鋁及鋁合金在現(xiàn)代工程技術(shù)所用的各種材料中占有舉足輕重的地位，它在世界年產(chǎn)量?jī)H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(jī)械制造、電工、化學(xué)工業(yè)及低溫裝置中已大量應(yīng)用鋁及鋁合金，以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導(dǎo)線等。目前鋁合金焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣的是防銹鋁合金，即鋁鎂合金和鋁錳合金。


?保護(hù)氣體的選擇?
焊接時(shí)所用的保護(hù)氣體有惰性氣體氬氣（Ar）和氦氣（He），生產(chǎn)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?jǐn)?shù)）要求：氬氣大于99.99%，氦氣小于0.04%，氧氣小于0.03%，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.07%。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的氬氣，其純度一般能達(dá)到此要求，故在使用前不需再進(jìn)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(diǎn)和沸點(diǎn)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(zhì)量分?jǐn)?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(qiáng)，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(zhì)量，用熔劑去除氧化膜及其他雜質(zhì)。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(guān)重要，選取前應(yīng)該了解以下內(nèi)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(yīng)避免發(fā)生的缺陷有哪些？
?如何選擇焊接填充合金？
?選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時(shí)，主要應(yīng)考慮焊接件的終使用性能。整體來說，主要考察以下幾個(gè)性能指標(biāo)：


總之，選擇鋁合金焊絲過程中，只有在對(duì)鋁件焊接及其應(yīng)用中的許多相關(guān)變量進(jìn)行了充分分析后，才能選擇出合適的合金填料。

氣孔產(chǎn)生原因：鋁焊接氣孔主要是氫進(jìn)入焊接熔池而形成的。氫來源有：材料、焊絲、保護(hù)氣體、送絲機(jī)構(gòu)、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等，如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機(jī)構(gòu)上有油污或汗?jié)n等。預(yù)防措施：
6.1.1材料及焊絲內(nèi)的含氫量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面應(yīng)去除油污及氧化膜，存放時(shí)間不超過4h。表面清理后應(yīng)用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側(cè)；
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲，不然處理方法同上；
6.1.4 保護(hù)氣體內(nèi)雜質(zhì)含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保護(hù)氣體管路：一般采用不銹鋼管或銅管，軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管；焊前應(yīng)檢查冷卻水管道，確保不會(huì)漏水；當(dāng)環(huán)境濕度很大時(shí)，應(yīng)對(duì)保護(hù)氣體進(jìn)行加熱對(duì)管路進(jìn)行吹掃；
6.1.6 送絲機(jī)構(gòu)：不得有油污，送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍，并焊前清理管內(nèi)污染和冷凝水；
6.1.7現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境：溫度不宜超過25℃，相對(duì)濕度不超過50%，保持環(huán)境清潔；
6.1.8焊工：工作服裝盡量是白色的，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和清理污染。焊時(shí)注意汗水和油漬不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都應(yīng)在試板上試焊，以便檢查保護(hù)氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預(yù)防措施：用雙面焊代替單面焊；每道焊縫薄時(shí)比厚時(shí)有利于氣孔逸出；大直徑焊絲有利于減少氣孔；焊前預(yù)熱、焊后緩冷；降低電弧電壓、電流、降低焊接速度，有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因：材料焊接性較差；選擇焊絲時(shí)沒考慮抗裂性；結(jié)構(gòu)的拘束度過大。預(yù)防措施：
6.2.1 對(duì)焊接性較差的鋁材在焊接前應(yīng)考慮其抗裂性而不能只考慮強(qiáng)度；必要時(shí)可考慮對(duì)焊件進(jìn)行退火后焊接，焊后再淬火時(shí)效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲，如含Si等低熔點(diǎn)元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度，合理安排焊接順序，讓焊縫能夠有橫向收縮余量，以減小焊接應(yīng)力。沒有必要定位焊的就不要焊定位焊，能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求：
1.封頭拼縫焊后應(yīng)進(jìn)行RT，成形后再按規(guī)定RT或PT。
2.A、B類焊縫一般進(jìn)行RT。
3.容器上的C、D類焊接接頭進(jìn)行PT。
4.鋁材表面補(bǔ)焊焊縫進(jìn)行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時(shí)固定連接焊縫拆除后的焊痕等進(jìn)行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。

焊前準(zhǔn)備：
1.鋁材坡口加工應(yīng)采用機(jī)械方法（含剪切），如采用等離子火焰方法加工應(yīng)從變色部分機(jī)械加工去掉不少于3mm，加工后的坡口表面應(yīng)平整、光滑，不得有裂紋、分層、夾雜、毛刺、飛邊和氧化色。坡口表面應(yīng)呈銀白色的金屬光澤；必要時(shí)對(duì)坡口及兩側(cè)不少于50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行PT。



2.焊絲、坡口表面及其兩側(cè)不少于50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行表面清理（包括去表面氧化膜、鱗片、污染和不合格的氧化色）。打磨可用φ0.15~0.2不銹鋼絲盤刷、金屬磨頭（即電動(dòng)銑刀）、手工盤銑機(jī)、銼刀（應(yīng)是鋁弧形銼刀）、刮刀和（沾的白布應(yīng)干凈，不要使用棉布或棉紗，以避免擦拭時(shí)帶出毛絨），但應(yīng)注意這些工具在使用前應(yīng)被清理干凈，清理時(shí)也應(yīng)注意不要把氧化膜以壓入母材內(nèi)，因此清理時(shí)不要太用力；但不準(zhǔn)用砂輪或普通砂紙打磨，因?yàn)殇X材很軟而導(dǎo)致砂粒留在鋁材里，焊后就易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。



3.對(duì)于外委熱加工的部件，如封頭等，原則上在進(jìn)廠后應(yīng)對(duì)鋁材表面進(jìn)行PT，必要時(shí)對(duì)不能確定的部位進(jìn)行RT。



4.焊絲表面可用不銹鋼絲刷或干凈的油砂紙擦洗；對(duì)表面氧化皮較厚的焊絲在焊前打磨后還需要化學(xué)清理?；瘜W(xué)清理：用70℃、5%~10%的NaOH溶液浸泡0.5~3min左右后用清水沖洗，接著用15%左右的HNO3溶液在常溫下浸泡約1~2min后用溫水沖洗，再用手持式吹風(fēng)機(jī)（不能用空氣壓縮機(jī)，因?yàn)榭諝庵杏兴陀停┐蹈稍俜湃牒嫦渲?00℃烘干即可使用。對(duì)鋁材也可參考此法。



5.清理干凈的焊絲和焊件應(yīng)保持清潔和干燥，不得用手觸摸和口吹焊接部位，焊工一般戴白色的焊工手套，不要因?yàn)榕侣闊┒髋K手套；焊前嚴(yán)禁污染，否則應(yīng)重新進(jìn)行清理，局部污染可局部重新清理；好用白紙覆蓋在坡口用兩側(cè)。一般機(jī)械清理后應(yīng)立即焊接，如清理后4h之內(nèi)未焊，焊前就應(yīng)重新清理。



6.焊件裝配應(yīng)準(zhǔn)確，如果裝配不良時(shí)，應(yīng)考慮換部件，而不得強(qiáng)行組對(duì)，以避免造成過大的應(yīng)力。在正式焊接前應(yīng)對(duì)坡口尺寸進(jìn)行檢查，合格后方可施焊。



7.定位焊選用的焊絲及采取的工藝措施與焊接工藝相同。



8.焊件組對(duì)時(shí)在應(yīng)力集中處（如焊縫交叉處和工件上的轉(zhuǎn)角處等）盡量避免進(jìn)行定位焊，定位焊縫長(zhǎng)度和間距可按下表：（mm）
母材厚度
定位焊間距
每段定位焊縫長(zhǎng)度

＜3
3~6
＞6
接管或法蘭
40~50
50~60
50~80
2~4點(diǎn)
4~6
5~10
10~12
每點(diǎn)3~8




9.定位焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，否則清除重焊。重焊應(yīng)在附近區(qū)域進(jìn)行，而不要在原處點(diǎn)焊；對(duì)接焊縫間隙在工藝沒規(guī)定時(shí)，可按2~4mm。



10.對(duì)于會(huì)熔入焊縫的定位焊縫焊透和清除其表面的氧化層（只允許銀白色），并使焊縫兩端平滑過渡以便于接弧，否則就應(yīng)修整。在冷態(tài)零件上施焊時(shí)，電弧應(yīng)在始焊稍作停留一下，待母材邊緣開始熔化時(shí)，再及時(shí)加絲焊接，以始焊點(diǎn)焊透。



11.焊接縱縫時(shí)，在焊件兩端放置引弧板和退弧板，引弧板和退弧板采用與被焊件相同牌號(hào)和厚度的鋁材。焊接環(huán)縫時(shí)盡量避免產(chǎn)生弧坑。



12.焊接過程中定位焊點(diǎn)開裂，造成板邊錯(cuò)位或間隙變化，應(yīng)立即停止焊接，經(jīng)修復(fù)后才能繼續(xù)施焊。



13.在焊接過程中，應(yīng)先鋼絲刷清理上層焊縫表面的黑灰和氧化物。焊時(shí)注意處理火口，即收弧處。引弧可在離焊接始端10~20mm，再迅速回始端焊接，層采用直線焊接，為了獲得良好的成形，其它層焊時(shí)可以橫向擺動(dòng)，并在兩側(cè)稍停一下，以便熔合。



14.鋁焊接變形和焊時(shí)易產(chǎn)生塌陷，因此在焊前應(yīng)有針對(duì)性地制作夾具和墊板。采用夾具時(shí)一般零件正都需要夾緊，并且夾具的剛性和夾緊力大小要適中，因?yàn)檫^小取不到控制變形作用，過大則焊縫拘束度太強(qiáng)易導(dǎo)致焊縫開裂，夾緊力按350Kg/100mm為宜。軟性鋁材夾具可為碳鋼或不銹鋼，可以減緩散熱；強(qiáng)化鋁材可用鋁材制造夾具，這樣可以加強(qiáng)散熱。縱縫夾具可用琴鍵式，環(huán)縫可用液壓脹形夾具?？v縫裝配時(shí)可適當(dāng)間隙，以便焊后有收縮余地；環(huán)縫（包括圓形凸緣、法蘭等）則留些反向錯(cuò)邊或扳邊，因?yàn)楹负笸咕墪?huì)塌陷變形。墊板材料一般為不銹鋼或碳鋼，對(duì)要求不高的鋁材焊接可用石墨制作墊板。選擇墊板材料還應(yīng)考慮對(duì)焊縫冷卻速度的影響。當(dāng)鋁板較厚或墊板裝配間隙較大時(shí)，可用粘土泥封住間隙，焊后去掉即可。墊板尺寸可按下圖：



材料及尺寸
A
B
C

不銹鋼或碳鋼




石 墨




鋁及鋁合金焊絲廣泛應(yīng)用于鋁合金氬弧焊及氣焊。焊絲選用主要根據(jù)母材的種類、接頭的抗裂性能、機(jī)械性能、抗腐蝕性能及經(jīng)陽極化處理后焊縫與母材的色彩協(xié)調(diào)等方面的要求綜合考慮。一般來說,焊接鋁及鋁合金都采用與母材相同或相近牌號(hào)的焊絲,這樣可以獲得較好的耐蝕性;但焊接熱裂傾向大的熱處理強(qiáng)化合金時(shí),選擇焊絲時(shí)則主要考慮抗裂性。鋁鎂合金焊接時(shí),為彌補(bǔ)焊接過程中鎂的燒損,應(yīng)避開焊縫易出現(xiàn)裂紋的鎂含量臨界點(diǎn)(2%),一般采用含鎂量比基材高1%～2%的焊絲。另外,采用含Ｍｇ量高的鋁合金焊絲焊接高Ｚｎ鋁合金時(shí)可提高焊縫的抗裂性。以6005Ａ型材為例,其鎂含量為0.65%、硅含量為0.70%,采用ＥＲ5356鋁合金焊絲可以滿足上述要求。依據(jù)美國(guó)ＡＬＣＯＴＥＣ鋁焊接研究所提供的技術(shù)資料,并參照德國(guó)、日本等國(guó)文獻(xiàn)報(bào)道,焊接7005鋁合金型材時(shí)可選用的焊絲牌號(hào)有ＥＲ5356、ＥＲ5183,接頭綜合性能均較高;二者比較,ＥＲ5356接頭強(qiáng)度稍差,但延伸率較大。綜合國(guó)外鋁合金車輛的成功制造經(jīng)驗(yàn),選擇ＥＲ5356焊絲焊接7005基材較好
目前國(guó)內(nèi)研制的用鋁合金焊絲線坯的生產(chǎn)主要采用立式半連續(xù)鑄造-擠壓法,其特點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量好、性能穩(wěn)定,所用設(shè)備也可用于生產(chǎn)其它鋁合金線材(如鉚釘線等),但設(shè)備投資較大,工序多,占地面積大,工模具消耗和能耗較高,生產(chǎn)過程中的幾何廢料也高,產(chǎn)品成品率相對(duì)較低;國(guó)外鋁合金焊絲線坯的生產(chǎn)多采用連鑄連軋法,設(shè)備投資適中,產(chǎn)品單重大、成材率高(90%以上)、質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定;水平連鑄連拉法的特點(diǎn)是設(shè)備投資少,線材的成品率高(90%以上),在純鋁焊絲線坯的生產(chǎn)中優(yōu)勢(shì)明顯,有取代其它工藝的趨勢(shì),但這種方法目前還有一些工藝問題有待解決。
鋁及鋁合金焊絲可用于線軸或縱向切口的 MIG或 TIG的焊接加工，按其成分可分為純
鋁、鋁硅和鋁鎂焊絲，通過一定方法加工成盤狀（卷狀）或棒狀（直條狀）供貨，廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾和設(shè)備、冶金、管道、紡紗器具、船舶、鉆井裝備、火車、汽車、儲(chǔ)存罐和壓力容器等行業(yè)的焊接加工等行業(yè)。

鋁合金焊絲在焊接時(shí)容易出現(xiàn)哪些問題呢？出現(xiàn)這些問題的時(shí)候要怎么解決?現(xiàn)在由浙江宇光鋁材有限公司來分析整理一下這些問題：
（1）鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定，不易去除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊縫產(chǎn)生氣孔。焊接前應(yīng)采用化學(xué)或機(jī)械方法進(jìn)行嚴(yán)格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程加強(qiáng)保護(hù)，防止其氧化。鎢極氬弧焊時(shí)，選用交流電源，通過“陰極清理”作用，去除氧化膜。氣焊時(shí)，采用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時(shí)，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護(hù)，或者采用大規(guī)范的熔化極氣體保護(hù)焊，在直流正接情況下，可不需要“陰極清理”。
（2）鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導(dǎo)率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過程中，大量的熱量能被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部，因而焊接鋁及鋁合金時(shí)，能量除消耗于熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無謂消耗于金屬其他部位，這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著，為了獲得的焊接接頭，應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源，有時(shí)也可采用預(yù)熱等工藝措施。
（3）鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時(shí)的體積收縮率較大，焊件的變形和應(yīng)力較大，因此，需采取預(yù)防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時(shí)容易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)中可采用調(diào)整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性允許的情況下，可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5%時(shí)熱裂傾向較大，隨著硅含量增加，合金結(jié)晶溫度范圍變小，流動(dòng)性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應(yīng)減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)含硅5%~6%時(shí)可不產(chǎn)生熱裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5%~6%)焊絲會(huì)有更好的抗裂性。
（4）鋁對(duì)光、熱的反射能力較強(qiáng)，固、液轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時(shí)判斷難。高溫鋁強(qiáng)度很低，支撐熔池困難，容易焊穿。
（5）鋁及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫，固態(tài)幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫來不及溢出，極易形成氫氣孔?；≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來源。因此，對(duì)氫的來源要嚴(yán)格控制，以防止氣孔的形成。
（6）合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能下降。
（7）母材基體金屬如為變形強(qiáng)化或固溶時(shí)效強(qiáng)化時(shí)，焊接熱會(huì)使熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降。

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(guó)產(chǎn)牌號(hào)：L1、L2、L3、L4、L5
國(guó)際型號(hào)：1060、1035、1100、1200、1370等
國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)：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(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)：HS321
〈3〉鋁硅合金
LT1、4A11、4043、4047國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)：HS311
〈4〉鋁鎂合金
LF2--LF16、5005、5052、5182、5356國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)： 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(diào)試出3—5%的短路過渡成分，電弧長(zhǎng)度較短，電弧不漂移，氣體保護(hù)和陰極霧化效果好，產(chǎn)生氣孔的傾向小，焊縫內(nèi)在質(zhì)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(diǎn)低（純鋁660℃），表面生成高熔點(diǎn)氧化膜（AL2O3 2050℃），容易造成焊接不熔合。
〈2〉低熔點(diǎn)共晶物和焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接熱裂紋。
〈3〉母材、焊材氧化膜吸附水分，焊縫容易產(chǎn)生氣孔。
〈4〉鋁的導(dǎo)熱性是鋼的3倍，焊縫熔池的溫度場(chǎng)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(shí)，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(jìn)時(shí)，細(xì)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(shí)，負(fù)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?yàn)榍鍧崒挾龋謇礓X表面氧化膜。