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

合　金
典　型　用　途

2014
應用于要求高強度與硬度（包括高溫）的場(chǎng)合。飛機重型、鍛件、厚板和擠壓材料，車(chē)輪與結構元件，多級火箭級燃料槽與航天器零件，卡車(chē)構架與懸掛系統零件

2019
是個(gè)獲得工業(yè)應用的2XXX系合金，目前的應用范圍較窄，主要為鉚釘、通用機械零件、結構與運輸工具結構件，螺旋槳與配件

2024
飛機結構、鉚釘、構件、卡車(chē)輪轂、螺旋槳元件及其他種種結構件

2048
航空航天器結構件與兵器結構零件

2124
航空航天器結構件

2218
飛機發(fā)動(dòng)機和柴油發(fā)動(dòng)機活塞，飛機發(fā)動(dòng)機汽缸頭，噴氣發(fā)動(dòng)機葉輪和壓縮機環(huán)

2219
航天火箭焊接氧化劑槽，超音速飛機蒙皮與結構零件，工作溫度為-270~300攝氏度。焊接性好，斷裂韌性高，T8狀態(tài)有很高的抗應力腐蝕開(kāi)裂能力

2618
模鍛件與自由鍛件?；钊秃娇瞻l(fā)動(dòng)機零件

2A02
工作溫度200~300攝氏度的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機的軸向壓氣機葉片

2A06
工作溫度150~250攝氏度的飛機結構及工作溫度125~250攝氏度的結構鉚釘

2A10
強度比2A01合金的高，用于制造工作溫度小于等于100攝氏度的結構鉚釘

2A11
飛機的中等強度的結構件、螺旋槳葉片、交通運輸工具與建筑結構件。的中等強度的螺栓與鉚釘

2A12
蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、鉚釘等，建筑與交通運輸工具結構件

2A14
形狀復雜的自由鍛件與模鍛件

2A16
工作溫度250~300攝氏度的航天零件，在室溫及高溫下工作的焊接容器與氣密座艙

2A17
工作溫度225~250攝氏底的零件

2A50
形狀復雜的中等強度零件

2A60
發(fā)動(dòng)機壓氣機輪、導風(fēng)輪、風(fēng)扇、葉輪等

2A70
飛機蒙皮，發(fā)動(dòng)機活塞、導風(fēng)輪、等

2A80
航空發(fā)動(dòng)機壓氣機葉片、葉輪、活塞、漲圈及其他工作溫度高的零件

2A90
航空發(fā)動(dòng)機活塞

3A21
飛機油箱、油路導管、鉚釘線(xiàn)材等；建筑材料與食品等工業(yè)裝備等

5052
此合金有良好的成形加工性能、抗蝕性、可燭性、疲勞強度與中等的靜態(tài)強度，用于制造飛機油箱、油管，以及交通車(chē)輛、船舶的鈑金件，儀表、街燈支架與鉚釘、五金制品等

5056
鎂合金與電纜護套鉚釘、拉鏈、釘子等；包鋁的線(xiàn)材廣泛用于加工農業(yè)捕蟲(chóng)器罩，以及需要有高抗蝕性的其他場(chǎng)合

5083
用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強度的場(chǎng)合，諸如艦艇、汽車(chē)和飛機板焊接件；需嚴格防火的壓力容器、致冷裝置、電視塔、鉆探設備、交通運輸設備、元件、裝甲等

5086
用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強度的場(chǎng)合，例如艦艇、汽車(chē)、飛機、低溫設備、電視塔、鉆井裝置、運輸設備、零部件與甲板等

5A02
飛機油箱與導管，焊絲，鉚釘，船舶結構件

5A03
中等強度焊接結構，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來(lái)代替5A02合金

5A05
焊接結構件，飛機蒙皮骨架

5A06
焊接結構，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機蒙皮骨部件

6005
擠壓型材與管材，用于要求強高大于6063合金的結構件，如梯子、電視天線(xiàn)等

6009
汽車(chē)車(chē)身板

6010
薄板：汽車(chē)車(chē)身

6061
要求有一定強度、可焊性與抗蝕性高的各種工業(yè)結構性，如制造卡車(chē)、塔式建筑、船舶、電車(chē)、家具、機械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材

6A02
飛機發(fā)動(dòng)機零件，形狀復雜的鍛件與模鍛件

7049
用于鍛造靜態(tài)強度與7079-T6合金的相同而又要求有高的抗應力腐蝕開(kāi)裂勇力的零件，如飛機與零件——起落架液壓缸和擠壓件。零件的疲勞性能大致與7075-T6合金的相等，而韌性稍高

7050
飛機結構件用中厚板、擠壓件、自由鍛件與模鍛件。制造這類(lèi)零件對合金的要求是：抗剝落腐蝕、應力腐蝕開(kāi)裂能力、斷裂韌性與抗疲勞性能都高

7075
用于制造飛機結構及 他要求強度高、抗腐蝕性能強的高應力結構件、模具制造

7175
用于鍛造用的高強度結構性。T736材料有良好的綜合性能，即強度、抗剝落腐蝕與抗應力腐蝕開(kāi)裂性能、斷裂韌性、疲勞強度都高

7178
供制造航空航天器的要求抗壓屈服強度高的零部件

7475
機身用的包鋁的與未包鋁的板材，機翼骨架、桁條等。其他既要有高的強度又要有高的斷裂韌性的零部件

7A04
飛機蒙皮、螺釘、以及受力構件如大梁桁條、隔框、翼肋、起落架等




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

空分冷箱內塔容器為鋁制容器，容器運輸尺寸超長(cháng)，為運輸方便，通常分成上下兩段運輸，安裝時(shí)需在現場(chǎng)組對焊接,但現場(chǎng)的焊接環(huán)境、焊接設備都不如在制造廠(chǎng)，因此我們從各方面采取措施，焊接質(zhì)量。對焊接操作人員和檢驗人員提出了嚴格的要求：1）擔任本設備焊接的焊工持有經(jīng)國家技術(shù)質(zhì)量監督局考核認證的操作證；2）焊接質(zhì)檢人員、無(wú)損探傷人員持有國家相關(guān)部門(mén)考試認證的操作證書(shū)；3）其他組對人員應熟知操作步驟、施工技術(shù)要求，配合焊工焊接質(zhì)量。



1、焊接材料及相關(guān)設施的要求
1）焊接材料的要求：所用的焊接材料有質(zhì)量書(shū)或合格書(shū)，質(zhì)量不得低于國家現行標準的規定。材料使用前，應按國家現行標準的有關(guān)規定進(jìn)行檢查和驗收；
2）焊絲根據母材材質(zhì)選用牌號：鋁鎂合金焊絲ER5183；
3）采用4臺工藝、性能穩定、靈敏度高的大功率WSME—500氬弧焊機進(jìn)行焊接；
4）選用具有能滿(mǎn)足安裝需要的射線(xiàn)無(wú)損探傷檢測設備；
5）現場(chǎng)要設有焊材室及烘干、去污設施，由專(zhuān)人負責焊材的保管、發(fā)放及回收工作。
2、施焊環(huán)境的要求
1）搭建密封的臨時(shí)焊接小棚可以擋風(fēng)、防雨。冬季施工時(shí)，在焊前進(jìn)行適當的加溫處理，環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，不應施焊；
2）氬弧焊焊接時(shí)的風(fēng)速不應超過(guò)2m/s；
3）鋁及鋁合金焊接時(shí)，應選擇晴朗天氣，周?chē)h(huán)境濕度在80%以下；
4）焊工施焊所用的腳手架要便于焊工操作，并要堅固、平整、無(wú)大間隙、不擺動(dòng)。
3、焊接技術(shù)
1）施工順序。塔上、下段對接坡口加工— 塔下段吊裝就位—塔上段吊裝—組對—焊縫焊接—射線(xiàn)探傷—不合格焊縫返修—射線(xiàn)探傷—驗收；
2）塔坡口加工形式。坡口要在地面加工好，用法蘭箍調整，消除焊口的橢圓度，并焊好襯圈，清除鋁屑。起吊時(shí)，焊口要用塑料布封閉。焊口內壁應對齊，當壁厚δ≤5mm時(shí)，內壁錯邊量不應大于0.5mm；當壁厚δ>5mm時(shí)，內壁錯邊量不應大于0.1δ，且不應大于2mm。具體坡口形式，見(jiàn)圖1塔破口加工形式；


3）焊前準備。（1）氣焊工具二套，作焊前預熱用；（2）氬氣純度應大于99.99%；（3）清理工具：電動(dòng)圓盤(pán)鋸，銼刀，鋼絲刷（輪），電動(dòng)銑刀、刮刀等；（4）楔板修正焊縫錯口用；（5）焊件組對前，用三氯乙烯等除去表面油污，兩側坡口的清理范圍不應小于50mm；清除油污后，坡口及其附近的表面可用銼刀、刮削、銑削或用鋼絲刷清理至露出金屬光澤，注意塔體壁厚減薄不能大于0.5mm；使用的鋼絲刷應定期進(jìn)行脫脂處理；（6）焊絲去除油污后，應用化學(xué)方法去除氧化膜，可用5~10%的NaOH溶液，在溫度為70℃下浸泡30~60s，然后水洗，再用15%左右的HNO3在常溫下浸泡2min，然后用溫水洗凈、晾干并保持干凈清潔；（7）焊件和焊絲清理后在24h內使用，如超過(guò)24h，要重新清洗。（8）正式焊前應，用試板做好各項工藝參數的模擬試驗，其母材材質(zhì)、工藝條件、焊工、保護氣均要和正式焊接時(shí)相同;試板長(cháng)度不得小于500mm，試板焊接接頭要射線(xiàn)檢測，應符合JB/T 4730.2—2005—Ⅱ級，焊接試板不合格不得正式焊接。
4）焊接工藝。（1）焊接前，坡口、焊絲及不小于坡口兩側各50mm范圍內的表面，用脫脂劑擦洗干凈，用不銹鋼絲刷清除氧化膜；清理下坡口時(shí)應向外刷，清理上坡口時(shí)，下部容器開(kāi)口應用塑料布封好，防止鋁屑進(jìn)入容器內；（2）焊縫采用手工鎢極氬弧焊雙人單面焊，焊接時(shí)應注意A 、B 焊工要配合默契，同向、等速，焊接過(guò)程中隨時(shí)檢查垂直度，并利用焊接反變形方法及時(shí)調整，焊縫應不間斷一次性焊完；（3）一周點(diǎn)固焊完畢，間隙會(huì )產(chǎn)生收縮，但起碼要保持3~5mm的間隙。定位焊長(cháng)度為40mm左右，每隔500mm左右作一定位焊；（4）當環(huán)境溫度小于5 ℃，壁厚大于8mm時(shí)焊前應用H01-20焊炬在焊縫坡口二側均勻加溫到100~200 ℃；因焊件厚度較大，應采用多層多道焊；（5）實(shí)際焊接時(shí)的焊接工藝參數應與試板模擬試驗基本保持一致，對于不同的壁厚推薦表1焊接工藝參數；（6）多層多道焊時(shí)，每焊完一遍應用機械方法清理氧化膜，為焊接質(zhì)量，層間溫度不得超過(guò)65 ℃；（7）焊接過(guò)程中，如點(diǎn)固焊開(kāi)裂，造成錯口，應停止焊接，經(jīng)修復后方可繼續焊接；（8）當鎢極出現觸鎢現象時(shí)，停止焊接，將鎢極、焊絲、溶池處理干凈后，方可繼續；（9）總的施焊原則是：大電流、快速焊；（10）焊縫除未焊透，有裂紋外，應盡量減少返修；多次返修會(huì )引起設備變形和影響焊接接頭的質(zhì)量（很容易產(chǎn)生裂紋），因此力求一次焊接成功。如有非危害性缺陷（圓形氣孔）超標，應由設計、和監理單位協(xié)商處理，盡量不要返修；（11）焊接返修時(shí)，應用機械方法，將缺陷處鏟除，并按焊接工藝評定參數進(jìn)行焊接；同一部位的返修不得超過(guò)兩次，否則要制定措施并經(jīng)技術(shù)總負責人批準；（12）在焊接過(guò)程中應隨時(shí)測量塔的垂直度、水平度，吊具待全部焊接完畢并經(jīng)探傷檢查合格后方可拆除；（13）焊接完畢，表面美觀(guān)、平整，鱗紋均勻，沒(méi)有表面氣孔、裂紋等缺陷；然后RT檢查，RT應不低于JB 4730—94—Ⅱ級片，PT為Ⅰ級。


4、塔焊縫返修
塔上下段焊縫射線(xiàn)探傷局部不合格時(shí)，進(jìn)行塔焊縫的局部返修。返修前，用倒鏈吊掛上塔在冷箱骨架上，避免返修焊縫受重力影響。返修焊縫確定缺陷位置后，磨除缺陷，進(jìn)行補焊，直至焊縫質(zhì)量達到設計要求，焊口返修次數不準超過(guò)兩次。
5、技術(shù)安全措施
1）嚴格執行單項工程安全技術(shù)措施中規定的各項規章制度。2）高空作業(yè)一定要系好安全帶。3）焊接過(guò)程中，注意保護容器，避免損傷容器表面。4）引弧宜在引弧板上進(jìn)行，引弧板和熄弧板的材料應與母材相同；5）焊接完畢，用記號筆在焊縫附近寫(xiě)上焊工號為探傷做好準備。6）電焊機、氬弧焊機等焊接設備的機殼都可靠接地。焊接設備的安裝、修理和檢查須由電工進(jìn)行，焊工不要私自拆修設備。7）電焊機要設單的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)應放在防雨的閘箱內，拉合時(shí)應戴手套側向操作。8）更換場(chǎng)地移動(dòng)把線(xiàn)時(shí)，應切斷電源，并不得手持把線(xiàn)爬梯登高。9）焊工應正確穿戴勞動(dòng)防護用品，磨削鎢棒時(shí)，應戴口罩、手套，磨完后須洗手。敲鏟焊渣和清除鐵銹時(shí)，應戴好手套和防護眼鏡。在潮濕地點(diǎn)工作，應站在絕緣膠板或木板上。10）焊接場(chǎng)所有防火設備，易燃易爆物品距焊接場(chǎng)所至少10m；11）焊工在高空作業(yè)時(shí)，應嚴格采取預防措施，防止液態(tài)金屬的飛濺，防止火災的發(fā)生或灼傷下面的操作工人；12）氧氣瓶和乙炔瓶應小心輕放，安全運輸，分開(kāi)放置，并相距5m以上；夏季作業(yè)時(shí)氧氣瓶和乙炔瓶放在涼棚內，以防受到烈日曝曬，引起氣體膨脹而發(fā)生爆炸事故；雷雨時(shí)，應停止露天焊接作業(yè)。13）焊接區域應放置安全，以免閑人進(jìn)入。14）嚴格按各工種安全操作規程施工，嚴禁作業(yè)。
6、結束語(yǔ)
塔上下段的組對焊接是空分焊接施工中的重要焊縫之一，此焊接位置為橫焊，要求焊工既要有過(guò)硬的焊接技術(shù)，又要熟知焊接變形知識，才能塔體在焊接過(guò)程中的質(zhì)量，同時(shí)也要求每一個(gè)施工人員熟知操作步驟、遵守安全規程，才能圓滿(mǎn)完成塔容器的組對焊接工作。

焊接參數 (僅供參考)



4.1. 根據不同的材料和板厚選用不同型號的焊絲和直徑



4.2. 常用焊接規范:
4.2.1. 0.8 毫米焊絲 (板厚小于3毫米): WFS: 12-15m/min, I=70-130A, U=17-21V，焊速=600-1125mm/min
4.2.1. 0.9 毫米焊絲 (板厚小于5毫米): WFS: 10-12m/min, I=145-175A, U=20-22V，焊速=600-1125mm/min
4.2.3. 1.0 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 8-12m/min, I=150-200A, U=22-24.5V，焊速=600-1125mm/min
4.2.4.1.2 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 7.5-10m/min, I=190-220A, U=22-26V，焊速=600-800mm/min
4.2.5. 1.6 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 5-8m/min, I=240-330A, U=24-30V，焊速=400-800mm/min

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