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》）：

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



2.焊絲、坡口表面及其兩側不少于50 mm范圍內進(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(pán)刷、金屬磨頭（即電動(dòng)銑刀）、手工盤(pán)銑機、銼刀（應是鋁弧形銼刀）、刮刀和（沾的白布應干凈，不要使用棉布或棉紗，以避免擦拭時(shí)帶出毛絨），但應注意這些工具在使用前應被清理干凈，清理時(shí)也應注意不要把氧化膜以壓入母材內，因此清理時(shí)不要太用力；但不準用砂輪或普通砂紙打磨，因為鋁材很軟而導致砂粒留在鋁材里，焊后就易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。



3.對于外委熱加工的部件，如封頭等，原則上在進(jìn)廠(chǎng)后應對鋁材表面進(jìn)行PT，必要時(shí)對不能確定的部位進(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(zhù)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（不能用空氣壓縮機，因為空氣中有水和油）吹干再放入烘箱中100℃烘干即可使用。對鋁材也可參考此法。



5.清理干凈的焊絲和焊件應保持清潔和干燥，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，不要因為怕麻煩而戴臟手套；焊前嚴禁污染，否則應重新進(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。一般機械清理后應立即焊接，如清理后4h之內未焊，焊前就應重新清理。



6.焊件裝配應準確，如果裝配不良時(shí)，應考慮換部件，而不得強行組對，以避免造成過(guò)大的應力。在正式焊接前應對坡口尺寸進(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.焊件組對時(shí)在應力集中處（如焊縫交叉處和工件上的轉角處等）盡量避免進(jìn)行定位焊，定位焊縫長(cháng)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(cháng)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。重焊應在附近區域進(jìn)行，而不要在原處點(diǎn)焊；對接焊縫間隙在工藝沒(méi)規定時(shí)，可按2~4mm。



10.對于會(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(guò)渡以便于接弧，否則就應修整。在冷態(tài)零件上施焊時(shí)，電弧應在始焊稍作停留一下，待母材邊緣開(kāi)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(guò)程中定位焊點(diǎn)開(kāi)裂，造成板邊錯位或間隙變化，應立即停止焊接，經(jīng)修復后才能繼續施焊。



13.在焊接過(guò)程中，應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(xiàn)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，因此在焊前應有針對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?jiàn)A具的剛性和夾緊力大小要適中，因為過(guò)小取不到控制變形作用，過(guò)大則焊縫拘束度太強易導致焊縫開(kāi)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；強化鋁材可用鋁材制造夾具，這樣可以加強散熱?？v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）則留些反向錯邊或扳邊，因為焊后凸緣會(huì )塌陷變形。墊板材料一般為不銹鋼或碳鋼，對要求不高的鋁材焊接可用石墨制作墊板。選擇墊板材料還應考慮對焊縫冷卻速度的影響。當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。

鋁及鋁合金焊接篇
Q ：為什么叫純鋁？它們是如何分類(lèi)的？
A：工業(yè)純鋁：含鋁量≥99.00% 。
國產(chǎn)牌號：L1、L2、L3、L4、L5
國際型號：1060、1035、1100、1200、1370等
國產(chǎn)焊絲牌號：HS301
Q： 為什么叫鋁合金？它們是如何分類(lèi)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國產(chǎn)焊絲牌號：HS321
〈3〉鋁硅合金
LT1、4A11、4043、4047國產(chǎn)焊絲牌號：HS311
〈4〉鋁鎂合金
LF2--LF16、5005、5052、5182、5356國產(chǎn)焊絲牌號： 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(guò)渡？
A：亞射流過(guò)渡—在射流過(guò)渡的電弧成分中調試出3—5%的短路過(guò)渡成分，電弧長(cháng)度較短，電弧不漂移，氣體保護和陰極霧化效果好，產(chǎn)生氣孔的傾向小，焊縫內在質(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)，負電極（母材）表面上集中發(fā)射電子的光亮微小區域—“陰極霧化區”，此區域為清潔寬度，清理鋁表面氧化膜。

純鎳焊絲特點(diǎn)
1、具有可焊性，較高的導電性，適宜的線(xiàn)膨脹系數。
2、高溫下強度較好，電阻率較低 。
3、熔點(diǎn)高、耐蝕、機械性能好，在熱冷狀態(tài)下都有較好的壓力加工性，易除氣，適用于無(wú)線(xiàn)電、電光源、機械制造、化學(xué)工業(yè)，是真空電子器件中重要的結構材料。 純鎳絲根據材質(zhì)可分為N4和N6。

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