基本的鋁合金知識(shí)和MIG 焊技巧
鋁合金越來越多的用于機(jī)械制造行業(yè). 隨之而來的是對(duì)鋁合金焊接的要求也越來越高。目前國(guó)外MIG 焊鋁的技術(shù)工藝日趨成熟, 主要用于全焊接鋁合金游輪、火車及汽車箱體、摩托車架、壓力容器、軌道交通、工作平臺(tái)及飛機(jī)等。


這里僅介紹基本的鋁合金知識(shí)和MIG焊技巧 (所有材料牌號(hào)參照AWS 標(biāo)準(zhǔn))。


1.鋁合金分類及對(duì)應(yīng)焊材


1.1. 純鋁 (1xxx 系列), 可焊性很好, 對(duì)應(yīng)焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 鋁銅合金 (2xxx 系列), 可焊性較差, 對(duì)應(yīng)焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 鋁錳合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 對(duì)應(yīng)焊材: ER4043、ER5356
1.4. 鋁硅合金 (4xxx 系列), 一般用于制造焊絲 (4043、4047)
1.5. 鋁鎂合金 (5xxx 系列), 高強(qiáng)度, 可焊性很好, 對(duì)應(yīng)焊絲: ER5356、ER5183 等
1.6. 鋁鎂硅合金 (6xxx 系列), 應(yīng)用廣, 可焊性好, 對(duì)應(yīng)焊絲: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 鋁鋅合金 (7xxx 系列), 高強(qiáng)度, 用于飛機(jī)制造業(yè), 可焊性很差易裂, 對(duì)應(yīng)焊絲: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它鋁合金 (8xxx 系列), 可焊性很差


2.鋁合金MIG 焊對(duì)焊接設(shè)備的要求


2.1. 直流CV 焊接電源或脈沖電源
2.2. 送絲機(jī)構(gòu)及推拉式焊槍
2.3. 鋁焊接用導(dǎo)電嘴 (孔徑比碳鋼用稍大)
2.4. 連接電纜
2.5. Ar 及流量計(jì) (也有Ar+He 混合氣)


3.焊前準(zhǔn)備工作 (非常重要)


3.1. 清理工件待焊處油污 (擦拭)
3.2. 用不銹鋼絲刷或砂輪去除待焊處氧化膜 (至少20毫米范圍)
3.3. 如用水冷焊槍, 確保無(wú)漏水
3.4. 確保焊絲處于干凈無(wú)損壞狀態(tài)
3.5. 確保送絲輪, 送絲軟管處于良好狀態(tài)


4. 焊接參數(shù) (僅供參考)


4.1. 根據(jù)不同的材料和板厚選用不同型號(hào)的焊絲和直徑


4.2. 常用焊接規(guī)范:
4.2.1. 0.8 毫米焊絲 (板厚小于3毫米): WFS: 12-15m/min, I=70-130A, U=17-21V，焊速=600-1125mm/min
4.2.1. 0.9 毫米焊絲 (板厚小于5毫米): WFS: 10-12m/min, I=145-175A, U=20-22V，焊速=600-1125mm/min
4.2.3. 1.0 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 8-12m/min, I=150-200A, U=22-24.5V，焊速=600-1125mm/min
4.2.4.1.2 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 7.5-10m/min, I=190-220A, U=22-26V，焊速=600-800mm/min
4.2.5. 1.6 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 5-8m/min, I=240-330A, U=24-30V，焊速=400-800mm/min


4.3. 注:
4.3.1. 角焊比對(duì)接焊規(guī)范稍大, 立焊和仰焊規(guī)范比上述稍小
4.3.2. ER4043 (ER4XXX) 焊絲取下限值, ER5356 (ER5XXX) 取上限值
4.3.3. 保護(hù)氣流量: 10-20L/MIN, 仰焊時(shí)多一些, 用粗焊絲時(shí)多一些
4.3.4. 焊絲干伸長(zhǎng)度: 12-15mm
4.3.5. 過渡方式: 噴射過渡 (Spray arc transfer)
4.3.6. 極性: DC+ (直流反接)


5. 操作技巧


5.1. 半自動(dòng)焊時(shí)總是左焊法 (右焊時(shí)焊縫成型很差, 表面發(fā)黑, 易產(chǎn)生未熔合缺陷),收弧時(shí)回焊接10 毫米左右以消除弧坑裂紋
5.2. 立焊時(shí)總是立向上焊
5.3. 自動(dòng)焊時(shí)焊槍與焊縫軸線在行走方向 (無(wú)論左右) 成95-100度角。


總之, MIG 焊鋁合金比焊一般鋼材難一些, 但是如果準(zhǔn)備充分, 材料設(shè)備匹配, 操作方法得當(dāng), 就可以得到很好的效果。

鋁合金的典型用途
5005 與3003合金相似，具有中等強(qiáng)度與良好的抗蝕性。用作導(dǎo)體、炊具、儀表板、殼與建筑裝飾件。陽(yáng)極氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并與6063合金的色調(diào)協(xié)調(diào)一致
5050 薄板可作為致冷機(jī)與冰箱的內(nèi)襯板，汽車氣管、油管與農(nóng)業(yè)灌溉管；也可加工厚板、管材、棒材、異形材和線材等
5052 此合金有良好的成形加工性能、抗蝕性、可燭性、疲勞強(qiáng)度與中等的靜態(tài)強(qiáng)度，用于制造飛機(jī)油箱、油管，以及交通車輛、船舶的鈑金件，儀表、街燈支架與鉚釘、五金制品等
5056 鎂合金與電纜護(hù)套鉚釘、拉鏈、釘子等；包鋁的線材廣泛用于加工農(nóng)業(yè)捕蟲器罩，以及需要有高抗蝕性的其他場(chǎng)合
5083 用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強(qiáng)度的場(chǎng)合，諸如艦艇、汽車和飛機(jī)板焊接件；需嚴(yán)格防火的壓力容器、致冷裝置、電視塔、鉆探設(shè)備、交通運(yùn)輸設(shè)備、元件、裝甲等
5086 用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強(qiáng)度的場(chǎng)合，例如艦艇、汽車、飛機(jī)、低溫設(shè)備、電視塔、鉆井裝置、運(yùn)輸設(shè)備、零部件與甲板等
5154 焊接結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)槽、壓力容器、船舶結(jié)構(gòu)與海上設(shè)施、運(yùn)輸槽罐
5182 薄板用于加工易拉罐蓋，汽車車身板、操縱盤、加強(qiáng)件、托架等零部件
5252 用于制造有較高強(qiáng)度的裝飾件，如汽車等的裝飾性零部件。在陽(yáng)極氧化后具有光亮透明的氧化膜
5254 過氧化氫及其他化工產(chǎn)品容器
5356 焊接鎂含量大于3%的鋁-鎂合金焊條及焊絲
5454 焊接結(jié)構(gòu)，壓力容器，海洋設(shè)施管道
5456 裝甲板、高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)槽、壓力容器、船舶材料
5457 經(jīng)拋光與陽(yáng)極氧化處理的汽車及其他裝備的裝飾件
5652 過氧化氫及其他化工產(chǎn)品儲(chǔ)存容器
5657 經(jīng)拋光與陽(yáng)極氧化處理的汽車及其他裝備的裝飾件，但在任何情況下確保材料具有細(xì)的晶粒組織
5A02 飛機(jī)油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件
5A03 中等強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來代替5A02合金
5A05 焊接結(jié)構(gòu)件，飛機(jī)蒙皮骨架
5A06 焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機(jī)蒙皮骨部件
5A12 焊接結(jié)構(gòu)件，甲板

一、熔化極氣體保護(hù)電弧焊的概念及分類
使用熔化電極，以外加氣體作為電弧介質(zhì)，并保護(hù)金屬熔滴，焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法，稱為熔化極氣體保護(hù)電弧焊。
根據(jù)焊絲材料和保護(hù)氣體的不同，可將其分為以下幾種方法，如圖所示。
按焊絲分類可分為實(shí)芯焊絲焊接和藥芯焊絲焊接。
用實(shí)芯焊絲的惰性氣體（Ar或He）保護(hù)電弧焊法稱為熔化極惰性氣體保護(hù)焊，簡(jiǎn)稱MIG焊（Metal Inert Gas Arc Welding）.
用實(shí)芯焊絲的富氬混合氣體保護(hù)電弧焊，簡(jiǎn)稱MAG焊（Metal Active Gas Arc Welding）。
用實(shí)芯焊絲的CO2氣體保護(hù)焊，簡(jiǎn)稱CO2焊。



用藥芯焊絲時(shí)，可以用CO2或CO2+Ar混合氣體作為保護(hù)氣體的電弧焊稱為藥芯焊絲氣體保護(hù)焊。



還可以不加保護(hù)氣體，這種方法稱為自保護(hù)電弧焊。



二、普通MIG／MAG焊和CO2焊的區(qū)別
CO2焊的的特點(diǎn)是：成本便宜、生產(chǎn)。但是存在飛濺量大、成型差的缺點(diǎn)，因而有些焊接工藝采用普通MIG／MAG焊。



普通MIG／MAG焊是以惰性氣體保護(hù)或以富氬氣體保護(hù)的弧焊方法，而CO2焊卻具有強(qiáng)烈的氧化性，這就決定了二者的區(qū)別和特點(diǎn)。



與CO2焊相比MIG／MAG焊的主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1) 飛濺量減少50％以上。在氬或富氬氣體保護(hù)下的焊接電弧穩(wěn)定，不但射滴過渡與射流過渡時(shí)電弧穩(wěn)定，而且在小電流MAG焊的短路過渡情況下，電弧對(duì)熔滴的排斥作用較小，從而了MIG／MAG焊短路過渡的飛濺量減少50％以上。



2) 焊縫成形均勻、美觀。由于MIG／MAG焊熔滴過渡均勻、細(xì)微、穩(wěn)定，所以焊縫成形均勻、美觀。



3) 可以焊接許多活潑金屬及其合金。電弧氣氛的氧化性很弱，甚至無(wú)氧化性，MIG／MAG焊不但可以焊接碳鋼、高合金鋼，而且還可以焊接許多活潑金屬及其合金，如：鋁及鋁合金、不銹鋼及其合金、鎂及鎂合金等。



4) 大大地提高了焊接工藝性、焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。



三、脈沖MIG／MAG焊和普通MIG／MAG焊的區(qū)別
普通MIG／MAG焊的主要熔滴過渡形式是大電流時(shí)的射流過渡和小電流時(shí)的短路過渡，因而小電流仍存在飛濺量大、成型差的缺點(diǎn)，尤其是有些活潑金屬在小電流下無(wú)法焊接如鋁及合金、不銹鋼等。



因而出現(xiàn)了脈沖MIG／MAG焊，其熔滴過渡特點(diǎn)是每個(gè)電流脈沖過渡一個(gè)熔滴，就其實(shí)質(zhì)而言屬于射滴過渡。與普通MIG／MAG焊相比其主要特點(diǎn)如下：
1)脈沖MIG／MAG焊的佳熔滴過渡形式是一個(gè)脈沖過渡一個(gè)熔滴。這樣通過調(diào)節(jié)脈沖頻率就能夠改變單位時(shí)間內(nèi)熔滴過渡的滴數(shù)，也就是焊絲熔化速度。



2)由于一脈一滴的射滴過渡，熔滴直徑大致與焊絲直徑相等，則熔滴電弧熱較低，也就是熔滴溫度低(與射流過渡和大滴過渡相比)。所以提高了焊絲的熔化系數(shù)，也就是提高了焊絲的熔化效率。



3)因熔滴溫度低，所以焊接煙霧少。這樣一方面降低了合金元素的燒損，另一方面改善了施工環(huán)境。



與普通MIG／MAG焊相比其主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1)焊接飛濺小，甚至無(wú)飛濺。
2)電弧指向性好，適于全位置焊接。
3)焊縫成形良好，熔寬較大，指狀熔深特點(diǎn)減弱，余高小。
4)小電流焊接活潑金屬（如鋁及其合金等）。擴(kuò)大了MIG／MAG焊射流過渡的使用電流范圍。脈沖焊時(shí)焊接電流從射流過渡的臨界電流附近一直到幾十安的較大電流范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的射滴過渡。



由上述可知脈沖MIG／MAG的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，但是任何事物都不可能無(wú)缺的。和普通MIG／MAG相比其不足之處如下：
1) 焊接生產(chǎn)效率習(xí)慣性感覺略低。
2) 對(duì)焊工人員素質(zhì)要求較高。
3) 目前來說焊接設(shè)備價(jià)格較高。



三、脈沖MIG／MAG焊的選用主要工藝決定
針對(duì)以上對(duì)比結(jié)果，脈沖MIG／MAG焊雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)是其它焊無(wú)法實(shí)現(xiàn)和比擬的，但是其同樣存在設(shè)備價(jià)格高、生產(chǎn)效率略低、焊工不易掌握的問題。所以脈沖MIG／MAG焊的選用主要由焊接工藝要求決定的。就目前國(guó)內(nèi)的焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)，以下焊接基本上使用脈沖MIG／MAG焊。
1)碳鋼類。對(duì)焊縫質(zhì)量、外觀要求較高的場(chǎng)合，主要是壓力容器行業(yè)，如鍋爐、化工換熱器、中央空調(diào)換熱器，還有水電行業(yè)水輪機(jī)的渦殼等。
2)不銹鋼類。使用小電流（200A以下在此稱小電流，下同）和對(duì)焊縫質(zhì)量、外觀要求較高的場(chǎng)合，如機(jī)車、化工行業(yè)的壓力容器等。
3)鋁及其合金類。使用小電流（200A以下在此稱小電流，下同）和對(duì)焊縫質(zhì)量、外觀要求較高的場(chǎng)合，如動(dòng)車、高壓開關(guān)、空分等行業(yè)。尤其是動(dòng)車，包括南車集團(tuán)四方車輛車、唐山車輛廠和長(zhǎng)客等及為他們外協(xié)加工的小廠家。據(jù)業(yè)內(nèi)消息，到2015年國(guó)內(nèi)所有省會(huì)和人口超過50萬(wàn)的城市均實(shí)現(xiàn)通動(dòng)車，可見動(dòng)車的需求量之大，焊接工作量和焊接設(shè)備的需求之大。
4)銅及其合金類。根據(jù)目前的了解情況，銅及其合金基本上都使用脈沖MIG／MAG焊（在熔化極氣保焊范圍內(nèi)）。