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。

鋁及鋁合金焊接規(guī)程詳解
本規(guī)程規(guī)定了鋁及鋁合金焊接的基本要求，適用于鋁及的手工鎢極氬弧焊或氣焊或熔化極氬弧焊等焊接的鋁及鋁合金制單層容器、襯鋁容器的鋁焊接工藝。
一、焊接用材料：
1.焊接用氬氣純度≥99.99%，≤-55℃，并應符合GB/T4842或GB10624的規(guī)定。當瓶裝氬氣的壓力≤0.5Mpa時不宜使用。（氬氣內含氮量≥0.04%，否則焊縫表面上會產生淡或草綠色的氮化鎂及氣孔；含氧量≥0.03%，否則熔池表面上可發(fā)現(xiàn)密集的黑點、電弧不穩(wěn)和飛濺較大；含水量≥0.07%，熔池將沸騰并焊縫內產生氣孔）。
2.手工鎢極氬弧焊電極采用鈰鎢電極。電極直徑應根據焊接電流大小來選擇（使用時一般比焊接電流所要求的規(guī)格大一號的鎢極），電極端部應為半球形（制作半球形方法：用比焊接電流所要求的規(guī)格大一號的鎢極，將端部磨成錐形，垂直夾持電極，用比所用鎢極要求的電流大20~30A的電流在試板上起弧并維持幾秒鐘，鎢極端頭即呈半球形。如果鎢極被鋁污染，則重新打磨或更換鎢極；輕微污染時，可電流使電弧在試板燃燒一會，即能燒掉污染物）：鈰鎢電極直徑mm
2
2.5
3.2
4.0
5.0
（正接時）焊接電流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675

（反接時）焊接電流A
15~25
17~30
20~35
35~50
50~70

（交流時）焊接電流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3.用MIG焊鋁合金時，由于鋁焊絲比較軟，為避免咬傷焊絲，送絲輪不允許用帶齒輪的送絲輪，不宜用推絲式；送絲軟管不準用彈簧管而是用聚四氟乙烯或尼龍制品，不然由于磨削而污染或堵塞軟管。MIG通常用直流反極性。
4.焊劑主要作用是去除氧化膜和其它一些雜質，使用時可用無水酒精調成糊狀或直接將焊劑粉放在坡口和兩側。當焊接角焊縫時應選用那些焊后容易清除熔渣的焊劑；鋁鎂合金用焊劑不宜含有鈉的組成物。
5.不同牌號的鋁材相焊時，當圖紙和工藝都沒有規(guī)定時，按耐腐蝕性能較好和強度級別較低的母材去選擇焊絲材料。在焊接鋁鎂合金或鋁錳合金等耐蝕鋁合金時，宜采用含鎂量或含錳時與母材相近或比母材稍高的焊絲。焊絲可從GB/T10585《鋁及鋁合金焊絲》選取，也可從GB/T3190《變形鋁及鋁合金化學成分》和GB/T3197《焊條用鋁及鋁合金線材》中選取。焊絲選用時可參考下面幾個表（表3和表4摘自《焊接手冊》）：

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。

表1 同牌號鋁焊接用焊絲
同牌號母材牌號
焊 絲
同牌號母材牌號
焊 絲

1060
SAL-3
5052
SAlMg-1

1050A
SAL-3
5A02
SAlMg-1

5A03
SAlMg-2

1200
SAL-1
5083
SAlMg-3

3003
SAlMn
5A05
SAlMg-5

3004
SAlMn
6061
SAlMg-1
SAlMg-5
SAlSi-1




表2 異種鋁焊絲焊接用焊絲
異種母材
焊 絲

純鋁+鋁錳合金
SAlMn

純鋁、鋁錳合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5

純鋁、鋁錳合金+5A03
SAlMg-2

純鋁、鋁錳合金+5083、5086
SAlMg-3

純鋁、鋁錳合金+5A06、5A05
SAlMg-5




表3 針對不同的材料和性能要求選擇焊絲
材 料
按不同性能要求推薦的焊絲

要求高強度
要求高延性
要求焊后陽極化后顏色匹配
要求高強度
要求焊接時裂紋傾向低

1100
SAlSi-1
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1

2A16
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu

3A21
SAlMn
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1

5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5

5A05
LF14
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14

5083
ER5183
ER5356
ER5356
ER5356
ER5183

5086
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356

6A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1

6063
ER5356
ER5356
ER5356
SAlSi-1
SAlSi-1

7005
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180

7039
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180



注：ER鋁焊絲為美國標準ANSI/AWS A5.10。



表4 一般用途焊接時焊絲選用


母材之一
母材之二
7005
6A02
6061
6063
5083
5086
5A05
5A06
5A03
5A02
3A21
3003
2A16
2B16
2A12
2A




與母材配用的焊絲




SAlMg-5
SAlSi-1
ER5356
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMn
-
-
SAl-1
SAl-2
SAl-3

2A12
2A14
-
-
-
-
-
-
-
-
SAlSi-1
BJ-380A


2A16
2B16
-
-
-
-
-
-
-
SAlCu


3A21
3003
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMn
SAlMg-3


5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5


5A03
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5


5A05
5A06
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
LF14


5083
5086
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5


6A02
6061
6063
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1


7005
X5180



鋁及鋁合金資料密度低，強度高，熱電導率高，耐腐蝕才能強，具有的物理特性和力學功能，因而廣泛應用于工業(yè)商品的焊接構造上。長期以來，因為焊接辦法及焊接技術參數(shù)的選擇不當，構成鋁合金零件焊接后因應力過于會集發(fā)生嚴峻變形，或因為焊縫氣孔、夾渣、未焊透等缺點，致使焊縫金屬裂紋或原料疏松，嚴峻影響了商品質量及功能。
1.鋁合金焊絲材料特點
鋁是銀白色的輕金屬，具有的塑性、較高的導電性和導熱性，一起還具有抗氧化和抗腐蝕的才能。鋁很簡單氧化發(fā)生三氧化二鋁薄膜，在焊縫中簡單發(fā)生夾雜物，然后損壞金屬的連續(xù)性和均勻性，降低其機械功能和耐腐蝕功能。常見鋁合金母材和焊絲的化學成分及機械功能。
2.鋁合金資料的焊接難點
(1)很簡單氧化。在空氣中，鋁簡單同氧化合，生成細密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μm)，熔點高(約2050℃)，遠遠鋁及鋁合金的熔點(約600℃擺布)。氧化鋁的密度3.95-4.10g/cm3，約為鋁的1.4倍，氧化鋁薄膜的外表易吸附水分，焊接時，它阻止根本金屬的熔合，很簡單構成氣孔、夾渣、未熔合等缺點，引起焊縫功能降低。
(2)易發(fā)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時發(fā)生氣孔的首要原因是氫，因為液態(tài)鋁可溶解很多的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因而當熔池溫度疾速冷卻與凝結時，氫來不及逸出，簡單在焊縫中構成氣孔。氫氣孔目前難于完全避免，氫的來歷很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲外表吸附空氣中的水分等。實踐，即便氬氣按GB/T4842標準需求，純度到達99.99%以上，但當水分含量到達20ppm時，也會呈現(xiàn)很多的細密氣孔，當空氣相對濕度80%時，焊縫就會顯著呈現(xiàn)氣孔。
(3)焊縫變形和構成裂紋傾向大。鋁的線脹大系數(shù)和結晶縮短率約比鋼大兩倍，易發(fā)生較大的焊接變形的內應力，對剛性較大的構造將促進熱裂紋的發(fā)生。
(4)鋁的導熱系數(shù)大(純鋁0.538卡/Cm.s.℃)。約為鋼的4倍，因而，焊接鋁和鋁合金時，比焊鋼要耗費更多的熱量。
(5)合金元素的蒸騰的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素(如鎂、鋅、錳等)，在高溫電弧效果下，很簡單蒸騰燒損，然后改動焊縫金屬的化學成分，使焊縫功能降低。
(6)高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低，損壞了焊縫金屬的成形，有時還簡單構成焊縫金屬塌落和焊穿表象。
(7)無色彩改變。鋁及鋁合金從固態(tài)轉為液態(tài)時，無顯著的色彩改變，使操作者難以把握加熱溫度。

鋁及鋁合金焊接篇
Q ：為什么叫純鋁？它們是如何分類的？
A：工業(yè)純鋁：含鋁量≥99.00% 。
國產牌號：L1、L2、L3、L4、L5
國際型號：1060、1035、1100、1200、1370等
國產焊絲牌號：HS301
Q： 為什么叫鋁合金？它們是如何分類的？
A ：在鋁材中加入鎂、硅、錳、銅、鋅等合金元素，形成不同的組織和性能，形成不同系列的鋁合金材料，如：
〈1〉鋁銅合金LY19、2014、2219、2024
〈2〉鋁錳合金
LF21、3003、3005、3105國產焊絲牌號：HS321
〈3〉鋁硅合金
LT1、4A11、4043、4047國產焊絲牌號：HS311
〈4〉鋁鎂合金
LF2--LF16、5005、5052、5182、5356國產焊絲牌號： HS331
〈5〉鋁鎂硅合金LD2、LD31、6061、6063、6070
〈6〉鋁銅鎂鋅合金7005、7050、7075、7475
〈7〉鋁銅鎂鋰合金8090等
Q ：為什么MIG焊鋁要用亞射流過渡？
A：亞射流過渡—在射流過渡的電弧成分中調試出3—5%的短路過渡成分，電弧長度較短，電弧不漂移，氣體保護和陰極霧化效果好，產生氣孔的傾向小，焊縫內在質量高。
Q ：為什么MIG焊鋁的工藝難題較多？
A：MIG焊鋁的工藝難題主要有：
〈1〉鋁及鋁合金的熔點低（純鋁660℃），表面生成高熔點氧化膜（AL2O3 2050℃），容易造成焊接不熔合。
〈2〉低熔點共晶物和焊接應力，容易產生焊接熱裂紋。
〈3〉母材、焊材氧化膜吸附水分，焊縫容易產生氣孔。
〈4〉鋁的導熱性是鋼的3倍，焊縫熔池的溫度場變化大，控制焊縫成型的難度較大。
〈5〉焊接變形較大。
Q ：為什么MIG焊鋁要用Φ1.2/Φ1.6焊絲？


A ：MIG焊鋁時，因焊絲的熔化速度很快，送絲速度高；鋁焊絲剛性小，比較軟，推絲送進時，細焊絲容易堆絲打彎，影響正常焊接。所以一般使用Φ1.2/Φ1.6鋁焊絲。
Q： 什么叫清潔寬度？


A ：TIG交流和MIG直流反接焊鋁時，負電極（母材）表面上集中發(fā)射電子的光亮微小區(qū)域—“陰極霧化區(qū)”，此區(qū)域為清潔寬度，清理鋁表面氧化膜。