鋁及鋁合金焊接規程詳解
本規程規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的規定。當瓶裝氬氣的壓力≤0.5Mpa時(shí)不宜使用。（氬氣內含氮量≥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)現密集的黑點(diǎn)、電弧不穩和飛濺較大；含水量≥0.07%，熔池將沸騰并焊縫內產(chǎn)生氣孔）。
2.手工鎢極氬弧焊電極采用鈰鎢電極。電極直徑應根據焊接電流大小來(lái)選擇（使用時(shí)一般比焊接電流所要求的規格大一號的鎢極），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(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(wú)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(shí)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(shí)，當圖紙和工藝都沒(méi)有規定時(shí)，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(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(xiàn)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》）：

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(xué)功能，因而廣泛應用于工業(yè)商品的焊接構造上。長(cháng)期以來(lái)，因為焊接辦法及焊接技術(shù)參數的選擇不當，構成鋁合金零件焊接后因應力過(guò)于會(huì )集發(fā)生嚴峻變形，或因為焊縫氣孔、夾渣、未焊透等缺點(diǎn)，致使焊縫金屬裂紋或原料疏松，嚴峻影響了商品質(zhì)量及功能。
1.鋁合金焊絲材料特點(diǎn)
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(jiǎn)單氧化發(fā)生三氧化二鋁薄膜，在焊縫中簡(jiǎn)單發(fā)生夾雜物，然后損壞金屬的連續性和均勻性，降低其機械功能和耐腐蝕功能。常見(jiàn)鋁合金母材和焊絲的化學(xué)成分及機械功能。
2.鋁合金資料的焊接難點(diǎn)
(1)很簡(jiǎn)單氧化。在空氣中，鋁簡(jiǎn)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(diǎn)高(約2050℃)，遠遠鋁及鋁合金的熔點(diǎn)(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(shí)，它阻止根本金屬的熔合，很簡(jiǎn)單構成氣孔、夾渣、未熔合等缺點(diǎn)，引起焊縫功能降低。
(2)易發(fā)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時(shí)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(shí)，氫來(lái)不及逸出，簡(jiǎn)單在焊縫中構成氣孔。氫氣孔目前難于完全避免，氫的來(lái)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(shí)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(shí)，也會(huì )呈現很多的細密氣孔，當空氣相對濕度80%時(shí)，焊縫就會(huì )顯著(zhù)呈現氣孔。
(3)焊縫變形和構成裂紋傾向大。鋁的線(xiàn)脹大系數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(jìn)熱裂紋的發(fā)生。
(4)鋁的導熱系數大(純鋁0.538卡/Cm.s.℃)。約為鋼的4倍，因而，焊接鋁和鋁合金時(shí)，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(diǎn)的元素(如鎂、鋅、錳等)，在高溫電弧效果下，很簡(jiǎn)單蒸騰燒損，然后改動(dòng)焊縫金屬的化學(xué)成分，使焊縫功能降低。
(6)高溫強度和塑性低。高溫時(shí)鋁的強度和塑性很低，損壞了焊縫金屬的成形，有時(shí)還簡(jiǎn)單構成焊縫金屬塌落和焊穿表象。
(7)無(wú)色彩改變。鋁及鋁合金從固態(tài)轉為液態(tài)時(shí)，無(wú)顯著(zhù)的色彩改變，使操作者難以把握加熱溫度。

鋁合金焊絲在焊接時(shí)容易出現哪些問(wèn)題呢？出現這些問(wèn)題的時(shí)候要怎么解決?現在由浙江宇光鋁材有限公司來(lái)分析整理一下這些問(wèn)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。焊接前應采用化學(xué)或機械方法進(jìn)行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過(guò)程加強保護，防止其氧化。鎢極氬弧焊時(shí)，選用交流電源，通過(guò)“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，或者采用大規范的熔化極氣體保護焊，在直流正接情況下，可不需要“陰極清理”。
（2）鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過(guò)程中，大量的熱量能被迅速傳導到基體金屬內部，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(wú)謂消耗于金屬其他部位，這種無(wú)用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著(zhù)，為了獲得的焊接接頭，應當盡量采用能量集中、功率大的能源，有時(shí)也可采用預熱等工藝措施。
（3）鋁及鋁合金的線(xiàn)膨脹系數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，焊件的變形和應力較大，因此，需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時(shí)容易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產(chǎn)中可采用調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(zhù)硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，流動(dòng)性顯著(zhù)提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產(chǎn)經(jīng)驗，當含硅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）鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉態(tài)時(shí)，沒(méi)有明顯的色澤變化，焊接操作時(shí)判斷難。高溫鋁強度很低，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(guò)程中，氫來(lái)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(lái)源。因此，對氫的來(lái)源要嚴格控制，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化或固溶時(shí)效強化時(shí)，焊接熱會(huì )使熱影響區的強度下降。

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?chē)糠趾秃附z表面的氧化物，順序是先化學(xué)清洗，后機械打磨；
2、焊接過(guò)程中要采用合格的保護氣體進(jìn)行保護；
3、在氣焊時(shí)，采用熔劑，在焊接過(guò)程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
焊接難點(diǎn)
（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(diǎn)高（約2050℃），遠遠超過(guò)鋁及鋁合金的熔點(diǎn)（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(shí)，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(shí)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，因此當熔池溫度快速冷卻與凝固時(shí)，氫來(lái)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(lái)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(shí)踐，即使氬氣按GB/T4842標準要求，純度達到99．99% 以上，但當水分含量達到20ppm時(shí)，也會(huì )出現大量的致密氣孔，當空氣相對濕度超過(guò)80%時(shí)，如果不采取加熱等措施，焊縫就會(huì )明顯出現氣孔。同時(shí)，采用小電流慢速焊，加大焊縫冷卻時(shí)間，并利用焊絲電弧進(jìn)行熔池攪動(dòng)，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(xiàn)膨脹系數和結晶收縮率約比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形的內應力，對剛性較大的結構將促使熱裂紋的產(chǎn)生。
（4）鋁的導熱系數大（純鋁0．538卡/Cm．s．℃）。約為鋼的4倍，因此，焊接鋁和鋁合金時(shí)，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(diǎn)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(shí)鋁的強度和塑性很低，破壞了焊縫金屬的成形，有時(shí)還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現象。
（7）無(wú)色彩變化。鋁及鋁合金從固態(tài)轉為液態(tài)時(shí)，無(wú)明顯的顏色變化，使操作者難以掌握加熱溫度

鋁合金越來(lái)越多的用于機械制造行業(yè). 隨之而來(lái)的是對鋁合金焊接的要求也越來(lái)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(chē)及汽車(chē)箱體、摩托車(chē)架、壓力容器、軌道交通、工作平臺及飛機等。



這里僅介紹基本的鋁合金知識和MIG焊技巧 (所有材料牌號參照AWS 標準)。



1.鋁合金分類(lèi)及對應焊材



1.1. 純鋁 (1xxx 系列), 可焊性很好, 對應焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 鋁銅合金 (2xxx 系列), 可焊性較差, 對應焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 鋁錳合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 對應焊材: 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), 高強度, 可焊性很好, 對應焊絲: ER5356、ER5183 等
1.6. 鋁鎂硅合金 (6xxx 系列), 應用廣, 可焊性好, 對應焊絲: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 鋁鋅合金 (7xxx 系列), 高強度, 用于飛機制造業(yè), 可焊性很差易裂, 對應焊絲: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它鋁合金 (8xxx 系列), 可焊性很差

鋁鋁焊絲又稱(chēng)鋁鋁藥芯焊絲，因此種焊絲可以把鋁材和鋁材焊接起來(lái)而得名。它不同于普通鋁焊絲要用氬弧焊機焊接，也不同于鋁硅焊絲4047需要配合釬劑才能焊接，而只需通過(guò)火焰或感應直接可以釬焊焊接（因為自帶釬劑，所以不需要另加釬劑）。
此焊絲焊接出來(lái)的工件的抗拉抗剪強度（接頭牢固性不低于基材）、導電性能、耐腐蝕性能都較好，而且質(zhì)量穩定，此焊絲的釬劑成分和性能見(jiàn)嵩峰機電。
與使用氬弧焊機用鋁焊絲焊接相比，用鋁鋁焊絲工人操作簡(jiǎn)單、焊接設備簡(jiǎn)單、焊接不會(huì )使基材的結構發(fā)生變化

銀焊絲和銀焊條都是用于金屬焊接的材料，它們的作用主要有以下幾個(gè)方面：
1. 進(jìn)行金屬連接：銀焊絲和銀焊條可以用于連接金屬零件，通過(guò)熔化銀焊材料，將待焊接的金屬部件連接在一起。
2. 強化焊縫：銀焊材料的特性使得焊接后的焊縫更加堅固和耐用，能夠增強被焊金屬的強度和抗拉力。
3. 導熱導電：銀作為一種優(yōu)良的導熱導電材料，可以提供的熱傳導效果，確保焊接過(guò)程中溫度均勻分布，減少焊接產(chǎn)生的熱應力。
4. 抗氧化防腐：銀焊材料具有的抗氧化和抗腐蝕性能，能夠在焊接過(guò)程中有效地防止金屬部件的氧化和腐蝕，延長(cháng)焊接接頭的使用壽命。
總的來(lái)說(shuō)，銀焊絲和銀焊條在焊接中起到連接、強化、導熱導電和抗氧化防腐的作用，提高了焊接接頭的質(zhì)量和耐用性。

鑄鐵焊接大致分為三種：冷焊，半熱焊和熱焊。焊接材料的選擇分為兩種：均質(zhì)焊接和異質(zhì)焊接。目前，中國可以提供數十種鑄鐵焊條，我們也可以根據鑄鐵焊條的特性，對焊接修補零件的要求，鑄鐵材料的性能以及焊接修補零件的重要性從而來(lái)進(jìn)行選擇焊接焊條。

鎳基焊條使用的方法
1、焊接前，有必要進(jìn)行機械或使用強力不銹鋼鋼絲刷清理，然后用合適的溶劑脫脂，焊接應在清理后8小時(shí)內進(jìn)行，以降低再次污染的風(fēng)險。熱處理使用無(wú)硫燃料或電爐進(jìn)行。在進(jìn)行脫脂之前，可能需要對已在使用中且需要進(jìn)行焊接修補的部件進(jìn)行打磨或機加工，以去除嵌入焊接修補區域內或附近表面的污染物。請記住，如果在除油操作后或焊接過(guò)程中進(jìn)行機械清理，所使用的氣動(dòng)工具的壓縮空氣中會(huì )含有水分和油，因此清潔后的表面可能會(huì )再次受到污染。
2、盡量采用平焊位置焊接，采用短弧焊接，也就是說(shuō)焊條頂（壓）著(zhù)電弧運條。當焊接位置立焊或仰焊等其它焊接位置時(shí)，應選用細焊條進(jìn)行焊接并采用小電流施焊，以減少熱量輸入和停留。
3、在焊接過(guò)程中一般要擺動(dòng)焊條，擺動(dòng)的幅度一般不大于焊條直徑的，在擺動(dòng)到兩邊限位置時(shí)，應稍作停留，以便使粘稠的液態(tài)焊縫金屬有充分的時(shí)間進(jìn)行填充，防止咬邊、未熔合、夾渣等缺陷。
4、熄弧操作，熄弧時(shí)，要稍微降低電弧的高度并適當提高焊速以減小熔池尺寸，可避免弧坑裂紋產(chǎn)生。在再次引弧時(shí)，一般采用反向引弧的方法進(jìn)行，這樣有利于調整接口處焊縫平滑，成形美觀(guān)。
5、注意：對于沉淀硬化型鎳基耐蝕合金是不適合用焊條電弧焊、熔化氣體保護電弧焊和埋弧焊。通常采用鎢氣保焊或等離子焊等方法。
6、一般不焊后熱處理，但對于焊后使用中要不發(fā)生晶間腐蝕、應力腐蝕的還是需要進(jìn)行熱處理。