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(diǎn)；隨著(zhù)新型硬鋁、超硬鋁等材料的出現使得這類(lèi)材料的性能不斷提高，因而在航空、航天、高速列車(chē)、高速艦艇、汽車(chē)等工業(yè)制造領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應用。

由于鋁及其合金化學(xué)活潑性很強和自身的屬性，使得在焊接時(shí)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(diǎn)約為2050℃，MgO熔點(diǎn)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、鋁及其合金導熱性強，焊接時(shí)容易造成不熔合現象。
5、鋁及其合金的線(xiàn)膨脹系數大約為碳鋼的2倍；導熱性又強，比鋼約大一倍多；凝固時(shí)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的軟化、強度降低等問(wèn)題。
針對以上問(wèn)題，采用四川瑪瑞焊業(yè)發(fā)展有限公司高速脈沖MIG焊機可以很好的解決以上問(wèn)題，同時(shí)獲得的焊接質(zhì)量。
高速脈沖MIG焊機焊接時(shí)電弧過(guò)度脈沖頻率為3kHz—5kHz，自動(dòng)形成壓縮電弧，電弧電流密度大，從而使焊接時(shí)：
① 電弧更集中，小電流焊接時(shí)可以代替TIG焊
② 穿透力更強，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，熱影響區小、變形小

另外，還得注意氣孔的形成原因和焊接參數匹配。焊縫氣孔的出現一般多為氫氣孔。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量的水分，尤其在潮濕季節或濕度大的地區進(jìn)行焊接時(shí)，由弧柱氣氛中水分分解而來(lái)的氫，溶入過(guò)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(shí)，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、保護氣體不純：保護氣體多為氬氣，氬氣中含有水份或雜質(zhì)，焊接時(shí)造成焊縫氣孔。
一般說(shuō)來(lái)，鋁及其合金焊接線(xiàn)能量越大，焊縫性能下降的趨勢也越大。對于熔合區，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，熔合區的變化主要是惡化塑性。因而焊接工藝參數應選用既不造成未熔合又不過(guò)燒的合理參數才能確保鋁及其合金的焊接質(zhì)量。

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

鉻不銹鋼焊條具有一定的耐腐蝕性、耐熱性。通常選擇它作為發(fā)電站，化工，石油等設備的一些材料。但是，鉻不銹鋼焊條通常情況下焊接性較差。應該注意焊接工藝、熱處理條件和選擇合適的焊接焊條。

鉻鎳不銹鋼焊條具有良好的耐腐蝕性和抗氧化性，并將其廣泛用于化肥，石油和醫療機械制造等領(lǐng)域。為了防止由于加熱引起的晶間腐蝕，焊接電流不應該太大，比碳鋼焊條要小20％左右，電弧也不應太長(cháng)，層間冷卻快，所以焊接窄焊道較好。

銀焊絲和銀焊條是用于焊接工藝中的材料。
銀焊絲的功能主要有以下幾點(diǎn)：
1. 導電性和熱導性好：銀焊絲具有的導電性和熱導性，可以在焊接過(guò)程中提供良好的電流和熱量傳導性能。
2. 密封性好：銀焊絲能夠在焊接過(guò)程中填充焊接材料之間的間隙，并形成良好的密封，提高焊接接頭的氣密性和密封性能。
3. 優(yōu)良的電氣性能：銀焊絲具有良好的電氣導通性能，可以用于焊接電子元件和導電線(xiàn)路。
4. 抗氧化性強：銀焊絲具有較高的抗氧化性能，可以在焊接過(guò)程中防止焊接接頭的氧化和腐蝕。
銀焊條的功能與銀焊絲類(lèi)似，但焊接過(guò)程中的操作更加方便，適用于一些較大的焊接項目。銀焊條通常是通過(guò)燃氣焊接和電弧焊接來(lái)進(jìn)行加熱，在高溫下熔化并填充焊接材料之間的間隙。它的功用包括填充缺口、強化焊接區域和提供良好的焊接接頭強度和密封性。
總之，銀焊絲和銀焊條在焊接工藝中起著(zhù)重要的作用，可以提供良好的導電、熱導、密封和氧化防護性能，適用于焊接需求。

鎳焊條焊接時(shí)要求盡可能采用小規范，與同規格的不銹鋼焊條相比，電流可降低20％ ~ 30％。由于液態(tài)金屬的流動(dòng)性差，為防止未熔合和氣孔等缺陷，一般要求在焊接過(guò)程中適當擺動(dòng)，但不能過(guò)大。