍和高效的焊接方法进行;第四,通过精确的自动控制和准确的机械动作,进而来确保持持续的稳定的焊接质量。按照目前世界发达国家的焊接装备水平,可将其概括为如下几个特点:

1)标准化、通用化、系列化

对于大批量生产的典型常用接头形式,如板材接缝、筒体环缝、圆筒环缝、管对接和管子管板接头等,现在已经开发出相对应的的标准型自动化焊接专机,这种焊接机械具有焊接效率高、质量稳定的优点。在经过多年产品研发积累,固得公司终于开发出了300~3000mm的纵缝焊、工件回转环形焊机、卧式单枪(双枪)环缝焊、三轴数控焊接机床和焊枪回转环形焊机等等。

2)多功能化

其为充分发挥大型自动化焊接设备的效率创造了有利条件已将其设计成适用于多种焊接方法和焊接工艺。如单丝、双丝、MIG/MAG-TIG等离子弧焊、多丝埋弧焊。

3)智能化控制和自适应

焊接过程的全自动控制比传统的金属切削加工要复杂得多。全自动控制必须考虑焊件接缝装配间隙误差,几何形状的偏差以及焊件在焊接过程中的热变形。所以我们需要采用各种自适应控制系统和传感器技术。

4)组合化和大型化

对于大型、中型焊接结构生产过程的自动化,已研制成功各种大型自动化焊接设备。如中重型厚壁容器焊接中心、机床车厢总装焊接中心、集装箱外壳整体焊接中心等等。

5)高质量、高精度、高可靠性

焊接机器人和精密焊接操作向高精度、高质量发展,行走机构的定位精度为0.1,移动速度的控制精度为0.1,与焊接机器人配套的焊接变位机的最高的重复走位精度为0.05。固得公司已经研发出来的摩托车的车架机器人工作站,以高质量的、高水平广泛应用于江门大长江、重庆建设中。

1.3自动化焊接系统

自动化焊接就是用焊接机械装置来代替人进行焊接。典型的机器人自动化焊接系统主要由如下部分构成：机器人、变位机、各种传感器、控制器、自动焊机（包括焊接电源、焊枪等）等。其基本构成单元是：机械装置、执行装置、能源、传感器、控制器和自动焊机。

1）机械装置

机械装置是能够实现某种运动的机构，配合自动焊机进行焊接加工装置，如机器人、变位机、悬臂操作机等。

2）执行装置

执行装置是驱动机械装置运动的电动机或液压、气动装置等。

3)能源

能源是驱动电动机的电源等。

4）传感器

传感器是检测机械运动、焊接参数、焊接质量的传感器。

5）控制器

控制器主要是用于机械运动控制的计算机、单片机、可编程控制器以及电子控制系统。

6）自动焊机

自动焊机包括焊接电源、送丝机、焊枪等。它是一个独立的焊接系统。

1.4 自动化焊接的关键技术

自动化焊接技术是将电子技术、计算机技术、传感技术、现代控制技术引入到焊接机械运动的控制中，也就是利用传感器检测焊接过程的焊接运动，将监测信息输入控制器，通过信号处理，得到能够实现预期运动的控制信号，由此来控制执行装置，实现焊接自动化。焊接

自动化的关键技术主要包括：机械技术、传感技术、伺服传动技术、自动控制技术和系统技术等。

1）机械技术

机械技术就是关于焊接机械的机构以及利用这些机构传递运动的技术。在焊接自动化中，焊接机械装置主要由焊接工装夹具、焊接变位机、焊接操作机、焊接工件输送装置以及焊接机器人等。焊接机械技术就是根据焊接工件结构特点、焊接工艺过程的要求应用经典的机械理论与工艺，借助于计算机辅助技术，设计并制造出先进、合理的焊接装置，实现自动焊接过程中的机构运动。

2）传感技术

传感技术是自动化系统的感受器官。传感与检测是实现闭环自动控制、自动调节的关键环节。传感器的功能越强，系统的自动化程度就越高。焊接自动化中的传感器有很多种，有关机械运动量的传感器主要有位移、位置、速度、角度等传感器。

3）伺服传动技术

执行装置的控制技术称为伺服传动技术。伺服传动技术对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。

4）自动控制技术

焊接自动化中的自动控制技术主要指：基本控制理论；在控制理论指导下，根据焊接工艺和质量的要求，对具体的控制装置或系统进行设计；设计后的系统仿真、现场调试；最终使研制的系统可靠地投入焊接工程应用。

5）系统技术

系统技术就是以整体的概念组织应用各种相关技术。从系统的目标出发将整个焊接自动化系统分解成若干个相互关联的功能单元。以功能单元为子系统进一步分解，生成功能更为单一的子功能单元，逐层分解，直到最基本的功能单元。以基本功能单元为基础，实现系统需要的各个功能设计。

2.自动化焊接的发展现状及前景展望2.1自动化焊接的发展现状

目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的近80%相比差距甚远。可以预计在未来的10年内，国内自动化焊接技术的水平将以前所未有的速度发展。

随着数字化技术日益成熟，代表自动化焊接技术的数字焊机、数字化控制技术业已面世并已稳步地进入市场。三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程,有力地促进了先进焊接工艺特别是焊接自动化技术的发展与进步。汽车及零部件的制造对焊接的自动化程度要求日新月异。我国焊接产业逐步走向“高效、自动化、智能化”。目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的近80%差距甚远。从20世纪末国家逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式——气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，现已初见成效。可以预计在未来的10年，国内自动化焊接技术将以前所未有的速度发展。20世纪90年代以来，我国焊接界把实现焊接过程的机械化、自动化作为战略目标，已经在各行业的科技发展中付诸实施，在发展焊接生产自动化和过程控制智能化，研究和开发焊接生产线及柔性制造技术，发展应用计算机辅助设计与制造技术等方面，取得了长足的进步。高效、节能并能够自动调节焊接参数的智能型逆变焊机将逐渐取代手弧焊机和普通晶闸管焊机，而且焊机的操作趋向于简单化、智能化，以符合当今淡化操作技能的趋势。在汽车、造船、工程机

械和航空航天等领域，适用于不同场合的智能化焊接机器人较为广泛的应用，大幅度提高了焊接质量和生产效率。在我国，目前汽车、船舶、管建、家电等行业焊接自动化的发展相对来说较好，到2005年，船厂的高效率焊接要达到80％以上，其中二氧化碳焊接应用率达到55％，焊接机械化率、自动化率要达到70％左右。

国外如欧美、日本等发达国家早在20世纪80年代便在石油、化工、造船、建筑、电力、汽车、机械等行业采用数字控制的小车式自动气保焊机，代替人工进行焊接生产。近年来，国内几家企业开发了几种类似的自动焊接小车，但在结构和功能上均属低端产品，在数字控制、焊接参数预置和专家系统自动调用等方面均为空白。成都焊研科技有限责任公司把开发适合和满足我国工业企业焊接生产要求的高端自动焊接设备作为己任，在吸收和借鉴国外先进、成熟技术基础之上，经过近两年的研制工作，代表自主知识产权的第一代数控小车式自动焊机样机在成都焊研科技有限责任公司问世。该焊机具有携带方便、安装简单、操控灵活、智能化程度高等特点，通过微机控制的多种焊接模式和专家程序，可在不同焊接位置满足多种焊接工艺要求焊缝的焊接。

2.2自动化焊接的前景展望

电子技术、计算机微电子信息和自动化技术的发展，推动了焊接自动化技术的发展。特别是数控技术、柔性制造技术和信息处理技术等单元技术的引入，促进了焊接自动化技术革命性的发展。

(1)焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一，也是我们未来开展研究的重要方向。我们应开展最佳控制方法方面的研究，包括线性和各种非线性控制。最具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制，以及专家系统的研究。

(2)焊接柔性化技术也是我们着力研究的内容。在未来的研究中，我们将各种光、机、电技术与焊接技术有机结合，以实现焊接的精确化和柔性化。用微电子技术改造传统焊接工艺装备，是提高焊接自动化水平的根本途径。将数控技术配以各类焊接机械设备，以提高其柔性化水平和质量控制水平，是我们当前的一个研究方向；另外，焊接机器人与专家系统的结合，实现自动路径规划、自动校正轨迹、自动控制熔深等功能，是我们近期研究的重点。

(3)焊接控制系统的集成是人与技术的集成和焊接技术与信息技术的集成。集成系统中信息流和物质流是其重要的组成部分，促进其有机地结合，可大大降低信息量和实时控制的要求。注意发挥人在控制和临机处理的响应和判断力，建立人机对话的友好界面，使人和自动系统和谐统一，是集成系统的不可低估的因素。

(4)提高焊接电源的可靠性、质量稳定性和可控性，以及优良的动感特性，也是我们着重研究的课题。应开发研制具有调节电弧运动、送丝和焊枪姿态，能探测焊缝坡口形状、温度场、熔池状态、熔透情况，适时提供焊接规范参数的高性能焊机，并应积极开发焊接过程的计算机模拟技术。总之，使焊接技术由“技艺”向“科学”演变，是实现焊接自动化的一个重要方面。

本世纪的头二十年，将是焊接行业飞速发展的有利时期。我们广大焊接工作者任重而道远，务必树立知难而上的决心，抓住机遇，为我国焊接自动化水平的提高而努力奋斗。

3.参考文献

【1】胡绳荪 焊接自动化技术及其应用 机械工业出版社 2007.2

【2】陈裕川 大型自动化焊接设备的国内外现状及发展趋势【J】.电焊机，2002（10）

【3】吴林等.我国焊接行业的现状与发展趋势.第八次全国焊接会议论文集.第1册.北京：机械工业出版社，2005

钛合金激光焊接技术的探究 篇6

钛合金这种结构材料, 以其优良的特性广泛的应用于石油化工行业。它的特点主要表现在小密度、高比强度、良好的塑韧性、良好的耐热性、良好的耐腐蚀性以及较好的可加工性等。适合于钛合金的焊接方法有许多种, 例如:钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、摩擦焊、电阻焊等等。其中, 钛合金焊接经常使用的焊接方法主要是钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊这两种焊接方式。但是, 利用这种焊接方式在焊接的接头形成的晶粒比较的粗大, 而且具有较差的机械性能, 氩弧焊接头性能不能够满足使用要求。而且焊缝组织还经常需要进行焊后热处理, 导致了焊接效率的降低。然而, 随着激光技术的不断发展, 钛合金的焊接方法采用日益成熟的激光焊接技术受到了越来越多的重视。

1 钛合金焊接的特点以及激光焊接技术的简介

1.1 钛合金

钛合金具有很强的化学性, 温度越高, 其化学活性就越强, 而且, 在固体状态下, 还能吸收空气中的氢气、氧气和氮气等气体。而吸收了这些气体的纯钛, 在焊接时, 焊接的接头的强度被提高了, 但是其塑韧性却降低了。

钛具有很高的熔化温度、较大的热容量和电阻系数以及比铝或铁低的热导率。因这些特性, 钛的焊接熔池尺寸和温度都很大、很高, 由于热影响区金属在高温下的停留时间比较长, 所以, 使得焊接的接头处于过热的状态, 形成的晶粒就会变的又粗又大, 降低了接头的塑韧性。因此, 在焊接的时候, 要注意采用小电流、高焊速的焊接方式[1]。

1.2 钛合金焊接的特点

钛合金的焊接特性主要是有合金的成分以及微观结构这两个因素决定的。例如:α钛合金就具有很好的焊接性能, 接头的强度以及塑韧性都比较的理想。而β钛合金的焊接性能就比较差。但是, 在退火和固熔状态下的某些α+β钛合金也是可以焊接的, 在焊后还要进行时效的处理。稳定的α+β钛合金由于在焊缝和热影响区时发生了相的转变, 造成了其再焊接时容易脆化的现象。

钛合金的加热温度, 达到了α向β转变的临界温度时, 晶粒是以晶界突跳式位移的方式长大的。晶粒慢慢长大, 速度却逐渐变缓, 但是在温度继续升高的作用下, 晶粒长大的速度又会慢慢的加快。就一般情况来说, 钛合金在焊接时, 焊接的接头形成的晶粒都比较的大, 也显得很粗。钛合金焊接时晶粒的尺寸和晶粒内的结构, 受到加热温度的影响和在此温度下的停留时间, 以及近缝区的冷却速度的影响。焊接接头的强度和塑韧性, 随着晶粒的长大, 逐渐降低。由于, 钛的化学特性, 在一定的温度下, 钛合金在焊接时容易吸收空气中的氧气、氢气或氮气等气体, 当焊缝含有较高的氧气、氮气的含量时, 焊接的缝隙就会变得很脆弱[2]。如果焊接的应力过大, 就会出现裂纹的现象。

1.3 激光焊接技术的优势

激光焊接技术以其独特的优势, 受到了广泛的关注和应用。它的主要优势表现如下:

(1) 激光焊接的速度非常的快, 而且不存在焊接缝隙, 因而具有非常高的焊接质量。 (2) 焊接时, 由于聚焦后产生很高的功率密度, 因此, 焊接的深度也很大。 (3) 如果需要焊接的位置是很难接触的地方, 激光焊接可采取远距离焊接。 (4) 激光焊接技术也可以对一些微型的器件实施焊接。 (5) 对于像钛、石英这样的难熔材料, 采用激光焊接是非常方便的, 而且效果也非常的好。

2 钛合金激光焊接中的影响因素

2.1 氮、氢、氧对钛合金激光焊接过程的影响

钛这种材料与氧具有很强的亲和力, 具有活泼的化学特性。在常温状态下, 能够和氧产生反应, 形成一层氧化膜。由于氧化膜的保护, 钛在常温下, 稳定性非常的高, 并且具有很强的耐腐蚀性。但是, 钛合金在焊接时, 随着温度的逐渐升高, 与氧气、氢气等气体很容易的结合。温度越高, 钛合金吸收气体的能力就会也高。

在焊接的过程中, 如果不做任何的保护措施, 焊缝的金属就会吸收空中大量的氧气和氮气, 在非常高的浓度范围内, 与钛形成了间隙固熔体, 这些因素, 造成了金属的塑韧性下降, 而硬度却得到了提高。钛在焊接时, 也与氢气有很好的亲和性。焊接过程中, 钛与氢气发生化学反应, 形成了氢化钛, 造成了金属的含氢量的增加, 降低了金属的韧性。因此, 为了在焊接时获得良好接头性能的焊缝, 应该在焊接前采取最为严格的保护措施。

2.2 等离子体对钛合金激光焊接过程的影响

在不对等离子体施加任何控制时, 激光在入射时的能量被等离子体大量的吸收, 而只有一小部分的激光能量透过等离子体, 被激光材料吸收, 熔化钛合金材料。但是, 熔化的深度却不高。然而, 在对等离子体进行侧吹气体的方式控制等离子体时, 形成了全熔透的焊缝。因此, 在钛合金激光焊接的过程中, 要对等离子体加以适当的控制措施[3]。

2.3 焦点位置对钛合金激光焊接过程的影响

在激光的焊接过程中, 激光焊接的接头形成的外貌和质量, 主要是由激光功率、焊接的速度以及离焦量决定的。激光器决定了激光功率, 而工作台的速度决定了焊接的速度。焦点位置是在实施焊接之前就已经调节好的。在设计激光器喷嘴时, 要考虑怎样既快又准的调节离焦量[4], 透镜的焦距只要据顶了焦点的位置。目前, 实际购买的透镜的焦距与标准值存在一定的误差, 并且在使用的时候, 在激光束的热辐射长期的作用下, 镜片的基体材料的聚焦性能发生了很大的变化, 透镜的焦距也会随着发生变化。因此, 必须要控制高度方向, 在可调节的范围之内, 从而使其适应不同的焦距的镜片。

3 结束语

钛合金的优良特性, 使其在军事领域、航空领域得到了广泛的应用。随着科技的不断发展, 激光技术也得到了不断的进步, 基于激光焊接的优势, 钛合金激光焊接技术成为了未来发展的趋势。因此, 钛合金激光焊接技术的研究, 对于解决焊接过程中不利因素的影响, 以及更新焊接工艺具有重要的意义。通过研究钛合金激光焊接技术, 使其能够应用在实际的生产实践活动中去, 从而提高钛合金焊接的质量。

参考文献

[1]刘鹏飞.钛及钛合金结构焊接技术研究进展[J].焊接与切割, 2012.20:11-13.

[2]高福洋, 廖志谦.钛及钛合金焊接方法与研究现状[J].先进焊接技术, 2012.23 (24) :86-90.

[3]田锦, 刘金合.钛合金活性激光焊接的初步研究[J].金属铸锻焊技术, 2008.5 (37) :77-79.

浅谈铝合金的焊接技术 篇7

关键词：铝合金,焊接技术,注意事项

1 铝合金焊接前的准备工作及注意事项

1.1 焊接前的清理

清理手段主要包括化学清洗和机械清理两种。a.化学清洗:是指利用化学反应将污垢清除的方法。如:在焊件的坡口等处, 铝合金因被氧化形成一层致密的氧化膜, 该氧化膜的主要成分往往是不易溶于水的氧化铝, 由于氧化铝在一定浓度的苛性钠水溶液 (如10%左右的苛性钠水溶液) 中可反应生成氢氧化铝。相比之下, 氢氧化铝为可溶性碱, 水溶性强, 便于污垢的清理。b.机械清理:是指利用相似相容原理使污垢溶解在有机溶剂中。如:在清除焊件坡口等处的污垢时, 可以先采用丙酮、汽油或松香水等脂溶性有机溶剂擦拭在铝合金的表面将油污溶解, 然后再使用工具清除氧化膜, 清理工具可以是不锈钢丝刷或者细铜丝刷等。值得注意的是:不锈钢丝刷在使用时, 务必要使用新的不锈钢丝刷, 其清洗力度和刷出方向都要严格控制, 以避免铝合金材料中嵌入氧化物的污垢, 材料氧化腐蚀影响使用。在进入铝合金焊接工作阶段之前除了要确保污垢的清除, 还要确保清除污垢用的化学溶剂清洗干净, 不残留。

1.2 焊接前的准备

1.2.1 焊接前垫板的选用。

清理工作完毕后, 焊接时要把垫板放在焊接部位的接缝下面, 来确保焊接的质量, 不会出现穿漏或是塌陷的现象并且能够焊透。垫板材料的采用也十分有讲究, 如石墨、不锈钢等, 为了使焊缝的饭面也成规则形状, 在垫板材料的表面开一个圆弧形的槽即可。

1.2.2 焊接前预热的处理。

在焊接铝合金材料之前往往要对被焊物件进行预热处理。对于焊接前的预热可分为三种情况处理:a、当需要焊接的焊件厚度大于5mm时, 应该在焊接之前将被焊物件处于100℃到300℃之间的温度下进行预热, 防止在焊接时焊件因温度突然过高而产生裂纹;b、当被焊接的物件在惊醒焊接时会出现中断的情况时, 应该在焊接区域的开头和结尾处对间断焊进行处理, 以免影响预热效果;c、一般情况下, 在焊接厚度比较薄且体积比较小得铝合金物件时, 可以不用预先进行加热处理, 而是直接进行焊接工作。

2 铝合金的焊接修复

2.1 铝缸的焊接修复之铝缸盖

2.1.1 铝缸盖常见的损坏情况主要包括以下三类:

a.金属剥落:指在水口附近的金属发生剥落的现象。铝缸盖在使用的过程中要经常与冷却水等物质接触, 随着使用时间的延长, 铝缸盖会受到不同程度的化学腐蚀, 并在铝缸盖水口的周围通常会出现金属剥落的现象。b.裂缝现象:由于铝合金物件本身存在的几何构造的问题以及材质的自身的问题, 因此部分铝缸盖会在某些部位发生裂缝的现象, 尤其是像鼻梁与燃烧室顶部之间、螺栓孔和水口之间的地方十分常见。c.滑扣现象:一般铸造铝缸盖时所选用的铝合金材料都是质地比较软的金属, 因此铝合金缸盖上起连接作用的连接螺纹很容易发生滑扣的现象, 影响正常使用。

2.1.2 铝缸盖焊修的基本条件。

(1) 铝焊条:铝焊条使用的注意事项:a.铝焊条要现做现用, 以免由于存放时间过久导致氧化膜的形成, 影响铝焊条的正常使用;b.焊粉不宜使用, 以免由于焊粉的使用而增加熔渣的产生量, 使焊修工作不能顺利完成。c.铝焊条若没有可自行制备。 (2) 焊炬:通常采用焊嘴孔径大小为1.5~2mm的中号焊炬。为了焊后成型, 要特别注意焊嘴孔的清洁程度和形状的规格, 确保火焰均匀不分叉, 且内焰呈圆锥状。 (3) 火焰:通常采用火焰能率比较大的中性焰, 。为了焊后成型, 要严格控制火焰能率, 确保液态金属不被吹跑。

2.1.3 铝缸盖的焊修步骤。

a.预热:若是对普通的铝合金缸盖进行焊修处理, 那么在施焊之前可以不做清理, 而直接在焊修的部位周围进行预热, 注意温度控制;若是对于严重腐蚀的铝合金缸盖进行焊修处理, 那么在施焊之前就必须要做清洁处理后方可预热。b.清根:清根指被焊部位熔化后, 用用钢丝清除杂质并使金属内部表露出来的过程。在焊修时, 务必要彻底清根, 才能确保铝焊条与物件的融合, 确保焊接地修补质量。c.堆焊:是指将焊条插入熔池, 焊炬跟踪焊条运动, 刀口热焊条和熔池, 并使焊条在熔池内熔化以免氧化的过程。在熔池中插入焊条后, 通过焊条的轻微摆动而使焊条和基体融为一体, 同时在熔池的表面上有熔渣的出现。在堆焊时可能会出现由于局部温度过高而引起的塌陷现象, 因此要注意温度的控制以及焊条、焊炬的灵活使用, 应该随时调整焊炬的角度以满足成型的需要, 并以堆焊金属的高度为标准按照整形的需求采用合适的工具进行整形。d.整形与火焰撤离:整形、火焰撤离是焊修过程中十分关键的步骤, 直接关系到焊修完成后的加工问题。因此要求整形操作要由专业的熟练的技术人员采用能率较小的乙炔中心火焰来完成, 同时要把握好整形的时机。e.焊后处理:将被焊接的部位和被焊接部位的边缘加热到300℃左右, 再冷却至室温, 以确保在铝缸盖冷却的过程中不会有裂纹的出现。

2.2 铝缸的焊接修复之铝缸体

2.2.1 铝缸体常见的损坏通常有以下三种情况:

a.缸套筋的断裂:是指连接两个相邻的缸套之间的缸套筋发生断裂的现象。应该及时采取措施将断裂的缸套筋从两个缸套间挤压出来;b.座圈筋的断裂:是指镶在固定的圈座内的座圈筋发生断裂的现象。应该采取相应的措施将断裂座圈筋两边的圈座及时地去掉;c.螺孔和螺纹的坏损:是指由于铝合金采用的材料质地比较软而导致螺纹或者螺孔的损坏。应该首先采取扩大孔径的做法, 一般扩大的范围控制在10mm到12mm之间。

2.2.2 铝缸体焊补的前提准备。

a.污垢的清洁工作:可用汽油出去焊补处的杂质, 若缸体厚度不小于5mm, 开坡口, 并结合工具的使用利于金属光泽的呈现。b.焊条的准备工作:若有烘箱备用, 则按要求选用符合规格的铝焊条, 放入烘箱中烘烤待用。若没有烘箱, 则可以将焊条置于两个铁皮之间烘烤即可。如果没有焊条可按照焊条的标准制作方法自行制备。

2.2.3 铝缸体焊补的注意事项:

镁合金及其焊接技术 篇8

关键词：铝合金,焊接技术,现状,发展

前言

近年来, 减轻结构重量已成为交通运输、航空航天降低对环境的污染, 提高燃料的利用率的最主要途径[1]。铝合金由于比强度高而倍受这些行业的青睐。此外, 铝合金还有良好的耐蚀性、导电性、延展性, 且外形美观等一系列性能优点。随着材料科学、加工技术的发展, 铝合金在工业中的比重越来越大, 应用范围也越来越广泛。铝合金的最主要连接方法是焊接, 因此焊接技术的发展和研究对铝合金应用和推广有极大的影响。

1 铝合金焊接技术的研究现状

1.1 传统焊接技术

铝合金的传统焊接技术包括TIG焊、MIG焊、等离子弧焊等。这些技术的焊接工艺已经比较成熟, 现阶段的研究重点在于改善与创新。1998年由肯塔基大学的机器人及制造系统中心和美国国家科技基金资助而研制的双焊枪TIG焊, 可以不用填充焊丝, 并能增加熔深[2];芬兰Kemppi公司2001年在市场上推出的一款全数字化脉冲 (double pulse) MIG焊机Kemppi pro Evolution, 使得送丝速度与脉冲频率相适应从而提高焊接质量[3];美国航空航天管理局 (NANA) 对变极性进行了大量的研究, 成功研制了以变极性等离子弧焊工艺 (VPPAW) 为核心的焊接技术和相应的设备, 并成功地实现了厚板铝合金构件的焊接[4]。

1.2 高能束焊

电子束焊, 激光焊都是高能量束焊, 其显著特点是焊接能量大, 焊缝深宽比高, 焊接速度快, 但是也存在一定的缺陷。Guitterz, L.A和Belforte, D.A等人用激光焊接铝合金时发现铝合金对能量反射较大, 吸收效率不高[5、6];乌克兰的邦达列夫[7]将铝合金电子束焊接时焊缝常见缺陷分为以下几种裂纹、气孔、未焊透、焊缝成型变化, 特殊缺陷, 并把电子束焊接过程中合金元素的汽化损失归于特殊缺陷;台湾中山大学黄儒瑛在铝基复合材料的电子束焊接时发现合金由于成分挥发散失, 使合金基材无法产生足够的强化相Mg2Si, 从而导致复材的强度降低[8]。

1.3 固相焊接技术

在实际生产中, 固相焊接技术已经用于许多铝合金的焊接中。Rolf Larsson等人对6XXX系铝合金进行了搅拌摩擦焊, 发现可焊的厚度最薄达到了1.5mm, 而最厚可达5Omm[9];Rhodes发现7075-T6铝合金接头焊核区中精细的等轴晶被大角度晶界分隔[10];Y.Huang等研究了不同的工艺参数对7075铝合金在真空室中进行扩散焊的影响, 得到了最佳的工艺参数:温度是510~520℃, 压力是2.5~3.8MPa, 时间是90~120min[11]。

2 铝合金焊接新技术

2.1 铝合金复合焊

随着科学技术的发展人们对铝合金焊接的质量要求也是越来越高, 为了使焊接质量得到进一步的提高, 科学家们提出采用多种焊接法相结合的新方法, 如激光焊与钨极氩弧焊, 激光焊与熔化极氩弧焊相结合。与传统单一焊接方法相比, 能得到更好的焊接质量。

2.1.1 激光-TIG复合焊接

激光-TIG复合焊是将激光束与TIG电弧复合在一起同时作用于熔池, 利用激光产生的锁孔效应吸引、压缩和稳定焊接电弧, 使得电流密度显著提高, 从而建立一种全新的高效热源, 具有熔深大、焊速快、成本低等显著优势。由于加入TIG电弧, 非熔化钨极对焊接过程的影响小于熔化极焊接, 更容易实现激光、电弧的同轴复合。激光-TIG复合焊接时TIG多采用直流正接, 因为此时能量输入、能量密度和电极寿命都有增加。尤其是采用低电流、高焊接速度和长电弧时, 激光-TIG复合焊接速度可达单独激光焊接的2倍, 而且搭桥能力加强, 咬边、气孔大大减少。因此, 激光-TIG复合焊接最适合做薄板高速焊接。

2.1.2 激光-MIG复合焊接

激光-MIG复合焊接可以利用填丝的优点, 提高焊接熔深、增加焊接适应性, 改善焊缝冶金性能和微观组织。MIG电弧可以解决焊缝金属的初始熔化问题和激光金属蒸汽的屏蔽问题。激光束作用于电弧, 不仅改变了电弧形态, 而且改变了材料熔滴的过渡形式, 增强了MIG电弧的引燃和维持能力, 使MIG电弧更稳定。与激光-TIG复合焊接相比, 焊接板厚更大、适应性更强。通过调节电弧与激光的位置, 可以有效地提高对焊接间隙的容忍度, 减少焊缝边缘的处理工作量和焊接后处理。

总之, 复合焊可以带来较好的综合性能, 在今后铝合金焊接中有非常可观的应用前景。

2.2 活性TIG焊

活性TIG工艺通过在TIG焊前将很薄的一层表面活性剂涂敷在施焊板材表面, 然后再进行正常焊接, 在保证焊缝质量的基础上, 通过改变电弧收缩和熔池流动使得焊接熔深显著增加, 可达到传统TIG焊的2-3倍, 从而大大提高了焊接生产效率, 降低了生产成本[12]。相对于传统的TIG焊, 活性TIG焊具有三大突出优点:焊接熔深大, 生产效率高;对施焊材料中所含的微量元素不敏感;焊接熔深稳定, 应用领域广, 易实现自动化焊接。目前焊接铝合金常用的活性剂有Ca F2、Ti O2、Si O2及卤化物等。

2.3 双枪TIG焊

双焊枪TIG焊 (ODT-TIG) 是用两把焊枪对工件的两个相对面同时焊接, 两焊枪都接在同一个电源上, 二次线的正负极分别接上一把TIG焊枪而工件不接电极。焊接时, 采用恒定的方波交流电流, 2把焊枪正对着, 分别指向工件正反两面, 不仅双面成形而且一部分电流从一把焊枪通过工件传到另一把焊枪, 再回到电源。这种电流的流动使得电弧更加集中, 熔深增加, 减少厚板的焊接层数。同时还由于降低了热输入, 使HAZ范围减少, 裂纹出现率降低, 焊后变形小。此外, 此焊接法不需要使用填充焊丝, 因此不会使合金成分发生很大的改变, 提高了焊缝质量而且降低了生产成本[13]。Y.M.ZHANG和S.B.ZHANG用此法对6061铝合金进行了焊接, 对于9.5毫米厚的铝板可以在不预热的情况下, 仅用150A电流和焊接速度为2mm/s单道焊就可以充分焊透。与传统的交流TIG焊相比, 双枪TIG焊不仅可以简化焊接工艺、节省能量而且其焊缝强度和延展性都高于普通的交流TIG焊[14]。

2.4 搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术, 它利用一种特殊形状的搅拌工具, 旋转着插入被焊工件, 然后沿着焊缝运动, 通过搅拌工具的轴肩与材料摩擦产生热量, 使焊材加热到塑性状态, 通过塑性变形, 破坏接合面的氧化膜和金属晶粒, 使得处于热塑性状态的金属在焊接区域转移过渡, 经过轴肩挤压塑性金属而形成焊接接头[15]。

搅拌摩擦焊具有以下优点:a.几乎无缺陷, 焊接接头综合力学性能优异, 在焊接铝合金时不会产生与熔化有关的缺陷, 如气孔, 裂纹等。b.细化晶粒。由于焊接过程中的快速机械搅拌作用, 焊缝晶粒比母材的还要细小, 并且没有明显热影响区, 整个接头的综合机械性能几乎可以达到母材的水平。c.焊后变形, 残余应力小。由于不存在在熔焊过程中接头部位大范围的热塑性变形过程, 因此, 焊后接头的内应力小, 变形小, 基本上可实现板件的低应力无变形焊接。d.焊接工艺简单。搅拌摩擦焊所需的工艺参数只有搅拌头的转速, 焊接速度, 压紧力及搅拌头的材料和结构四项。

但是搅拌摩擦焊也存在一定的局限性:搅拌摩擦焊仅适合于规则焊缝 (直缝、环缝) , 而且设备复杂, 对工件形状的适应性差[16];焊接速度比熔焊要低;接头部间隙的容许范围比熔焊小;焊后接合部终端残存钥孔;不能三维曲面施工。

搅拌摩擦焊不仅能很好的焊接铝合金还可实现以前不能或很难进行的异种材料的焊接, 如铝和铜的焊接, 铝和银的焊接, 铝和钢的焊接等。

2.5 变极性电源的应用

变极性电源主要是对电弧焊电源的改进[17]。通常, 交流电源在其负半波对阴极产生的热量不能用来支持焊接, 反而导致工件热影响区增大, 电极寿命缩短。而变极性控制部分是在程序设定的时段内将焊接电流迅速反向, 并同时定义其输出的大小, 使之具备反向阴极清理的功能, 其焊接电流频率、正负半波电流时间和幅值都可以分别独立调节。在反极性阶段, 电源可以采用很高的电流迅速破碎铝合金表面的氧化膜。变极性电源其输出电流为交流矩形波, 电流过零速度极快, 因此电弧稳定性得到大大改善。由于电流频率和正负半波电流幅值、时间比可以分别调节, 因此, 在保证阴极雾化的前提下, 可以最大限度的减少钨极的烧损。此外, 用变极性电源焊接时电弧又是一种脉冲电弧, 而脉冲电弧对熔池有很强的搅拌作用, 因而可减少和抑制气孔产生。目前, 变极性电源已经应用在钨极氩弧焊 (VPTIG) 和等离子焊 (VPPA) 中, 可以焊接铝合金薄板和厚板 (2-25mm) 。由于焊缝中基本无气孔, 又被誉为无缺陷焊接法。

3 铝合金焊接技术的发展趋势

铝合金焊接的有些发展趋势是显而易见的:a.生产力不断提高, 焊接质量增强。随着研究的深入, 铝合金焊接技术理论更加成熟, 许多焊接问题迎刃而解, 并对焊接工艺进行改善。b.进一步提高机械化。焊接机器人, 数控技术等应用在铝合金焊接中, 并逐渐的到推广, 以减少因为人为操作失误而造成焊接的缺陷。c.继续寻找更有效率的焊接工艺和方法。通过新设计新方法来提高铝合金可焊性。诸如复合焊和搅拌摩擦焊新工艺已经出现。d.与其他技术相结合。在国内外焊接研究中, 我们能清楚看到电子元件、计算机技术以及数字通讯的发展影响着焊接及其设备的发展。

4 结论与展望

镁合金及其焊接技术 篇9

关键词：铝合金管道,铝焊接,焊接工艺,质量控制

0 引言

此次介绍的制氧工程中用的是EN AW-5083材质的镁铝合金管, 大家知道铝合金共分九个系列, 其中五系:5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝材属于较常用的合金铝系列, 主要元素为镁, 含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低, 抗拉强度高, 延伸率高。该类铝合金同时具有良好的耐腐蚀性和较高的低温强度, 空分装置就大量使用了铝镁合金 (主要有5083、5183、5A02, 相当于旧牌号中的LF2、LF4) 。但是铝及铝合金在焊接过程中, 易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题, 而其焊接质量则是空分设备能否安全、稳定、长期运行的关键之一。此类材质是被公认为焊接难度较大的被焊材料, 特别是小径薄壁管的焊接更难掌握。因此, 解决铝及铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中必须解决的问题。孟加拉电炉炼钢制氧工程地处东南亚, 临近海边, 常年湿热、多雨, 焊接中最易出现气孔等焊接通病问题。本工程焊接采用ASME标准, 焊丝采用ER5356, 在经过严格的培训并取得BV国际焊接认证后, 焊接队来到了孟加拉施工现场, 在适应现场的同时, 开始调试铝焊机设备, 并试焊。

1 铝管焊接气孔生成原因分析

经现场焊接技术人员的仔细分析, 主要原因如下:气孔形成从本质上来说, 是由于焊接时在熔池凝固形成过程当中, 尚有部分未来得及逃逸的气体残留在焊接金属之中, 在一般情况下, 气体可能是空气、一氧化碳、氢气和氮气等等;铝镁合金主要成分是铝掺入少量的镁而制作出来的材料, 加入镁是为了保证铝美合金的硬度, 其中不含碳, 因而没有一氧化碳的形成;同时氮气与铝及其合金不能相溶, 故也没有氮气气孔形成的可能。我们常说的铝美合金焊缝的气体就是氢气孔。探究氢气孔的来源, 我们可以发现大多数是水分解而来, 孟加拉制氧工程位于潮湿多雨的吉大港海边, 其中空气中的水分、焊接材料以及母材表面氧化膜吸附的水分等, 都是有可能造成氢气孔形成的原因, 因而在实际过程当中水的因素可以间接的理解为气孔形成的因素。

1.1 材料特性

从化学性能上分析, 一方面氢在高温时能大量的溶解于液态铝之中, 一旦温度下降溶解量减少, 导致在铝镁合金焊接完成以后, 有大量的氢气析出;由于熔池快速凝固, 致使部分氢气或者其他混合气体来不及逃逸而形成了大量的气泡。另一方面铝镁合金散热性好、密度低对气体的析出产生制约;加上在焊接高温下, 铝镁合金和空气发生化学反应, 生成氧化镁和三氧化二铝覆盖于焊接体表面, 其中氧化镁吸水性很强, 这也是气泡产生的主要原因之一。即使用TIG焊也不能有效地去除其水分, 因而使得铝镁合金焊接气孔在所难免。

1.2 氩气的流量与纯度

从操作上看, 氩气的流量是影响熔池保护效果的一个非常重要参数;如果氩气的流量较小, 冲击焊接环境中空气较少, 相对保护熔池能力较差;氩气的流量大, 一方面造成生产成本加大, 另一方面有可能使得强气流在熔池周围停留时间过短, 造成大量空气的介入, 造成保护区失去保护的意义, 更易使得焊缝产生气孔。氩气的纯度也是主宰焊接质量的一个重要因素, 纯度低, 意味着杂质多, 也就增加了弧柱气氛中氢的含量, 从而降低阴极雾化效果, 这也是不利的因素。

1.3 焊接工艺

焊接工艺讲究步骤和流程的合理性, 其中包括坡口准备、组对方式等等, 以及焊接工艺参数的正确性;如果坡口位置不对或是焊件组对存在缝隙, 很容易造成空气的涌入。焊接参数要调整和变化, 也对气体逸出和溶入熔池产生相当大的影响。焊接速度过慢, 无疑使得氢气的容量较大, 造成氢气气孔的产生。焊接速度过快, 容易在工程质量上不能得到保证。在实际过程当中, 操作人员应该通过不断的实践来摸索铝镁合金焊接经验, 通常情况下我们可以发现, 用较快的焊接速度加上较大的焊接电流可以有效的阻止气孔的产生。

1.4 焊接操作技术

焊接操作技术无疑也是保证铝镁合金焊接质量的保证之一。焊接操作技术与理论知识和实际操作经验密切相关, 这是内在的要求;而外部空间的局限有可能会造成实施焊接操作时不当或者难度加大, 焊接枪口与工作表面不能保持正确的角度, 角度大小的变化有可能使得氩气挺度不足, 造成缺陷。钨极伸出长度过长、电弧过长或不稳等, 都有可能使得焊缝产生气孔, 造成焊缝质量得不到有效的保障。一般来说在约束环境下, 水平管仰焊接头部位可采用交叉接头法, 有利于焊缝质量的保证, 避免气孔的产生。

2 铝管焊接质量控制措施

气孔的出现一般多在起焊处, 特别是六点钟方位 (试焊位6G) , 在焊接件中起弧部位容易产生气孔, 包括打底与盖面。

2.1 焊接前准备

焊接前严格清除焊口及焊丝表面的氧化物和油污, 通常采用化学清理或者机械清理。若空气湿度大, 可在点焊、起焊、对口前后, 对管口进行火焰加热去除表面水分。

2.2 焊接过程质量控制

(1) 焊接前应重视放气工序, 待气瓶到焊机气阀氩气管中的气压放至平缓匀速, 焊枪中喷出的氩气平稳均匀后再引弧焊接。如焊机至气瓶段气压过高, 流速过快, 容易引起空气的卷入, 引起电弧漂移, 氩气不能有效的聚集在熔焊区保护, 极易形成气孔。

(2) 起焊时出现气孔应及时处理, 彻底清除缺陷后再进行焊接。

(3) 焊枪起弧后要匀速前走, 不要在原地停留过长, 易引起起焊点出现气孔。

(4) 在焊接过程中, 点焊部位需清除干净。搭接接头起焊部位打磨处理20~40mm, 如还有气孔, 可加长处理长度。

(5) 中间接头时, 将电弧引燃后加热原熔池, 当熔池出现局部熔化后向熔池少量添加焊丝, 当焊至熔池前端时, 继续正常向熔池送丝即可。

(6) 安装焊接时, 正仰焊6点钟位和横焊位易出现气孔。经认真分析原因, 主要是焊接时带入了空气。通常采取仰焊位焊枪尽可能压低些, 由于氩气比重较大易下沉, 焊口周围保护气体稀薄, 空气容易进入高温熔焊区。

3 铝管焊接质量控制要求

重视坡口加工工具清洗工作。如铣刀、锉刀或坡口机, 常采用机械清理或化学清理, 一般先用丙酮或酒精擦拭待清理部位, 再用不锈钢轮刷及刮刀清理。焊丝通常采用丙酮预先清洁, 后用氢氧化钠溶液进行清洗, 再用清水漂洗;工序完成后再用硝酸 (浓度为25%~30%) 进行钝化处理, 最后用热水清洗干燥后放入烘箱。焊道坡口清理宽度不少于20mm。氩气纯度不低于99.99%。焊接预热是正式施焊前必须要准备的工作之一。一般方式采用气焊枪加热, 预热温度要控制在150℃以内。焊接时焊枪提前送氩气, 滞后停气。焊接过程中避免氩气流量过小, 控制在10~12L/Min, 喷咀内不干净或有水汽、焊速过快、钨极伸出过长等问题出现。

4 结语

在铝管焊接中, 通过试验摸索和实践验证, 总结了以上焊接控制技术措施, 焊工易于掌握、劳动强度低、工效高。此焊接方法在孟加拉电炉炼钢工程7388Nm3/h制氧设备及管道中得以应用, 效果十分理想, 焊接质量非常高, 探伤合格率达98%。

参考文献

[1]张永清, 李进舟, 等.冶金标准化与质量第四卷.