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(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，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(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(chǎn)生氣孔的傾向很大。

5A02 飛機油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件。
5A03 中等強度焊接結(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，飛機蒙皮骨部件。
5A12 焊接結(jié)構(gòu)件，甲板。

鋁合金焊接保護措施
1、焊前用化學(xué)+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(xué)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(chǎn)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產(chǎn)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(dāng)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(dāng)水分含量達到20ppm時，也會出現(xiàn)大量的致密氣孔，當(dāng)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(jié)晶收縮率約比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形的內(nèi)應(yīng)力，對剛性較大的結(jié)構(gòu)將促使熱裂紋的產(chǎn)生。
（4）鋁的導(dǎo)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(xué)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(zhuǎn)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(yīng)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(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(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，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(xué)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(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：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。

1070純鋁焊絲，鋁含量≥99.5%,有的抗腐蝕性能，很高的導(dǎo)熱與導(dǎo)電性能，以及的可加工性能。對經(jīng)陽極化處理 的材料，需要配色時十分理想，推薦用于焊接1000系列鋁合金。 典型化學(xué)成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003，AL余量用途廣泛用于鐵路機車、電力、化學(xué)、食 品等行業(yè)。 執(zhí)行GB10858-89標準鋁及鋁合金焊絲廣泛應(yīng)用于鋁及鋁合金氬弧焊及氧 -乙炔氣焊時作填充材料。 焊絲的選擇，主要根據(jù)母材的種類，對接頭的抗裂性能、力學(xué)性能及抗腐蝕性能等方面的要求綜合考慮
鋁材具有的物理特性和力學(xué)性能，其密度低、強度高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高，耐蝕能力強。鋁材廣泛用于容器、機械、電力、化工、航空、航天等焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品上。
（一）鋁材的分類及牌號表示方法
1. 鋁材的分類
（1）按有無合金成分，鋁材分為純鋁及鋁合金。鋁合金按合金系列又分為Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等。
（2）按壓力加工能力，可分為變形鋁和非變形鋁（例如：鑄鋁）。
（3）按能否熱處理強化，鋁合金又分為非熱處理強化鋁和熱處理強化鋁。鋁沒有同素異構(gòu)體，純鋁、鋁錳合金、鋁鎂合金等不可能通過熱處理相變來進步強度。但是，鋁銅和鋁鎂硅等合金可通過固溶時效析出強化相進步強度，稱為可熱處理強化鋁。不能通過固溶時效析出強化相進步強度的稱為不可熱處理強化鋁。
2. 牌號表示方法和狀態(tài)代號
（1）四位數(shù)字體系牌號命名方法 1997年1月1號，我國開始實施GB/T16474?996《變形鋁和鋁合號表示方法》標準。新的牌號表示方法采用變形鋁和鋁合金國際牌號注冊組織推薦的國際四位數(shù)字體系牌號命名方法，例如產(chǎn)業(yè)純鋁有1070、1060等，Al-Mn合金有3003等，Al-Mg合金有5052、5086等。
（2）四位字符體系牌號命名方法 1997年1月1號前，我國采用前蘇聯(lián)的牌號表示方法。一些老牌號的鋁及鋁合金化學(xué)成分與國際四位數(shù)字體系牌號不完全吻合，不能采用國際四位數(shù)字體系牌號代替，為保存國內(nèi)現(xiàn)有的非國際四位數(shù)字體系牌號，不得不采用四位字符體系牌號命名方法，以便逐步與國際接軌。例如：老牌號LF21的化學(xué)成分與國際四位數(shù)字體系牌號3003不完全吻合，于是，四位字符體系表示的牌號為3A21。
四位數(shù)字體系和四位字符體系牌號個數(shù)字表示鋁及鋁合金的種別，其含義如下：
1）1XXX系列棗產(chǎn)業(yè)純鋁；
2）2XXX系列棗Al-Cu、Al-Cu-Mn合金，；
3）3XXX系列棗Al-Mn合金；
4）4XXX系列棗Al-Si合金；
5）5XXX系列棗Al-Mg合金；
6）6XXX系列棗Al-Mg-Si合金；
7）7XXX系列棗Al-Mg-Si-Cu合金；
8）8XXX系列棗其它。

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時不宜使用。（氬氣內(nèi)含氮量≥0.04%，否則焊縫表面上會產(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、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(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(zhì)，使用時可用無水酒精調(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.不同牌號的鋁材相焊時，當(dāng)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(fēng)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(chǎn)品焊接設(shè)在的場地，場地應(yīng)鋪設(shè)橡膠或絨布；焊接時應(yīng)遠離通風(fēng)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(chǎn)生陰極霧化的作用；熔化極氬弧焊則用直流反接。當(dāng)由于設(shè)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(yù)熱：由于鋁材導(dǎo)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(yīng)預(yù)熱，但不超過100℃，焊時層間溫度也不超過100℃。可視具體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(yīng)位于電弧正下方，而應(yīng)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(yīng)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(yīng)先切除焊絲端部已氧化的部分再焊。



7. 一條焊縫應(yīng)盡量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接時，應(yīng)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?yīng)填滿，接弧處應(yīng)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(dāng)殼體厚度≤12mm時，一般應(yīng)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(yīng)不小于組成角焊縫兩邊構(gòu)件厚度δ1、δ2較小值的0.7倍，且不應(yīng)小于3mm，在一般情況下不超過10 mm（按下圖）；在襯里或復(fù)合板復(fù)合采用蓋板搭接角焊縫時，蓋板厚度構(gòu)成了角焊縫的一側(cè)邊長度L2一般較薄，使得焊腳長度受到側(cè)邊長度的限制，當(dāng)L2≤4mm時，應(yīng)要求t≥0.7 L2。



11.C、D類接頭的焊縫與母材應(yīng)呈圓滑過渡。



12.焊縫和熱影響區(qū)表面應(yīng)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(yīng)有打弧點。



13.鋁材壓力容器焊縫表面不應(yīng)有咬邊。常壓容器焊縫表面的咬邊深度不應(yīng)大于0.5mm，咬邊連續(xù)長度不應(yīng)大于100mm，焊縫兩側(cè)咬邊的總長度不應(yīng)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(yù)留長度應(yīng)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(yīng)加絲焊。



15.鋁焊接應(yīng)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(dāng)減小。當(dāng)鋁板較薄時，對接焊都應(yīng)考慮扳邊對接焊，如當(dāng)≤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。