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           鋁焊絲/材
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          鋁和鋁合金管焊接的特點和方法

          1 鋁和鋁合金管焊接特點和方法

          鋁合金由于重量輕、強度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點,被廣泛地應用于各種焊接結構產品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結構重量可減輕50%以上。因此,鋁及鋁合金除廣泛地應用于航空、航天和電工等領域外,同時還越來越多的應用于石油化學工業。濮陽中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金(主要有:5083、5183、5A02相當于舊牌號中的LF2、LF4)。

          但鋁及鋁合金在焊接過程中,易出現氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問題。此類材質是被公認為是焊接難度較大的被焊接材料,特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此,解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過程中必須解決的問題。


          2 鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點


          2.1 易氧化

          鋁和氧的親和力很強,在常溫下,鋁表面就能被氧化成厚度約0.1~0.2m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密,能防止金屬的繼續氧化,對自然防腐有利,但它給焊接帶來了困難,這是由于氧化鋁的熔點(2050℃)遠遠超過了鋁的熔點(600℃左右),比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中,會阻礙金屬之間的熔合,易形成夾渣,而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份,焊接時會促使焊縫生成氣孔。

          2.2 較大的導熱系數和比熱容

          鋁的導熱系數約為鋼的四倍,因此,焊接鋁材管時,比鋼管焊接要消耗更多的熱量,為得到高質量的焊接接頭,必需采用能量集中,功率大的熱源。

          2.3 易形成氫氣孔

          鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態時能大量吸收和溶解氫,在熔融狀態下溶解度為0.0069ml/g,而在高溫凝固狀態下為0.00036ml/g,前后相差近20倍。鋁的導熱系數很大,在相同的焊接工藝條件下,其冷卻速度為鋼的4-7倍,使金屬結晶加快,焊接熔池在快速冷卻過程中,氫的溶解度急劇下降,此時析出大量過飽和氣體,氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此,在焊接鋁材時,焊縫產生氣孔的傾向很大。

          2.4 易形成熱裂紋

          鋁的線膨脹系數和結晶收縮率比鋼大約一倍,易產生較大的焊接變形和應力,加上某些雜質或合金元素的不利影響,在剛性較大的接頭中將導致產生裂紋。

          2.5 燒穿和塌陷

          鋁及鋁合金由固態轉變為液態時,由于沒有明顯的顏色變化,所以,不易判斷熔池的溫度。焊接時,常因溫度過高不易被察覺而導致燒穿或嚴重塌陷。


          3 焊前準備


          3.1 坡口加工采用機械加工法

          加工后的坡口表面應平整、無毛刺和飛邊。坡口的形式一般為V型,無鈍邊,坡口角度70°~75°為宜。不同壁厚的對接焊應有14°的過渡段。

          3.2 焊前準備

          焊前將焊絲、焊管坡口及其坡口內外各30~50mm范圍內的油污和氧化膜清除掉,清除順序和方法如下:用丙酮或四氯化碳等有機溶劑去除表面油污,坡口內外兩側清除范圍應不小于50mm。清除油污后,焊絲采用化學法,坡口易采用機械法,試管也采用化學法清除表面氧化膜。

          機械方法,是坡口及其附近表面可用銼削、刮削、銑削或用0.2mm左右的不銹鋼絲刷清除至露出金屬澤,兩側的清除范圍距坡口邊緣應不小于30mm,使用的工具定期脫脂處理。

          化學法,是用約70℃ 5~10%的NaOH溶液浸泡30~60秒后,或用常溫5~10%的NaOH溶液浸泡3分鐘。接著用約15%的HNO3(常溫)浸泡2分鐘左右后用溫水清洗;蛴美渌疀_洗,再使其完全干燥。對已經可靠表面處理、并未被氧化或受污染的焊絲,不再進行上述處理可直接使用。

          清理好的坡口及焊絲,在焊前不應再被玷污,若無有效的防護措施,應在8小時內施焊,否則應重新進行清理。管道組對時,應做到內壁平齊,無毛刺、粒屑,其錯邊量應符合b≤0.5mm。內部不加襯圈焊口,要求間隙盡可能等于零,特別是仰焊部位,管內壁應倒1~1.5mm的圓角。

          3.3 焊機的注意事項及其它

          焊機必須是交流TIG焊機,具有陡降的外特性和足夠的電容量,并且有參數穩定、調節靈活和安全可靠的使用性能,還應具有引弧、穩弧和消除直流分量裝置,焊機上電流、電壓表應經計量部門鑒定合格。焊機在使用前,先檢查接地是否完好,冷卻水路和氣路是否暢通,其各項功能須確保能正常工作。焊接場所應保持清潔,除應有防風、防雨雪設施外,還應保證焊接時的相對濕度≤80%,環境溫>5℃。


          4 焊接工藝


          4.1 焊接材料的選擇

          焊絲原則上選擇與母材成分相同的鋁及鋁合金焊絲或板條,氬氣純度>99.95%,盡量選用大直徑焊絲。在Al-Mg系鋁合金的弧焊中,通常都是推薦使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB-AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條,對Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。

          4.2 組對與點固焊

          由于鋁及鋁合金管導熱快、熔池結晶快,所以組對時不留間隙、鈍邊,應避免強制進行,以減少焊接后產生較大的殘余應力,定位焊縫長度10-15mm為宜。定位焊位置在管的7點、9點、12點處,定位焊焊縫常做為正式焊縫保留,因此發現問題應及時處理。

          焊前對定位焊表面黑粉、氧化膜進行清除,并將兩端修成緩坡型,焊件不需要預熱,焊前在試板上試焊,當確認無氣孔后再進行正式焊接。采用高頻引弧,起弧點應越過中心線20mm左右,并停留不動約2-3秒,然后在保證焊透的情況下,采用大電流、快速焊,焊絲不擺動,焊絲端部不應離開氬氣保護區。如離開氬氣保護區,焊絲端部應剪掉,焊絲與焊縫表面的夾角宜在15°左右,焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80°~90°之間。

          為增大氬氣保護區和增強保護效果,可采用大直徑焊槍瓷嘴,加大焊槍氬氣流量。當噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著時,必須將飛濺物清除或更換噴嘴。當鎢極端部出現污染,形狀不規則等現象時,必須修整或更換。鎢極不宜伸出噴嘴外,焊接溫度的控制主要是焊接速度和焊接電流大小的控制。

          試驗結果表明,大電流、快速焊能有效防止氣孔的產生,這主要是由于在焊接過程中以較快速度焊透焊縫,熔化金屬受熱時間短,吸收氣體的機會少。收弧時,注意填滿弧坑,縮小溶池,避免產生縮孔,終點的結合處應焊過20~30mm。;『,要延遲停氣6秒,可旋轉的鋁及鋁合金管對接平焊時,焊炬應處于稍帶上坡焊位置,這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時,可不填加焊絲,但以后的焊層需加焊絲。


          5 焊接檢驗


          按HGJ222--92《鋁及鋁合金焊接技術規范》對所有焊縫進行表面和射線探傷檢查。


          6 實施效果


          采用上述焊接工藝,實際的焊接施工中氣孔和燒穿問題得到了有效的解決,焊接探傷合格率達到了97%。當然還存在背面成型問題,這主要依靠操作者的感覺,對操作者的技術要求較高。

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