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(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(yuǎn)遠(yuǎn)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(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Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。
2 組對與點固焊
由于鋁及鋁合金管導(dǎo)熱快、熔池結(jié)晶快，所以.組對時不留間隙、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，定位焊縫長度10-15mm為易。定位焊位置在管的7點、9點、12點處。定位焊焊縫常做為正式焊縫保留，因此發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。焊前對定位焊表面黑粉、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，起弧點應(yīng)越過中心線20mm左右，并停留不動約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，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。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.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，熔化金屬受熱時間短，吸收氣體的機(jī)會少。收弧時，注意填滿弧坑,縮小溶池,避免產(chǎn)生縮孔,終點的結(jié)合處應(yīng)焊過20~30mm。?；『螅舆t停氣6秒。可旋轉(zhuǎn)的鋁及鋁合金管對接平焊時.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?？刹惶罴雍附z。但以后的焊層需加焊絲。

鋁合金是以鋁為基體元素和加入一種或多種合金元素組成的合金。一般采用交直流方波鎢極氬弧焊和脈沖MIG焊進(jìn)行焊接，脈沖MIG焊又分為一脈一滴脈沖MIG焊和高速脈沖MIG焊。脈沖MIG焊采用焊絲分為：純鋁焊絲301；鋁硅焊絲4043；鋁鎂焊絲5356；保護(hù)氣采用高純度氬氣：99.99%Ar。
鋁合金具有重量輕、抗腐蝕、易成型等優(yōu)點；隨著新型硬鋁、超硬鋁等材料的出現(xiàn)使得這類材料的性能不斷提高，因而在航空、航天、高速列車、高速艦艇、汽車等工業(yè)制造領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

由于鋁及其合金化學(xué)活潑性很強(qiáng)和自身的屬性，使得在焊接時較困難，對焊縫的質(zhì)量控制要求較高，主要為：
1、鋁及其合金，表面易形成氧化膜：Al2O3或MgO，且多具有難熔性質(zhì)（Al2O3熔點約為2050℃，MgO熔點約為2500℃）。
2、氧化膜(Al2O3或MgO)密度同鋁的密度極其接近，所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。
3、氧化膜（MgO）可以吸收較多的水分而形成焊縫氣孔。
4、鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時容易造成不熔合現(xiàn)象。
5、鋁及其合金的線膨脹系數(shù)大約為碳鋼的2倍；導(dǎo)熱性又強(qiáng)，比鋼約大一倍多；凝固時的體積收縮率較大，約為6.5％，而鐵為3.5％。焊接后容易產(chǎn)生變形、熱裂紋以及熱影響區(qū)的軟化、強(qiáng)度降低等問題。
針對以上問題，采用四川瑪瑞焊業(yè)發(fā)展有限公司高速脈沖MIG焊機(jī)可以很好的解決以上問題，同時獲得的焊接質(zhì)量。
高速脈沖MIG焊機(jī)焊接時電弧過度脈沖頻率為3kHz—5kHz，自動形成壓縮電弧，電弧電流密度大，從而使焊接時：
① 電弧更集中，小電流焊接時可以代替TIG焊
② 穿透力更強(qiáng)，不易造成未熔合
③ 攪拌力更大和更深，不易造成氣孔和夾渣
④ 高速脈沖對Al2O3破除效果好
⑤ 焊接速度更快，熱影響區(qū)小、變形小

另外，還得注意氣孔的形成原因和焊接參數(shù)匹配。焊縫氣孔的出現(xiàn)一般多為氫氣孔。氫氣孔的形成主要為：
1、弧柱氣氛中的水分: 弧柱空間總是或多或少存在一定數(shù)量的水分，尤其在潮濕季節(jié)或濕度大的地區(qū)進(jìn)行焊接時，由弧柱氣氛中水分分解而來的氫，溶入過熱的熔融金屬中，可成為焊縫氣孔的原因。
2、焊絲、母材表面氧化膜的吸附水份：鋁合金焊絲、母材的表面氧化膜中含有不致密的MgO或Al2O3，焊接時，在熔透不足的情況下，母材坡口端部未除凈的氧化膜中所吸附的水分，常常是產(chǎn)生焊縫氣孔的主要原因。
3、保護(hù)氣體不純：保護(hù)氣體多為氬氣，氬氣中含有水份或雜質(zhì)，焊接時造成焊縫氣孔。
一般說來，鋁及其合金焊接線能量越大，焊縫性能下降的趨勢也越大。對于熔合區(qū)，除了防止晶粒粗化，還可能因晶界液化而產(chǎn)生顯微裂紋。所以，熔合區(qū)的變化主要是惡化塑性。因而焊接工藝參數(shù)應(yīng)選用既不造成未熔合又不過燒的合理參數(shù)才能確保鋁及其合金的焊接質(zhì)量。

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)使對接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性(通過彎曲試驗)達(dá)到規(guī)定要求，對含鎂量超過3％的鋁鎂合金應(yīng)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(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，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(dāng)板厚>75 mm時推薦采用添加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(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。

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(jī)車、電力、化學(xué)、食 品等行業(yè)。 執(zhí)行GB10858-89標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高，耐蝕能力強(qiáng)。鋁材廣泛用于容器、機(jī)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(qiáng)化，鋁合金又分為非熱處理強(qiáng)化鋁和熱處理強(qiáng)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(jìn)步強(qiáng)度。但是，鋁銅和鋁鎂硅等合金可通過固溶時效析出強(qiáng)化相進(jìn)步強(qiáng)度，稱為可熱處理強(qiáng)化鋁。不能通過固溶時效析出強(qiáng)化相進(jìn)步強(qiáng)度的稱為不可熱處理強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)。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。

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(hù)措施，否則不準(zhǔn)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(yuǎn)離通風(fēng)口和門窗以避免影響氣體保護(hù)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(qiáng)，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(yuǎn)紅外線板進(jìn)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(hù)而使金屬氧化；焊絲回撤時勿使焊絲未端露體保護(hù)區(qū)外，以免焊絲未端被氧化后再度送進(jìn)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(jìn)行下一道焊縫前，對前道焊縫進(jìn)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(biāo)的余高。在焊機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)加工）；管端及管板清理；一端脹管；焊接一面管板；機(jī)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(jìn)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。