铝焊丝生产设备及工艺_铝合金焊丝生产工艺

本文目录一览：

• 1、铝合金焊接选什么设备如何焊接？
• 2、焊丝和焊条有区别吗？焊丝的生产工艺是啥？需要什么样的设备？
• 3、焊丝制作工艺分为哪两种？
• 4、铝合金焊接方法及工艺

铝合金焊接选什么设备如何焊接？

铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光- 电弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。

关键词: 铝合金 搅拌摩擦焊 激光焊 激光- 电弧复合焊 电子束焊

1 铝合金焊接的特点

铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。

铝合金焊接有几大难点:

①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍;

②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺;

③铝合金焊接容易产生气孔;

④铝合金焊接易产生热裂纹;

⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形;

⑥铝合金热导率大(约为钢的4 倍) ,相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大2～4 倍。

因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。

2 铝合金的先进焊接工艺

针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。

2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接

搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1～2 ] 。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ] 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。

铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。

搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:

①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊;

②焊件夹持要求高,焊接过程中对焊件要求加一定的压力,反面要求有垫板;

③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞,一般需要补焊上或机械切除;

④搅拌头适应性差,不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头,且搅拌头磨损快;

⑤工艺还不成熟,目前限于结构简单的构件,如平直的结构、圆形结构。搅拌摩擦焊工艺参数简单,主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。

2.2 铝合金的激光焊接

铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding) 是近十几年来发展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点,特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入,从而可提高生产效率,改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。

激光焊接铝合金有以下优点:

①能量密度高,热输入低,热变形量小,熔化区和热影响区窄而熔深大;

②冷却速度高而得到微细焊缝组织,接头性能良好;

③与接触焊相比,激光焊不用电极,所以减少了工时和成本;

④不需要电子束焊时的真空气氛,且保护气和压力可选择,被焊工件的形状不受电磁影响,不产生X 射线;

⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接;

⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输,从而使工艺适应性好,配合计算机和机械手,可实现焊接过程的自动化与精密控制。

现在应用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器,CO2 激光器功率大,对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2 激光束的吸收率比较小,在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小,铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大,可用光导纤维传导,适应性强,工艺安排简单等。

在焊接大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。图3 为激光焊接时的小孔形状。图4 为激光深熔焊示意图[5 ] 。

铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱,对CO2 激光束(波长为10. 6μm) 表面初始吸收率1. 7 %;对YAG激光束(波长为1. 06 μm)吸收率接近5 %。图5 为不同金属对激光的吸收率。比较复杂,高频引弧时引起电极烧损和电弧摆动,起弧后稳定性不强,同时在电弧的高温状态下,电极迅速烧损。但激光与等离子弧复合可明显提高熔深和焊接速度。

焊丝和焊条有区别吗？焊丝的生产工艺是啥？需要什么样的设备？

焊丝和焊条都是焊接用的材料，但是是有区别的：

焊条(coveredelectrode)，是在金属焊芯外将涂料(药皮)均匀、向心地压涂在焊芯上。焊芯即焊条的金属芯，为了保证焊缝的质量与性能，对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定，特别是对有害杂质（如硫、磷等)的含量，应有严格的限制，优于母材。焊条由焊芯及药皮两部分构成。其种类不同，焊芯也不同。焊芯成分直接影响着焊缝金属的成分和性能，所以焊芯中的有害元素要尽量少。

焊接碳钢及低合金钢的焊芯， 一般都选用低碳钢作为焊芯，并添加锰、硅、铬、镍等成分(详见焊丝国家标准GB1300一77)。采用低碳的原因一方面是含碳量低时钢丝塑性好，焊丝拉拔比较容易，另一方面可降低还原性气体CO含量，减少飞溅或气孔，并可增高焊缝金属凝固时的温度，对仰焊有利。加入其他合金元素主要为保证焊缝的综合机械性能，同时对焊接工艺性能及去除杂质，也有一定作用。

高合金钢以及铝、铜、铸铁等其他金属材料，其焊芯成分除要求与被焊金属相近外，同样也要控制杂质的含量，并按工艺要求常加入某些特定的合金元素。

焊条就是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极，它是由药皮和焊芯两部分组成的。在焊条前端药皮有45°左右的倒角，这是为了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，约占焊条总长1/16，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条的直径实际上是指焊芯直径）通常为2、2.5、3.2或3、4、5或6mm等几种规格，最常用的是小3.2、小4、小5三种，其长度“L”一般在200～550 mm之间。

焊丝是作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料。在气焊和钨极气体保护电弧焊时，焊丝用作填充金属；在埋弧焊、电渣焊和其他熔化极气体保护电弧焊时，焊丝既是填充金属，同时也是导电电极。焊丝的表面不涂防氧化作用的焊剂。

焊丝的生产工艺和需要的设备：

在此重点介绍一种较为先进的线材表面处理技术。 生产线具体工艺路线为：放线-乱线-停车-反复弯曲剥壳-高压水冲洗-电解酸洗-高压水洗-涂硼砂-烘干-拉拔-热处理。

放线架、弯曲线材设备、高压水洗设备、电解酸洗设备、烘干设备、拉丝机、热处理设备等。

焊丝制作工艺分为哪两种？

按二保焊焊丝构造，分为：实芯焊丝、药芯焊丝 两大类。

按焊丝直径粗细，分为：0.8㎜、1.0㎜、1.2㎜、1.6㎜四种常用规格型号。

铝焊料的制造工艺

目前工业生产中常用的铝焊料制造工艺主要有两种：其一是铸锭——挤压——拉拔工艺，主要用于钎焊材料和部分氩弧焊丝生产；其二是熔铸——连铸——拉拔，主要用于氩弧焊丝生产。

1．1铸锭——挤压——拉拔工艺。在铝焊料的铸锭——挤压——拉拔工艺中。核心技术是挤压，挤压温度、挤压速度、挤压变形指数是关键参数；铸锭预热、模具预热、模具设计也是重要环节。在铸锭的获取方式上，金属模铸锭和半连续铸锭是主流。

挤压技术的许多优越性中，以下两方面对铝焊料的生产是最有利的：

在挤压过程中，被挤金属在变形区中能获得比轧制、锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，这就可以充分发挥被加工金属本身的塑性。因此，用挤压法可加工那些用轧制法和锻造法加工有困难、甚至无法加工的低塑性、难变形金属。例如铝硅共晶和铝硅铜钎料经热挤压后可以进行拉拔。

挤压加工的灵活性很大，只需要更换模具等挤压工具，即可在一台设备上生产形状和品种不同的制品，更换挤压工具的操作简便易行。这一特点对批量小、品种规格多的的钎焊材料尤其适宜。

1．2熔铸——连铸——拉拔工艺。一套性能完备、可靠的连铸设备，是进行铝钎料熔态抽拉成丝的关键。熔铸——连铸的设备必须满足生产过程中工艺参数调整要求，同时，还应适宜铝焊料的小批量生产的特点。具体的技术要求是：保温包液面高度的检测和控制由自适应系统实现调节；熔炼炉容积与生产批量相适应；为了精确控制熔体温度，保温炉选用红外陶瓷加热元件加热，用热电偶测温，用可控硅调压方式实现热平衡；炉体适应于多个结晶器同时工作；一次和二次冷却的冷却强度均可调；抽拉装置选用直流电机配摆线针轮减速机做动力，电机的调速选用PWM控制电路，用链传动实现多头抽拉。铝锰焊丝的抽拉头数可以达到32头。抽拉丝坏的直径越细越有利于拉拔，但是，过细的丝径带来抽拉速度的降低，一半选用4～6mm为宜。

铝合金焊接方法及工艺

铝及铝合金的焊接方法 1．铝及铝合金的焊接特点 （1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、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，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。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显著，为了获得高质量的焊接接头，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。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、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。在耐蚀性允许的情况下，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，流动性显著提高，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條（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，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。 （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。 2．焊接方法 几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）

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