鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點
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0.1～0.2 m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(xù)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 較大的導熱系數(shù)和比熱容
鋁的導熱系數(shù)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，為得到的焊接接頭，必需采用能量集中，功率大的熱源。
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(tài)時能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g，而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g，前后相差近20倍。鋁的導熱系數(shù)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。

5A02 飛機油箱與導管，焊絲，鉚釘，船舶結構件。
5A03 中等強度焊接結構，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來代替5A02合金。
5A05 焊接結構件，飛機蒙皮骨架。
5A06 焊接結構，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機蒙皮骨部件。
5A12 焊接結構件，甲板。

鋁合金焊接保護措施
1、焊前用化學+機械的方法清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面的氧化物，順序是先化學清洗，后機械打磨；
2、焊接過程中要采用合格的保護氣體進行保護；
3、在氣焊時，采用熔劑，在焊接過程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
焊接難點
（1）極易氧化。在空氣中，鋁容易同氧化合，生成致密的三氧化二鋁薄膜（厚度約0．1－0．2μm），熔點高（約2050℃），遠遠超過鋁及鋁合金的熔點（約600℃左右）。氧化鋁的密度3．95－4．10g/cm3，約為鋁的1．4倍，氧化鋁薄膜的表面易吸附水分，焊接時，它阻礙基本金屬的熔合，極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，引起焊縫性能下降。
（2）易產生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產生氣孔的主要原因是氫，由于液態(tài)鋁可溶解大量的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因此當熔池溫度快速冷卻與凝固時，氫來不及逸出，容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔難于完全避免，氫的來源很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲表面氧化膜吸附空氣中的水分等。實踐，即使氬氣按GB/T4842標準要求，純度達到99．99% 以上，但當水分含量達到20ppm時，也會出現(xiàn)大量的致密氣孔，當空氣相對濕度超過80%時，如果不采取加熱等措施，焊縫就會明顯出現(xiàn)氣孔。同時，采用小電流慢速焊，加大焊縫冷卻時間，并利用焊絲電弧進行熔池攪動，可以較好的幫助氣體排出熔池。
（3）焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹系數(shù)和結晶收縮率約比鋼大兩倍，易產生較大的焊接變形的內應力，對剛性較大的結構將促使熱裂紋的產生。
（4）鋁的導熱系數(shù)大（純鋁0．538卡/Cm．s．℃）。約為鋼的4倍，因此，焊接鋁和鋁合金時，比焊鋼要消耗更多的熱量。
（5）合金元素的蒸發(fā)的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素（如鎂、鋅、錳等），在高溫電弧作用下，極易蒸發(fā)燒損，從而改變焊縫金屬的化學成分，使焊縫性能下降。
（6）高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低，破壞了焊縫金屬的成形，有時還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現(xiàn)象。
（7）無色彩變化。鋁及鋁合金從固態(tài)轉為液態(tài)時，無明顯的顏色變化，使操作者難以掌握加熱溫度

應用舉例：鋁母線的焊接
大中型發(fā)電機組的槽形和管形，小型機組的板狀母線。
1、母線材質、焊接材料及設備
母線材質：L2工業(yè)純鋁；
焊材：絲301或絲311；
焊接設備：交流氬弧、熔化極氣體保護焊機。
2、對接坡口及接頭墊板
（1）對接坡口及其尺寸
δ≤6mm，不開坡口，間隙2-5mm；
δ=6-20mm，70oV型坡口，間隙5-8mm，鈍邊1-2mm。
（2）坡口根部墊板
1）鋁質或鋼質；
2）墊板的大小視母線形狀和尺寸而選擇；
3）母線為板狀或槽狀時，選板形墊板；
4）母線為管形時，一般選純鋁墊圈；
5）母線封閉外殼的環(huán)縫對接選用帶弧形槽的鋼墊板。
3、清洗工藝
（1）焊絲清洗：分焊絲整理，堿洗，酸洗，烘干存放幾個步驟。烘好的焊絲要隨即使用，避免再次氧化。
（2）焊件坡口清理
1）化學清洗 ：采用清洗劑進行清洗。
2）機械清洗：先用（、松香或汽油）擦拭表面除油污，然后用細鋼絲刷或刮刀使母材焊接區(qū)刮至有金屬光澤為止。
（3）焊接過程中的清理
清除焊接過程中出現(xiàn)的黑斑、粘合、夾渣（鏟削）。
4、焊接工藝
（1）預熱：一般可采取電阻爐加熱。高一些為好，但不要超過250oC。
（2）工藝要點：TIG焊
1）大規(guī)范參數(shù)：鎢棒直徑3-6mm,焊絲直徑2.4-6mm，焊接電流250-400A，氬氣流量15-20l/min（視噴嘴大小決定）。
2）點焊要求
直線焊縫先點焊兩端，后點焊中部至少三處，每處約60～80mm；
外殼環(huán)焊縫每隔60o點焊一處，每處長約80mm左右；
管形主母線沿圓周均分2-4處點焊，每處長約40-50mm。
3）好用鋁制引弧板引弧和收弧。

焊接材料
（1）焊絲 鋁及鋁合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外，按容器要求應使對接接頭的抗拉強度、塑性(通過彎曲試驗)達到規(guī)定要求，對含鎂量超過3％的鋁鎂合金應滿足沖擊韌性的要求，對有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應達到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則：
1）純鋁焊絲的純度一般不低于母材；
2）鋁合金焊絲的化學成分一般與母材相應或相近；
3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等)的含量一般不低于母材；
4）異種鋁材焊接時應按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲；
5）不要求耐蝕性的高強度鋁合金(熱處理強化鋁合金)可采用異種成分的焊絲，如抗裂性好的鋁硅合金焊絲SAlSi一1等(留意強度可能低于母材)。
（2）保護氣體 保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時，采用大于99．9％純氬氣，直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時，板厚<25 mm時宜用氬氣；板厚25 mm～50 mm時氬氣中宜添加10％～35％的氦氣；板厚50mm-75mm時氬氣中宜添加l0％～35％或50％的氦氣；當板厚>75 mm時推薦采用添加50％～75％氦氣的氬氣。氬氣應符合GB／T 4842?995《純氬》的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足，不能使用。
(3)鎢極 氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點和沸點高，不易熔化揮發(fā)，電極燒損及尖真?zhèn)€污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加進1％～2％氧化釷的電極為釷鎢極，電子發(fā)射能力強，答應的電流密度高，電弧燃燒較穩(wěn)定，但釷元素具有一定的，使用時應采取適當?shù)姆雷o措施。在純鎢中加進1.8％～2.2％的氧化鈰(雜質≤0.1％)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學穩(wěn)定性高，答應電流密度大，無，是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬，易保持半球形，適用于交流焊接。
（4）焊劑 氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物，可往除氧化膜。

鋁及鋁合金在現(xiàn)代工程技術所用的各種材料中占有舉足輕重的地位，它在世界年產量僅次于鋼鐵而居第二位，在有色金屬中則居位。如果說鋁合金初是在航空工業(yè)中嶄露頭角的話，那么近幾十年來，除航空工業(yè)外，在航天、汽車、船舶、橋梁、機械制造、電工、化學工業(yè)及低溫裝置中已大量應用鋁及鋁合金，以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導線等。目前鋁合金焊接結構中應用廣的是防銹鋁合金，即鋁鎂合金和鋁錳合金。


?保護氣體的選擇?
焊接時所用的保護氣體有惰性氣體氬氣（Ar）和氦氣（He），生產上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿足下列純度（體積分數(shù)）要求：氬氣大于99.99%，氦氣小于0.04%，氧氣小于0.03%，水的質量分數(shù)小于0.07%。目前國內生產的氬氣，其純度一般能達到此要求，故在使用前不需再進行提純處理。
?鎢電極的選用?


氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點和沸點高，不容易熔化揮發(fā)，但電子發(fā)射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質量分數(shù)為1.0%~2.0%的氧化釷（Tho）電極稱為釷鎢極。它的電子發(fā)射能力強，允許的電流密度高，電弧燃燒穩(wěn)定。
?溶劑的選擇?
在氣焊、碳弧焊過程中，熔化的金屬表面極易氧化而形成氧化膜，為焊接質量，用熔劑去除氧化膜及其他雜質。氣焊、碳弧焊用的熔劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
?焊絲的選用?
在鋁合金材料的焊接過程中，鋁合金用焊絲的選用至關重要，選取前應該了解以下內容：
?是否所有的鋁合金材料都可用作焊接填充合金？
?是否所有的鋁合金都可以焊接？
?應避免發(fā)生的缺陷有哪些？
?如何選擇焊接填充合金？
?選擇時應當考慮的標準是什么？
?鋁合金系列需要了解?
選擇什么樣的焊絲？
一種母材可以用多種鋁合金焊材完成焊接 ，如5083-5083的焊接：可用 5356，5183，5556 等焊絲。但是每一種焊絲得到的焊接接頭可能只能在某一個性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時，主要應考慮焊接件的終使用性能。整體來說，主要考察以下幾個性能指標：


總之，選擇鋁合金焊絲過程中，只有在對鋁件焊接及其應用中的許多相關變量進行了充分分析后，才能選擇出合適的合金填料。

焊接要求：
1.持證焊工應按焊接工藝文件和其它文件焊接。



2.在焊接環(huán)境出現(xiàn)下列情況之一時，應采取有效防護措施，否則不準施焊：
1) 焊接環(huán)境不清潔，有灰塵、煙霧；
2) 焊接環(huán)境風速大于或等于1.5m/s；
3) 焊接環(huán)境相對濕度大于80%；
4) 下雨、下雪的室外作業(yè)；
5) 焊接溫度低于5℃；



3.鋁材產品焊接設在的場地，場地應鋪設橡膠或絨布；焊接時應遠離通風口和門窗以避免影響氣體保護效果。



4.用手工鎢極氬弧焊焊接鋁材一般都使用交流，以便產生陰極霧化的作用；熔化極氬弧焊則用直流反接。當由于設備所限采用直流焊接時，焊縫表面一般有一層氧化膜甚至是黑灰，這時可用鋼絲刷或抹布擦去。對焊縫表面由于焊劑熔劑殘留物或氧化而形成的白色膜可用鋼絲刷或抹布醮熱水擦去。



5.焊前預熱：由于鋁材導熱性能很強，因此一般手工鎢極氬弧焊焊接大于10mm厚度時，焊前都應預熱，但不超過100℃，焊時層間溫度也不超過100℃?？梢暰唧w情況用火焰或遠紅外線板進行加熱。



6.在焊接過程中焊絲的填入點不應位于電弧正下方，而應位于熔池邊部，距電弧中心線約0.5~1.0mm處，焊絲填入點不得熔池表面或在電弧下橫向擺動，以避免影響母材熔化，破壞氣體保護而使金屬氧化；焊絲回撤時勿使焊絲未端露體保護區(qū)外，以免焊絲未端被氧化后再度送進時隨之帶入熔池。焊接時若鎢極碰到焊縫金屬應立即停止焊接，用金屬磨頭清除污染，并修磨鎢極；無論焊前還是焊接過程中，都應先切除焊絲端部已氧化的部分再焊。



7. 一條焊縫應盡量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接時，應重疊10~20 mm。多層焊縫在進行下一道焊縫前，對前道焊縫進行表面顏色檢查，只允許銀白色；并清除表面污染、夾渣等缺陷?；】討顫M，接弧處應熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法：收弧時勻速抬高電弧，同時加速填充焊絲，直至電弧熄滅，使熄弧處焊縫局部凸出，必要時打磨超標的余高。在焊機上有衰減裝置時，此熄弧方法效果更好。



8.A、B類接頭焊縫的余高、余高差及寬度差下表 mm：
焊縫位置
焊縫余高
焊縫余高差
焊縫寬度差

鎢極氬弧焊
熔化極氬弧焊
手工焊、半自動焊
自動焊、機械化焊

平焊
0~3
0~5
0~2
0~3
0~2

除平焊外的其他焊縫位置
0~4
0~5
0~3
0~3
0~2




9.接管與殼體的D類焊縫當殼體厚度≤12mm時，一般應將殼體扳邊對接焊，扳邊高度為25~30mm。



10.C、D類接頭的焊縫厚度t，在圖樣上無其他規(guī)定時，應不小于組成角焊縫兩邊構件厚度δ1、δ2較小值的0.7倍，且不應小于3mm，在一般情況下不超過10 mm（按下圖）；在襯里或復合板復合采用蓋板搭接角焊縫時，蓋板厚度構成了角焊縫的一側邊長度L2一般較薄，使得焊腳長度受到側邊長度的限制，當L2≤4mm時，應要求t≥0.7 L2。



11.C、D類接頭的焊縫與母材應呈圓滑過渡。



12.焊縫和熱影響區(qū)表面應進行檢查，不得有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾渣和飛濺物等缺陷，焊縫外不應有打弧點。



13.鋁材壓力容器焊縫表面不應有咬邊。常壓容器焊縫表面的咬邊深度不應大于0.5mm，咬邊連續(xù)長度不應大于100mm，焊縫兩側咬邊的總長度不應超過該焊縫長度的10%。



14.換熱器換熱管焊接順序：管板組裝（換熱管預留長度應不少于4mm，以便后面的機加工）；管端及管板清理；一端脹管；焊接一面管板；機加工未焊換熱管管端；脹管；管端及管板清理；焊接未焊一面的換熱管。焊接時層一般不加絲焊（層是否進行PT或氣密性檢測按規(guī)定），但其它層應加絲焊。



15.鋁焊接應注意坡口鈍邊較大，一般為2~6mm。對有墊板的接頭，鈍邊可適當減小。當鋁板較薄時，對接焊都應考慮扳邊對接焊，如當≤3mm考慮扳邊和不加絲焊。鋁焊接可采用雙面同時焊，背面加絲或不加絲視具體情況而定。