我用铝焊粉焊接时为什么铝熔液表皮没有破裂?
(1)要求火焰能率高 铝和铝合金的热导率、比热容都很大,因此要求大功率和能量集中的热源。因此气焊的火焰能率要大,有时需要对焊件进行预热来满足工艺要求。
(2)氧化能力强 氧与铝的亲和力大,其al2o3膜致密结实,厚度约0.1μm,密度为铝的1.4倍,熔点为2050℃。焊接时氧化膜包覆着熔滴及熔化金属,阻碍填充金属与母材的熔合,易造成未熔合、夹渣和成形不良。同时氧化膜还会吸附水分,使焊缝易出现气孔。所以,焊前要严格清理金属表面,焊接过程中对熔池及高温金属要有效保护,防止再氧化。
(3)容易产生气孔液态铝不溶解氮,但可以溶解大量的氢,而在固态时氢在铝中的溶解度几乎等于零。当熔池快速冷却时,氢的溶解度急剧下降,在凝固点由0.69cm3/100g下降到0.036cm3/100g。来不及逸出的氢在焊缝中集聚成气孔。
铝及铝合金焊接时产生的气孔有三种:
1)分散气孔 常出现在焊缝截面中,数量多、尺寸小(<0.2mm)、呈弥散状分布,试样断口上呈圆形高白色的点。焊接气氛中所含的水分是产生这种氢气孔的原因。纯铝比铝镁合金更容易产生这种气孔。
2)集中气孔 往往分布在熔合线附近,尺寸大,断面为圆形,内壁光滑呈亮白色或金黄色(油污氧化引起)。母材表面及坡口未去净的氧化膜所吸附的水分是产生这种氢气孔的原因。铝镁合金比纯铝容易形成吸水强、疏松、厚的表面氧化膜层,所以,集中气孔比纯铝严重。
3)热影响区气孔 分布于热影响区表面,含镁量较高的铝镁合金易产生此种气孔,并且有时形成连续的凸起鼓胀现象。这是由于高温下氢压的作用,使氢向热影响区扩散而形成气孔。
(4)易产生热裂纹 铝的线膨胀系数大、凝固收缩率大、导热快、加热时间长、受热面积大,所以,焊接变形及应力大。而高温时塑性差,在640~650℃时δ<0.6%,在350~400℃时σb≤10mpa,某些铝合金易形成低熔点共晶物,因此容易产生裂纹。
(5)焊接接头性能下降 铝合金中所含的合金元素mg、zn、mn等高温下易烧损,使焊缝性能下降。热影响区由于受热软化,若纯铝板在冷作硬化状态下焊接,接头强度会下降,热处理强化铝合金软化更严重,接头强度只有母材的40%~50%。
(6)易产生焊缝塌陷和烧穿 由于铝及铝合金高温时强度比较低,固液态转变时没有显著的颜色变化,而且熔池表面又有一层氧化膜,焊接时很难判断熔化情况,所以熔池温度很难掌握,稍不注意就会塌陷乃至烧穿。
气焊铝及铝合金时,材料的相对焊接性见表2。
表2气焊铝及铝合金的相对焊接性
工业纯铝 铝锰合金 铝镁合金 硬铝
适用厚度范围/mm
l1~l7 lf21 lf5、lf6 lf2、lf3
ly11、ly12
适宜范围 厚度界限
好 好 差 尚可 差 0.5~10 0.3~25
2.气焊铝及铝合金用焊丝与焊剂
气焊铝及铝合金时,一般应选用与母材化学成分相近的焊丝,也可用母材切条为填充金属。常用的焊丝牌号及化学成分见表3-42。选用焊丝时必须考虑到抗裂纹性能、耐腐蚀性能和接头力学性能。
铝及铝合金焊前虽然经过清理,但其表面氧化膜有可能清除不干净,焊接时又会产生新的氧化膜。所以,焊接时应采用熔剂,清除熔池中的氧化膜和其它杂质,提高熔化金属的流动性,使焊接顺利并保证质量和成形。气焊铝及铝合金常用熔剂配方见表3。
表3 气焊铝及铝合金熔剂的配方(质量分数)(%)
组成
铝块
晶石 氯化钠 氯化钾 氯化钡 氯化锂 氟化钠 氟化钙
硼砂 其它
cj401 — 27~30 49.5~52 — 13.5~15 7.5~9
— — —
1 — 19 29 48 — — 4 — —
2 30 30 40 — — — — — —
3 20 — 40 40 — — — — —
4 — 45 30 — 10 15 — — —
5 — 27 18 — — — — 14 硝酸钾41
6 — 20 40 20 — 20 — — —
7 — 25 25 — — — — 40 硫酸钠10
8 4.8 — — 33.3 19.5 — 14.8
氧化镁2.8
氟化镁24.8
9 — — — 70 15 氟化锂15 — — —
10 硝酸钾28 9 3 — — — — 40 硫酸钾20
11 4.5 40 15 — — — — — —
12 20 30 30 — — — — — —
3.铝及铝合金气焊的工艺要求
(1) 严格清除焊件接头处及焊丝表面的氧化膜和油污。清理方法有化学清理和机械清理两种。较小焊件及焊丝适于化学清洗,尺寸较大的焊件常用机械方法清理,其工艺见表4。焊件及焊丝经清理后在存放过程中会重新生成氧化膜,所以,应缩短清理后至焊接前的存放时间,干燥环境间隔时间不超过24h,潮湿环境不超过4h, 否则应重新清理氧化膜。采用抛光处理焊丝并用塑料密封,保存期可达半年。
表4铝及铝合金的焊前清理
工序 除油 碱洗 冲洗
溶液ω/% 温度/℃ 时间/min
化学清洗法
纯铝
汽油、煤油、丙酮等除油剂
naoh
6~10 40~60 ≤20 流动清水
铝镁、
铝锰合金 ≤7
工序 中和光化 冲洗 干燥
溶液φ/% 温度/℃ 时间/min
化学清洗法
纯铝 hno3
30
室温或
40~60 1~3 流动清水
风干或
低温干燥
铝镁、铝
锰合金
机械法
用丙酮或汽油进行表面除油,随后用φ0.15mm丝径的铜或不锈钢丝刷子刷,直至露出金属光泽为止。也可以用刮刀清理焊件表面
(2)坡口形式及尺寸 气焊铝及铝合金的坡口形式及尺寸见表5。
气焊铝及铝合金时,不宜采用搭接接头和t形接头。因为这种接头易残留熔剂和焊渣,不便焊后清除,使接头耐腐蚀性下降。
为保证焊件焊接时既焊透而又不塌陷和烧穿,可以采用垫板。垫板可用不锈钢板、碳素钢板或石墨板。当单面焊双面成形时,应在接触介质一面施焊。
(3) 合理选择焊丝与熔剂 sa1si5是一种通用焊丝,焊缝金属流动性好,抗裂纹性能高,并能保证一定的力学性能,除铝镁合金外,常采用此焊丝。因铝镁合金采用sa1si5焊丝时,会在晶间析出mgsi脆性化合物,使接头塑性和抗腐蚀性能下降,甚至引起裂纹,焊接铝镁合金时应采用sa1mg5ti焊丝。
表5铝及合金气焊坡口形式与尺寸
板厚
/mm
施焊
方法
坡口
名称 坡口形式 尺寸
b/mm p/mm
α/(°)
≤2 单面焊 卷边 — — —
≤5 单面焊 i型 1~1.5 — —
5~10 单面焊 v型 2~4 0.5~2 65±5
气焊熔剂有含锂和不含锂两类,含锂的熔剂熔点较低,熔渣的熔点、粘度也较低,焊后易清除,但价格高,吸潮性强,应以干粉状加入熔池。不含锂的熔剂价格低,但熔点高,熔渣粘度大,易夹渣,适于较高温度下焊接用。
气焊角接及搭接接头时,由于熔渣不易清除干净,建议选用表3中序号7熔剂。铝镁合金焊接不宜采用含钠熔剂,可采用表3中序号8、9号熔剂。
(4)气焊铝及铝合金时应采用中性焰或乙炔稍多的中性焰,严禁采用氧化焰。焊接薄板时火焰能率稍小,焊接厚板时火焰能率应大。其板厚与焊炬的使用见表6。
由于铝及铝合金高温固液态转变时没有明显的颜色变化,所以熔化情况不易掌握。当加热表面由光亮银白色变成暗淡的银白色,表面氧化膜起皱,加热处金属有波动现象时,即达熔化温度,可以施焊用蘸有熔剂的焊丝端头触及加热处有粘性,焊丝与母材能熔合时,即达熔化温度,可以施焊母材边棱有倒下现象时,母材达熔化温度,可以施焊。
表6气焊铝及铝合金的焊炬与板厚关系
板厚/mm 1.2 1.5~2.0 3.0~4.0
焊炬型号 h01-6 h01-6 h01-6
焊嘴号 1 1~2 3~4
焊嘴孔径/mm
0.9 0.9~1.0 1.1~1.3
焊丝直径/mm
1.5~2.0 2.0~2.5 2.0~3.0
板厚/mm 5.0~7.0
7.0~10.0
10.0~20.0
焊炬型号 h01-12 h01-12 h01-20
焊嘴号 1~3 2~4 4~5
焊嘴孔径/mm
1.4~1.8 1.6~2.0 3.0~3.2
焊丝直径/mm
4.0~5.0 5.0~6.0 5.0~6.0
当气焊薄小件时采用左焊法,厚度较大焊件采用右焊法。
气焊3mm以下薄件时,焊炬倾角为20°~40°,气焊厚件时,焊炬倾角为40°~80°,焊丝与焊炬夹角为80°~100°。
(5)预热 气焊薄小件时,一般不需要预热,厚度大于5mm及结构复杂件,应进行局部或整体预热,温度为150~300℃
(6)定位焊 采用比正式焊接稍大的火焰,焰芯距焊件表面3~5mm,焊炬与焊件夹角为50°左右。较长焊缝从中间向两端定位焊,环缝对称定位焊,一般要求见表7和表8。
(7)焊炬操作 气焊铝及铝合金时,焊炬可以上下跳动前进或平直前进,见图1。
气焊3mm以下薄件时,焊炬上下跳动前进,跳动幅度为3~4mm,焰芯尖端距焊件3~5mm,焊丝做反向的跳动气焊厚大件时,焊炬平直前进,焰芯尖端距焊件表面3~5mm,焊丝上下跳动,拨开氧化膜,搅动熔池。
表7铝及铝合金板定位焊要求(mm)
板厚 <1.5 1.5~2.0 3~4 5~7
定位焊间距
10~30 30~50 50~70 80~100
定位焊缝长度
5~8 6~10 10~15 20~30
焊点高度 1~1.2 1.2~2 2.5~3 3~5
板厚 7~10 10~16 >16
定位焊间距
100~120 120~180 180~240
定位焊缝长度
30~40 40~50 50~60
焊点高度 3~5 5~7 6~8
管材直径
壁厚(δ)
定位焊位置及数量
定位焊缝长度
定位焊缝高度
≤18 1~3.5
对接定位焊 2处
5~10 ≤δ
25~55 1.5~5
对称定位焊 3处
10~20
δ~2/3δ
75~120 2.5~10
对接定位焊 4处
30~40
δ~2/3δ
(8) 焊后处理 焊后残存在焊缝及附近的熔剂和焊渣要及时清理干净,否则会腐蚀焊件。清理方法为:先在60~80℃热水中用硬毛刷洗刷焊接接头,重要构件洗刷后再放入 60~80℃、质量分数为2%~3%的铬酐水溶液中浸泡5~10min,然后再用硬毛刷仔细洗刷,最后用热水冲洗干洗。
清理后若焊接接头表面无白色附着物即可认为合格,或用质量分数为2%硝酸银溶液滴在焊接接头上,若没有产生白色沉淀物,即说明清洗干净。
铸造铝合金补焊后为消除内应力,可进行300~350℃退火处理。
4.铝及铝合金的气焊实例
铝冷凝器端盖的气焊,其结构见图2,材料为lf6,焊接工艺要点如下:
图1气焊铝及铝合金时焊炬的运动方式
a)上下跳动前进b)平直前进
1)采用化学清洗的办法(见表4)将接管、端盖、大小法兰、焊丝清洗干净。
图2铝冷凝器端盖示意图
2)焊丝选用sa1mg5ti,φ4mm,熔剂选用cj401。用气焊火焰将焊丝加热,在熔剂槽内将焊丝蘸满cj401备用。
3)采用中性焰,右向焊法焊接。焊炬选用h01-12,选用3号焊嘴。
4)焊接小法兰盘与接管。用气焊火焰对小法兰均匀加热,待温度达250℃左右时组焊接管。定位焊两处,从第三点进行焊接。为避免变形和隔热,在预热和焊接时小法兰盘放在耐火砖上。
5)焊接端盖与大法兰盘。切割一块与大法兰盘等径的厚度20mm的钢板,并将其加热到红热状态,将大法兰盘放在钢板上,用两把焊炬将其预热到300℃左右,快速将端盖组合到大法兰盘上。定位三处,从第四点施焊。焊接过程中保持大法兰盘的温度,并不间断焊接。
6)焊接接管与端盖焊缝,预热温度为250℃
7)焊后清理:先在60~80℃热水中用硬毛刷刷洗焊缝及热影响区,再放入60~80℃、质量分数为2%~3%的铬酐水溶液中浸泡5~10min,再用硬毛刷刷洗,然后用热水冲洗干净并风干。
1、可以采用交流铝氩弧焊机焊接,用高纯氩气保护,气体流量在8-10L/MIN。
2、采用电焊手工焊接,焊条选用WEWELDING555的铝电焊条焊接,直流反接,适合小缺陷的修复裂纹,对于操作要求比较高,需要对焊条要皮做烘烤。
3、如果两者都没有条件或者尺寸不允许的话,就用火焰钎焊,一般适合小件的铸铝的件的焊接,一般采用铝的低温钎料焊接,比如可以了解WEWELDING53的一个焊接操作视频,可以解决气焊焊接铸铝的应用。
扩展资料
焊接注意事项:
1、电弧的长度:
电弧的长度与焊条涂料种类和药皮厚度有关系。但都应尽可能采取短弧,特别是低氢焊条。电弧长可能造成气孔。短弧可避免大气中的O2、N2等有害气体侵入焊缝金属,形成氧化物等不良杂质而影响焊缝质量。
2、焊接速度
适宜的焊接速度是以焊条直径、涂料类型、焊接电流、被焊接物的热容量、结构开头等条件有其相应变化,不能作出标准的规定。
保持适宜的焊接速度,熔渣能很好的覆盖着熔潭。使熔潭内的各种杂质和气体有充分浮出时间,避免形成焊缝的夹渣和气孔。在焊接时如运棒速度太快,焊接部位冷却时,收缩应力会增大,使焊缝产生裂缝。
参考资料来源:百度百科-氩弧焊
参考资料来源:百度百科-生铝
参考资料来源:百度百科-焊接
铝合金熔剂具有很强的桥接和吸附性能, 在水解过程中,将发生物理和化学过程,例如冷凝,吸附和沉淀,目前铝合金的精炼技术主要基于炉内的熔剂射流精炼和炉外的泡沫陶瓷过滤。铝熔助熔剂的净化过程会产生有害的白色烟雾和含有Cl,F等的粉尘,对人体和设备造成严重危害,尤其是对环境的污染更为严重,它可能导致周围的物体,花朵,草木和树木死亡,污染空气和水资源。
氧-乙炔气焊的热效率低,焊接热输入不集中,焊接铝及铝合金时需采用熔剂,焊后又需清除残渣,接头质量及性能也不高。因为气焊设备简单,无需电源,操作方便灵活,常用于焊接对质量要求不高的铝合金构件,如厚度较薄的薄板及小零件,以及补焊铝合金构件和铝铸件。
(1)气焊的接头形式
气焊铝合金时,不宜采用搭接接头和T形接头,这种接头难以清理流入缝隙中的残留熔剂和焊渣,应尽可能采用对接接头。为保证焊件焊接时既焊透又不塌陷和烧穿,可以采用带槽的垫板,垫板一般用不锈钢或纯铜等制成,带垫板焊接可获得良好的反面成形,提高焊接生产率。
(2)气焊熔剂的选用
铝合金气焊时,为了使焊接过程顺利进行,保证焊缝质量,气焊时需要加熔剂来去除铝表面的氧化膜及其他杂质。
气焊熔剂(又称气剂)是气焊时的助熔剂,主要作用是去除气焊过程中生成在铝表面的氧化膜,改善母材的润湿性能,促使获得致密的焊缝组织等。气焊铝合金必须采用熔剂,一般是在焊前熔剂直接撒在被焊工件坡口上,或者沾在焊丝上加入熔池内。
铝合金熔剂是钾、钠、钙、锂等元素的氯人盐,是粉碎后过筛并按一定比例配制的粉状化合物。例如铝冰晶石(Na3AlF6)在1000℃进可以熔解氧化铝,又如氯化钾等可使难熔的氧化铝转变为易熔的氯化铝。这种熔剂的熔点低,流动性好,还能改善熔化金属的流动性,使焊缝成形良好。
(3)焊嘴和火焰的选择
铝合金有强烈的氧化性和吸气性。气焊时,为使铝不被氧化,应采用中性焰或微弱碳化焰(乙炔既过剩的碳化焰),使铝熔池置于还原性气氛的保护下而不被氧化。严禁采用氧化焰,因为用氧化性较强的氧化焰会使铝强烈氧化,阻碍焊接过程进行;而乙炔过多,游离的氢可能溶入熔池,会促使缝产生气孔,使焊缝疏松。
(4)定位焊缝
为防止焊件在焊接中产生尺寸和相对位置的变化,焊件焊前需要点固焊。由于铝的线膨胀系数大、导热速度快、气焊加热面积大,因此,定位焊缝较钢件应密一些。
定位焊用的填充焊丝与产品焊接时相同,定位焊接前应在焊缝间隙内涂一层气剂。定位焊的火焰功率比气焊时稍大。
(5)气焊操作
焊接钢铁材料时,可以从钢材的颜色变化判断加热的温度。但焊铝时,却没有这个方便条件。因为铝合金从室温加热到熔化的过程中没有颜色的明显变化,给操作者带来控制焊接温度困难。但可根据以下现象掌握施焊时机:
1)当被加热的工件表面由光亮白色变成暗淡的银白色,表面氧化膜起皱,加热处金属有波动现象时,表明即将达到熔化温度,可以施焊;
2)用蘸有熔剂的焊丝端头及被加热处,焊丝与母材能熔合时,即达到熔化温度,可以施焊;
3)母材边棱有倒下现象时,母材达到熔化温度,可以施焊。
气焊薄板可采用左焊法,焊丝位于焊接火焰之前,这种焊法因火焰指向未焊的冷金属,热量散失一部分,有利于防止熔池过热、热影响区金属晶粒长大和烧穿。母材厚度大于5㎜可采用右焊法,此法焊丝在焊炬后面,火焰指向焊缝,热量损失小,熔深大,加热效率高。
气焊厚度小于3㎜的薄件时,焊炬倾角为20~40°;气焊厚件时,焊炬倾角为40~80°,焊丝与焊炬夹角为80~100°。铝合金气焊应尽量将接头一次焊成,不堆敷第二层,因为堆敷第二层时会造成焊缝夹渣等。
用氯化镁盐溶剂敷在上面。
在熔融状态下,可以利用熔剂的覆盖来控制氧化物。这些熔剂一般为氯化镁盐。它们漂浮在熔液的表而上。
但仍要定期从熔液表面清除氧化物,可以采用熔液通过过滤床的办法从大熔炉中清除这些悬浮的氧化物杂质。较小规模生产时,可以在浇注系统中设置过滤器来清除氧化物。
熔液中的氧化物颗粒成为形成缩孔和气孔的品核。缺少氧化物杂质时,气孔和碾微孔隙也就基本消失了。
对于铸铝件的生产,减少氧化物杂质是特别重要的一个条件。因为通常它们的液相线与固相线之问有非常大的幅差,而在多孔隙的状态下冷凝,则很难给孔隙提供补给。
一.Al-Mg-Si系合金的基本特点:
6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0.2-0.6%的硅、0.45-0.9%的镁、铁的最高限量为0. 35%,其余杂质元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0.1%。这个成份范围很宽,它还有很大选择余地。
6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金,在AL-Mg-Si组成的三元系中,没有三元化合物,只有两个二元化合物Mg2Si和Mg2Al3,以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界,构成两个三元系,α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3,如图一、田二所示:
在Al-Mg-Si系合金中,主要强化相是Mg2Si,合金在淬火时,固溶于基体中的Mg2Si越多,时效后的合金强度就越高,反之,则越低,如图2所示,在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上,共晶温度为595℃,Mg2Si的最大溶解度是1.85%,在500℃时为1. 05%,由此可见,温度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大,淬火温度越高,时效后的强度越高,反之,淬火温度越低,时效后的强度就越低。有些铝型材厂生产的型材化学成份合格,强度却达不到要求,原因就是铝捧加热温度不够或外热内冷,造成型材淬火温度太低所致。
在Al-Mg-Si合金系列中,强化相Mg2Si的镁硅重量比为1.73,如果合金中有过剩的镁(即Mg:Si>1. 73),镁会降低Mg2Si在铝中的固溶度,从而降低Mg2Si在合金中的强化效果。如果合金中存在过剩的硅,即Mg:Si<1.73,则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响,由此可见,要得到较高强度的合金,必须Mg:Si<1.73。
二.合金成份的选择
1.合金元素含量的选择
6063合金成份有一个很宽的范围,具体成份除了要考虑机械性能、加工性能外,还要考虑表面处理性能,即型材如何进行表面处理和要得到什么样的表面。例如,要生产磨砂料,Mg/Si应小一些为好,一般选择在Mg/Si=1-1.3范围,这是因为有较多相对过剩的Si,有利于型材得到砂状表面;若生产光亮材、着色材和电泳涂漆材,Mg/Si在1.5-1.7范围为好,这是因为有较少过剩硅,型材抗蚀性好,容易得到光亮的表面。
另外,铝型材的挤压温度一般选在480℃左右,因此,合金元素镁硅总量应在1.0%左右,因为在500℃时,Mg2Si在铝中的固溶度只有1.05%,过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能全部溶入基体,有较多的末溶解Mg2Si相,这些Mg2Si相对合金的强度没有多少作用,反而会影响型材表面处理性能,给型材的氧化、着色(或涂漆)造成麻烦。
2.杂质元素的影响
①铁,铁是铝合金中的主要杂质元素,在6063合金中,国家标准中规定不大于0.35,如果生产中用一级工业铝锭,一般铁含量可控制在0.25以下,但如果为了降低生产成本,大量使用回收废铝或等外铝,铁就根容易超标。Fe在铝中的存在形态有两种,一种是针状(或称片状)结构的β相(Al9Fe2Si2),一种为粒状结构的α相(Al12Fe3Si),不同的相结构,对铝合金有不同的影响,片状结构的β相要比粒状结构α相破坏性大的多,β相可使铝型材表面粗糙、机械性能、抗蚀性能变差,氧化后的型材表面发青,光泽下降,着色后得不到纯正色调,因此,铁含量必须加以控制。
为了减少铁的有害影响可采取如下措施。
a)熔炼、铸造用所有工具在使用前涂涮涂料,尽可能减少铁溶人铝液。
b)细化晶粒,使铁相变细,变小,减少其有害作用。
c)加入适量的锶,使β相转变成α相,减少其有害作用。
d)对废杂料细心挑选,尽可能的减少铁丝、铁钉、铁屑等杂物进入熔铝炉造成铁含量升高。
②其它杂质元素
其它杂质元素在电解铝锭中都很少,远远低于国家标准,在使用回收废杂铝时就可能超过标准;在生产中,不但要控制每个元素不能超标,而且要控制杂质元素总量也不能超标,当单个元素含量不超标,但总量超标时,这些杂质元素同样对型材质量有很大影响。特别需要提出强调的是,实践证明,锌含量到0.05时(国标中不大于0.1)型材氧化后表面就出现白色斑点,因此锌含量要控制到0.05以下。
三.6063铝合金的熔炼
1.控制好熔炼温度
铝合金熔炼是生产优质铸棒的最重要工艺环节之一,若工艺控制不当,会在铸捧中产生夹渣、气孔,晶粒粗大,羽毛晶等多种铸造缺陷,因此必须严加控制。
6063铝合金的熔炼温度控制在750-760℃之间为佳,过低会增大夹渣的产生,过高会增大吸氢、氧化、氮化烧损。研究表明,铝液中氢气的溶解度在760℃以上急剧上升,当热减少吸氢的途径还有许多,如烘干溶炼炉和熔炼工具,防止使用熔剂受潮变质等。但熔炼温度是最敏感因素之一,过离的熔炼温度不但浪费能源,增加成本,而且是造成气孔,晶粒粗大,羽毛晶等缺陷的直接成因。
2.选用优良的熔剂和适当的精炼工艺
熔剂是铝合金熔炼中使用的重要辅助材料,目前市场上所售熔剂中主要成份为氯化物,氟化物,其中氯化物吸水性强,容易受潮,因此,熔剂的生产中必须烘干所用原料,彻底除去水份,包装要密封,运输、保管中要防止破损,还要注意生产日期,如保管日期过长,同样会发生吸潮现象,在6063铝合金的熔炼中,使用的除渣剂、精炼剂、覆盖剂等熔剂如果吸潮,都会使铝液产生不同程度的吸氢。
选择好的精炼剂,选择合适的精练工艺也是非常重要的,目前6063铝合金的精炼绝大多数采用喷粉精炼,这种精炼方法能使精炼剂与铝液充分接触,可使精炼剂发挥最大效能。虽然这个特点是显而易见的,但是精炼工艺也必须注意,否则得不到应有效果,喷粉精炼中所用氮气压力以小为好,能满足吹出粉剂为佳,精炼中如果使用的氮气不是高纯氯(99.99%N2),吹入铝液的氮气越多,氟气中的水份使铝液产生的氧化和吸氢越多。另外,氟气压力高,侣液产生的翻卷波浪大,增大产生氧化夹渣的可能性。如果精炼中使用的是高纯氮,精炼压力大,产生的气泡大,大气泡在铝液中的浮力大,气泡迅速上浮,在铝液中的停留时间短,除氢效果并不好,浪费氮气,增加成本。因此氮气应少用,精炼剂应多用,多用精炼剂只有好处,没有坏处。喷粉精炼的工艺要点是用尽可能少的气体,喷进铝液尽可能多的精炼剂。
3.晶粒细化
晶粒细化是铝合金熔铸中晕重要的工艺之一,也是解决气孔、晶粒粗大、光亮晶、羽毛晶、裂纹等铸造缺陷的最有效措施之一。在合金铸造中,均是非平衡结晶,所有的杂质元素(当然也包括合金元素)绝大部分集中分布在晶界,晶粒越小,晶界面积就越大,杂质元素(或合金元素)的均匀度就越高。对杂质元素而言,均匀度高,可减少它的有害作用,甚至将少量杂质元素的有害变为有益;对合金元素面言,均匀度高,可发挥合金元素更大的合金化艘能,达到充分利用资源的目的。
细化晶粒、增大晶界面积、增大元素均匀度的作用可通过下面的计算加以说明。
假设金属块1与2有同样的体积V,均由立方体晶粒构成,金属块1的晶粒边长为2a,2的边长为a,那么金属块1的晶界面积为:
金属块2的晶界面积为:
金属块2的晶界面积是金属块1的2倍。
由此可见合金晶粒直径减小一倍,晶界面积就要增大—倍,晶界单位面积上的杂质元素将减少一倍。
在6063铝合金的生产中,对磨砂料来说,由于要通过腐蚀使型材产生均匀砂面,那么合金元素及杂质元素的均匀分布就显得尤为重要。晶粒越细,合金元素(杂质元素)的分布越均匀,腐蚀后得到的砂面就越均匀。
四.6063铝合金的浇铸
1.选择合理的浇铸温度
合理的浇铸温度也是生产出优质铝棒的重要因素,温度过低,易产生夹渣、针孔等铸造缺陷。温度过高,易产生晶粒粗大、羽毛晶等铸造缺陷。
做了晶粒细化处理后的6063铝合金液,铸造温度可适当提高,一般可控制在720-740℃之间,这是因为:①铝液经晶粒细化处理后变粘,容易凝固结晶。②铝棒在铸造中结晶前沿有一个液固两相过度带,较高的铸造温度有较窄的过度带,过度带窄有利于结晶前沿排出的气体逸出,当然温度不可过高,过高的铸造温度会缩短晶粒细化剂的有效时间,使晶粒变得相对较大。
2.有条件时,充分预热,烘干流槽、分流盘等浇铸系统,防止水分与铝液反应造成吸氢。
3.铸造中,尽可能的避免铝液的紊流和翻卷,不要轻易用工具搅动流槽及分流盘中的铝液,让铝液在表面氧化膜的保护下平稳流人结晶器结晶,这是因为工具搅动铝液和液流翻卷都会使铝液表面氧化膜破裂,造成新的氧化,同时将氧化膜卷入铝液。经研究表明,氧化膜有极强的吸附能力,它含有2%的水份,当氧化膜卷入铝液后,氧化膜中的水份与铝液反应,造成吸氢和夹渣。
4.对铝液进行过滤,过滤是除去铝液中非金属夹渣最有效的方法,在6063铝合金的铸造中,一般用多层玻璃丝布过滤或陶瓷过滤板过滤,无论是采取何种过滤方法,为了保证铝液能正常的过滤,铝液在过滤前应除去表面浮渣,因为表面浮渣易堵塞过滤材料的过滤网孔,使过滤不能正常进行,除去铝液表面浮渣的最简单方法是在流槽中设置一挡渣板,使铝液在过滤前除去浮渣。
五.6063铝合金的均化处理
1.非平衡结晶
如图三所示,是由A、B两种元素构成的二元相图的一部分,成份为F的合金凝固结晶,当温度下降到T1时,固相平衡成份应为G,实际成份为G’,这是因为在铸造生产中,冷却凝固速度快,合金元素的扩散速度小于结晶速度,即固相成份不是按CD变化,而是按CD’变化,从而产生了晶粒内化学成份的不平衡现象,造成了非平衡结晶。
2.非平衡结晶产生的问题
铸造生产出的铝合金棒其内部组织存在两方面的问题:①晶粒间存在铸造应力;②非平衡结晶引起的晶粒内化学成份的不平衡。由于这两个问题的存在,会使挤压变得困难,同时,挤压出的产品在机械性能、表面处理性能方面都有所下降。因此,铝棒在挤压前必须进行均匀化处理,消除铸造应力和晶粒内化学成份不平衡。
3.均匀化处理
均匀化处理就是铝棒在高温(低于过烧温度)下通过保温,消除铸造应力和晶粒内化学成份不平衡的热处理。Al-Mg-Si系列的合金过烧温度应该是595℃,但由于杂质元素的存在,实际的6063铝合金不是三元系,而是一个多元系,因此,实际的过烧温度要比595℃低一些,6063铝合金的均匀化温度可选在530-550℃之间,温度高,可缩短保温时间,节约能源,提高炉子的生产率。
4.晶粒大小对均匀化处理的影响
由于固体原子之间的结合力很大,均匀化处理是在高温下合金元素从晶界(或边沿)扩散到晶内的过程,这个过程是很慢的。容易理解,粗大晶粒的均化时间要比细晶粒的均匀化时间长得多,因而晶粒越细,均匀化时间就越短。
5.均匀化处理的节能措施
均匀化处理需要在高温下通过较长时间保温,对能源需求大,处理成本高,因此,目前绝大多数型材厂对铝棒未进行均匀化处理。其最重要的原因就是均匀化处理需要较高成本所致。降低均匀化处理成本的主要措施有:
①细化晶粒
细化晶粒可有效的缩短保温时间,晶粒越细越好。
②加长铝棒加热炉,按均匀化和挤压温度分段控制,满足不同工艺要求。这一工艺主要好处是:
a)不增加均匀化处理炉。
b)充分利用铝捧均匀化后的热能,避免挤压时再次加热铝棒。
c)铝捧加热保温时间长,内外温度均匀,有利于挤压和随后的热处理。
综上所述,生产出优质6063铝合金铸棒,首先是根据生产的型材选择合理的成分,其次是严格控制熔炼温度、浇铸温度,做好晶粒细化处理、合金液的精炼、过滤等工艺措施,细心操作,避免氧化膜的破裂与卷入。最后,对铝棒进行均匀化处理,这样就可生产出优质铝棒,为生产优质型材提供一个可靠的物质基础。
这里还有个例子
LY12,现在通常叫做2A12,相当于2024,通用的板材标准为AMS-QQ-A-250/4(非包铝);AMS-QQ-A-250/5(包铝),主要用于飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件,为Al-Cu-Mg系主要成分为
硅 0.5%
铁 0.5%
铜 3.8-4.9
锰 0.0-0.9
镁 1.2-1.8
铬 0.10
镍
锌 0.25
钛 0.15(5)
其它(3) 0.15
铝(4) 其余
注:
(1)组合之元素性质以最高百分率表示,除非列出的是一个范围或是最低值。
(2) 为了定出合适的数值限制,分析得来的观察或计算数值都是依据标准规则(ANSI Z25.1)以表示明确的范围。
(3) 除了非合金外,合金内的元素所规定的份量通常在分析报告中指示出来。但如果在分析过程中怀疑有其它元素存在或有部份元素被怀疑有过量的情形,更应进一步的分析直至有证实为止。
(4) 不是经由精炼过程的非合金铝中的铝质的含量就是其它的金属的总量和百分百纯铝之差-其差别在于百 份0.01或稍多一点。(百份比的小数点后第二位)
(5) 最多可含有0.20%锆和钛。
钢水的终脱氧用的,主要成分是铝。
1、精炼剂是白色粉末状或颗粒状熔剂。由多种无机盐干燥处理后,按一定比例混合配制而成。
2、作用:精炼剂主要是用于清除铝液内部的氢和浮游的氧化夹渣,使铝液更纯净,并兼有清渣剂的作用。
3、特点:精炼剂中的部分组元在高温下极易分解,生成的气体易于氢反应,且与夹渣吸附力强,并迅速从熔体中逸出。其它组元兼有清渣剂作用。
4、使用范围:适用于常用牌号的铝合金(镁含量高的合金和铝镁合金不可使用),和纯铝熔炼时,除气精炼和清渣。
5、使用方法:精炼剂撒于液面,迅速压入铝液内,充分搅拌后静置、扒渣;如借助喷射机,用惰性气体将精炼剂喷入铝液内效果更好。
银白色轻金属。有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉在空气中加热能猛烈燃烧,并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液,难溶于水。相对密度2.70。熔点660℃。沸点2327℃。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展,要求材料特性具有铝及其合金的独特性质,这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。 应用极为广泛。
2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,铝生产在一类致癌物清单中。