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》）：

鋁及鋁合金焊絲廣泛應用于鋁合金氬弧焊及氣焊。焊絲選用主要根據母材的種類(lèi)、接頭的抗裂性能、機械性能、抗腐蝕性能及經(jīng)陽(yáng)極化處理后焊縫與母材的色彩協(xié)調等方面的要求綜合考慮。一般來(lái)說(shuō),焊接鋁及鋁合金都采用與母材相同或相近牌號的焊絲,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),為彌補焊接過(guò)程中鎂的燒損,應避開(kāi)焊縫易出現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(mǎn)足上述要求。依據美國ＡＬＣＯＴＥＣ鋁焊接研究所提供的技術(shù)資料,并參照德國、日本等國文獻報道,焊接7005鋁合金型材時(shí)可選用的焊絲牌號有ＥＲ5356、ＥＲ5183,接頭綜合性能均較高;二者比較,ＥＲ5356接頭強度稍差,但延伸率較大。綜合國外鋁合金車(chē)輛的成功制造經(jīng)驗,選擇ＥＲ5356焊絲焊接7005基材較好
目前國內研制的用鋁合金焊絲線(xiàn)坯的生產(chǎn)主要采用立式半連續鑄造-擠壓法,其特點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量好、性能穩定,所用設備也可用于生產(chǎn)其它鋁合金線(xiàn)材(如鉚釘線(xiàn)等),但設備投資較大,工序多,占地面積大,工模具消耗和能耗較高,生產(chǎn)過(guò)程中的幾何廢料也高,產(chǎn)品成品率相對較低;國外鋁合金焊絲線(xiàn)坯的生產(chǎn)多采用連鑄連軋法,設備投資適中,產(chǎn)品單重大、成材率高(90%以上)、質(zhì)量相對穩定;水平連鑄連拉法的特點(diǎn)是設備投資少,線(xiàn)材的成品率高(90%以上),在純鋁焊絲線(xiàn)坯的生產(chǎn)中優(yōu)勢明顯,有取代其它工藝的趨勢,但這種方法目前還有一些工藝問(wèn)題有待解決。
鋁及鋁合金焊絲可用于線(xiàn)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(guò)一定方法加工成盤(pán)狀（卷狀）或棒狀（直條狀）供貨，廣泛應用于建筑、裝飾和設備、冶金、管道、紡紗器具、船舶、鉆井裝備、火車(chē)、汽車(chē)、儲存罐和壓力容器等行業(yè)的焊接加工等行業(yè)。

鋁焊絲如何選擇
為了得到性能良好的焊接接頭，應從焊接構件使用目的考慮，選擇適合于母材的鋁焊絲作填充材料。
（1）焊縫金屬的裂紋敏感性
選擇具有熔化溫度低于母材的填充金屬，可大大減小熱影響區中晶間裂紋傾向。故用合金含量母材的焊絲作填充金屬，通?？煞乐购缚p金屬裂紋。如含0.6%硅的6061合金，如果用6061作填充金屬，裂紋敏感性很大，但用含5%硅的4043焊絲作填充金屬，熔化溫度比母材低，在冷卻過(guò)程中比母材具有更好的塑性以消除引起裂紋的收縮應力，所以抗裂性良好。還應注意避免產(chǎn)生對裂紋敏感的焊縫金屬成分，如在鋁合金焊縫中不希望有鎂與銅的組合，因此5000系列焊絲還應用于焊接2000系列母材；面2219焊絲不應用于5000系列的母材。
（2）接頭強度
焊接接頭的強度隨著(zhù)焊絲的合金元素含量變化。即對于非熱處理合金的焊接接頭強度，按1000系、4000系和5000系的次序。在5000系中隨鎂、錳等含量增加，焊接接頭強度按5554、5654、5356、5183、5556的順序增加。
（3）接頭的加工性（塑性）
需要彎曲加工的焊接接頭，一般加工性受塑性的影響，而塑性隨著(zhù)強度的而降低。特別是含3%鎂以上的母材（5154、5056、5082、5182、5083、5086）避免使用含硅的焊絲（4043、4047）。這種組合形成大量的Mg2Si，塑性下降。
(4)陽(yáng)極氧化處理后的色差
為了提高耐蝕性，焊后常進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，若焊縫金屬的成分明顯不同于母材，或焊縫金屬的鑄造組織不同于母材的壓延組織，焊縫金屬在陽(yáng)極氧化工藝處理后產(chǎn)生色差。例如含硅的4000系焊絲的焊縫陽(yáng)極氧化處理后呈灰黑色，2000第、5000系和6000系母材呈銀白色。所以若外觀(guān)顏色匹配是重要指標時(shí)，選擇焊絲時(shí)考慮所形成焊縫組織的成分及組織。
(5)高溫下接頭的力學(xué)性能及耐蝕性
含3%鎂以上的5000系焊絲（5654、5356、5556、5183）應避免在使用溫度65攝氏度以上的結構中采用，因為這些合金對應力腐蝕裂紋很敏感，在上述溫度和腐蝕環(huán)境中會(huì )發(fā)生應力腐蝕龜裂。

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。

鋁焊絲焊接鋁箱技術(shù)
（1）選擇鋁焊絲
一般選用301純鋁焊絲及311鋁硅焊絲。
（2）選取焊接方法和參數
一般以左焊法進(jìn)行，焊炬和工件成60°角。焊接厚度15mm以上時(shí)，以右焊法進(jìn)行，焊炬和工件成90°角。
（3）焊前準備
采用化學(xué)或機械方法，嚴格清理焊縫坡口兩側的表面氧化膜。
機械清理可采用風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)銑刀，還可采用刮刀、銼刀等工具，對于較薄的氧化膜也可用0．25mm的銅絲刷打磨清除氧化膜。
清理好后立即施焊，如果放置時(shí)間超過(guò)4h，應重新清理。
（4）鋁箱中鋁及鋁合金材料特點(diǎn)
鋁是銀白色的輕金屬，具有良好的塑性、較高的導電性和導熱性，同時(shí)還具有抗氧化和抗腐蝕的能力。鋁極易氧化產(chǎn)生三氧化二鋁薄膜，在焊縫中容易產(chǎn)生夾雜物，從而破壞金屬的連續性和均勻性，降低其機械性能和耐腐蝕性能。
（5）鋁箱中鋁及鋁合金材料鋁合金材料的焊接難點(diǎn)
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。

基本的鋁合金知識和MIG 焊技巧
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


2.鋁合金MIG 焊對焊接設備的要求


2.1. 直流CV 焊接電源或脈沖電源
2.2. 送絲機構及推拉式焊槍
2.3. 鋁焊接用導電嘴 (孔徑比碳鋼用稍大)
2.4. 連接電纜
2.5. Ar 及流量計 (也有Ar+He 混合氣)


3.焊前準備工作 (非常重要)


3.1. 清理工件待焊處油污 (擦拭)
3.2. 用不銹鋼絲刷或砂輪去除待焊處氧化膜 (至少20毫米范圍)
3.3. 如用水冷焊槍, 確保無(wú)漏水
3.4. 確保焊絲處于干凈無(wú)損壞狀態(tài)
3.5. 確保送絲輪, 送絲軟管處于良好狀態(tài)


4. 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


4.3. 注:
4.3.1. 角焊比對接焊規范稍大, 立焊和仰焊規范比上述稍小
4.3.2. ER4043 (ER4XXX) 焊絲取下限值, ER5356 (ER5XXX) 取上限值
4.3.3. 保護氣流量: 10-20L/MIN, 仰焊時(shí)多一些, 用粗焊絲時(shí)多一些
4.3.4. 焊絲干伸長(cháng)度: 12-15mm
4.3.5. 過(guò)渡方式: 噴射過(guò)渡 (Spray arc transfer)
4.3.6. 極性: DC+ (直流反接)


5. 操作技巧


5.1. 半自動(dòng)焊時(shí)總是左焊法 (右焊時(shí)焊縫成型很差, 表面發(fā)黑, 易產(chǎn)生未熔合缺陷),收弧時(shí)回焊接10 毫米左右以消除弧坑裂紋
5.2. 立焊時(shí)總是立向上焊
5.3. 自動(dòng)焊時(shí)焊槍與焊縫軸線(xiàn)在行走方向 (無(wú)論左右) 成95-100度角。


總之, MIG 焊鋁合金比焊一般鋼材難一些, 但是如果準備充分, 材料設備匹配, 操作方法得當, 就可以得到很好的效果。

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