鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)
1 易氧化
鋁和氧的親和力很強(qiáng)。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(duì)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(diǎn)(2050℃)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點(diǎn)(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，會(huì)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(shí)會(huì)促使焊縫生成氣孔。
2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容
鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍，因此，焊接鋁材管時(shí)，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?dú)錃饪?。鋁在液態(tài)時(shí)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(dǎo)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(jié)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(shí)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(shí)，焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。

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。

焊接工藝
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(duì)Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。
2 組對(duì)與點(diǎn)固焊
由于鋁及鋁合金管導(dǎo)熱快、熔池結(jié)晶快，所以.組對(duì)時(shí)不留間隙、鈍邊，應(yīng)避免強(qiáng)制進(jìn)行，以減少焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，定位焊縫長(zhǎng)度10-15mm為易。定位焊位置在管的7點(diǎn)、9點(diǎn)、12點(diǎn)處。定位焊焊縫常做為正式焊縫保留，因此發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理。焊前對(duì)定位焊表面黑粉、氧化膜進(jìn)行清除，并將兩端修成緩坡型。焊件不需要預(yù)熱.焊前在試板上試焊，當(dāng)確認(rèn)無氣孔后再進(jìn)行正式焊接。采用高頻引弧，起弧點(diǎn)應(yīng)越過中心線20mm左右，并停留不動(dòng)約2-3秒。然后在焊透的情況下，采用大電流、快速焊。焊絲不擺動(dòng)，焊絲端部不應(yīng)離開氬氣保護(hù)區(qū)。如離開氬氣保護(hù)區(qū).焊絲端部應(yīng)剪掉。焊絲與焊縫表面的夾角宜在15O右。焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80O～90O之間。為氬氣保護(hù)區(qū)和增強(qiáng)保護(hù)效果，可采用大直徑焊槍瓷嘴，加大焊槍氬氣流量。當(dāng)噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著時(shí)。將飛濺物清除或更換噴嘴。當(dāng)鎢極端部出現(xiàn)污染，形狀不規(guī)則等現(xiàn)象時(shí).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(yàn)結(jié)果表明，大電流、快速焊能有效防止氣孔的產(chǎn)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(shí)間短，吸收氣體的機(jī)會(huì)少。收弧時(shí)，注意填滿弧坑,縮小溶池,避免產(chǎn)生縮孔,終點(diǎn)的結(jié)合處應(yīng)焊過20~30mm。?；『?，要延遲停氣6秒?？尚D(zhuǎn)的鋁及鋁合金管對(duì)接平焊時(shí).焊炬應(yīng)處于稍帶上坡焊位置。這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時(shí)?？刹惶罴雍附z。但以后的焊層需加焊絲。

應(yīng)用舉例：鋁母線的焊接
大中型發(fā)電機(jī)組的槽形和管形，小型機(jī)組的板狀母線。
1、母線材質(zhì)、焊接材料及設(shè)備
母線材質(zhì)：L2工業(yè)純鋁；
焊材：絲301或絲311；
焊接設(shè)備：交流氬弧、熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)。
2、對(duì)接坡口及接頭墊板
（1）對(duì)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(zhì)或鋼質(zhì)；
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(shí)，選板形墊板；
4）母線為管形時(shí)，一般選純鋁墊圈；
5）母線封閉外殼的環(huán)縫對(duì)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(gè)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(xué)清洗 ：采用清洗劑進(jìn)行清洗。
2）機(jī)械清洗：先用（、松香或汽油）擦拭表面除油污，然后用細(xì)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(yù)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(diǎn)：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(diǎn)焊要求
直線焊縫先點(diǎn)焊兩端，后點(diǎn)焊中部至少三處，每處約60～80mm；
外殼環(huán)焊縫每隔60o點(diǎn)焊一處，每處長(zhǎng)約80mm左右；
管形主母線沿圓周均分2-4處點(diǎn)焊，每處長(zhǎng)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(yīng)使對(duì)接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性(通過彎曲試驗(yàn))達(dá)到規(guī)定要求，對(duì)含鎂量超過3％的鋁鎂合金應(yīng)滿足沖擊韌性的要求，對(duì)有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應(yīng)達(dá)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(xué)成分一般與母材相應(yīng)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(shí)應(yīng)按耐蝕較高、強(qiáng)度高的母材選擇焊絲；
5）不要求耐蝕性的高強(qiáng)度鋁合金(熱處理強(qiáng)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(qiáng)度可能低于母材)。
（2）保護(hù)氣體 保護(hù)氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時(shí)，采用大于99．9％純氬氣，直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時(shí)，板厚<25 mm時(shí)宜用氬氣；板厚25 mm～50 mm時(shí)氬氣中宜添加10％～35％的氦氣；板厚50mm-75mm時(shí)氬氣中宜添加l0％～35％或50％的氦氣；當(dāng)板厚>75 mm時(shí)推薦采用添加50％～75％氦氣的氬氣。氬氣應(yīng)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(diǎn)和沸點(diǎn)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(jìn)1％～2％氧化釷的電極為釷鎢極，電子發(fā)射能力強(qiáng)，答應(yīng)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(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。在純鎢中加進(jìn)1.8％～2.2％的氧化鈰(雜質(zhì)≤0.1％)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學(xué)穩(wěn)定性高，答應(yīng)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

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(yīng)符合GB/T4842或GB10624的規(guī)定。當(dāng)瓶裝氬氣的壓力≤0.5Mpa時(shí)不宜使用。（氬氣內(nèi)含氮量≥0.04%，否則焊縫表面上會(huì)產(chǎn)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(diǎn)、電弧不穩(wěn)和飛濺較大；含水量≥0.07%，熔池將沸騰并焊縫內(nèi)產(chǎn)生氣孔）。
2.手工鎢極氬弧焊電極采用鈰鎢電極。電極直徑應(yīng)根據(jù)焊接電流大小來選擇（使用時(shí)一般比焊接電流所要求的規(guī)格大一號(hào)的鎢極），電極端部應(yīng)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(hào)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(shí)，可電流使電弧在試板燃燒一會(huì)，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(shí)）焊接電流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675

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

（交流時(shí)）焊接電流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3.用MIG焊鋁合金時(shí)，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(zhǔn)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(zhì)，使用時(shí)可用無水酒精調(diào)成糊狀或直接將焊劑粉放在坡口和兩側(cè)。當(dāng)焊接角焊縫時(shí)應(yīng)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(hào)的鋁材相焊時(shí)，當(dāng)圖紙和工藝都沒有規(guī)定時(shí)，按耐腐蝕性能較好和強(qiáng)度級(jí)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(shí)，宜采用含鎂量或含錳時(shí)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(xué)成分》和GB/T3197《焊條用鋁及鋁合金線材》中選取。焊絲選用時(shí)可參考下面幾個(gè)表（表3和表4摘自《焊接手冊(cè)》）：