鋁及鋁合金在現代工程技術(shù)所用的各種材料中占有舉足輕重的地位，它在世界年產(chǎn)量?jì)H次于鋼鐵而居第二位，在有色金屬中則居位。如果說(shuō)鋁合金初是在航空工業(yè)中嶄露頭角的話(huà)，那么近幾十年來(lái)，除航空工業(yè)外，在航天、汽車(chē)、船舶、橋梁、機械制造、電工、化學(xué)工業(yè)及低溫裝置中已大量應用鋁及鋁合金，以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導線(xiàn)等。目前鋁合金焊接結構中應用廣的是防銹鋁合金，即鋁鎂合金和鋁錳合金。


?保護氣體的選擇?
焊接時(shí)所用的保護氣體有惰性氣體氬氣（Ar）和氦氣（He），生產(chǎn)上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿(mǎn)足下列純度（體積分數）要求：氬氣大于99.99%，氦氣小于0.04%，氧氣小于0.03%，水的質(zhì)量分數小于0.07%。目前國內生產(chǎn)的氬氣，其純度一般能達到此要求，故在使用前不需再進(jìn)行提純處理。
?鎢電極的選用?


氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，不容易熔化揮發(fā)，但電子發(fā)射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質(zhì)量分數為1.0%~2.0%的氧化釷（Tho）電極稱(chēng)為釷鎢極。它的電子發(fā)射能力強，允許的電流密度高，電弧燃燒穩定。
?溶劑的選擇?
在氣焊、碳弧焊過(guò)程中，熔化的金屬表面極易氧化而形成氧化膜，為焊接質(zhì)量，用熔劑去除氧化膜及其他雜質(zhì)。氣焊、碳弧焊用的熔劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
?焊絲的選用?
在鋁合金材料的焊接過(guò)程中，鋁合金用焊絲的選用至關(guān)重要，選取前應該了解以下內容：
?是否所有的鋁合金材料都可用作焊接填充合金？
?是否所有的鋁合金都可以焊接？
?應避免發(fā)生的缺陷有哪些？
?如何選擇焊接填充合金？
?選擇時(shí)應當考慮的標準是什么？
?鋁合金系列需要了解?
選擇什么樣的焊絲？
一種母材可以用多種鋁合金焊材完成焊接 ，如5083-5083的焊接：可用 5356，5183，5556 等焊絲。但是每一種焊絲得到的焊接接頭可能只能在某一個(gè)性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時(shí)，主要應考慮焊接件的終使用性能。整體來(lái)說(shuō)，主要考察以下幾個(gè)性能指標：


總之，選擇鋁合金焊絲過(guò)程中，只有在對鋁件焊接及其應用中的許多相關(guān)變量進(jìn)行了充分分析后，才能選擇出合適的合金填料。

5183（鋁焊條／鋁焊絲）特性如下：主要元素合金有：鎂、錳、鉻。不可以熱處理，熔化溫度為：579℃～638℃，抗腐蝕能力：A（Gen）A（Sc c ），，密度：2.66克／㎝3，陽(yáng)極化處理后為白色。5183鋁焊條于1957年被發(fā)明，用于5083及類(lèi)似的高強度的鋁合金材料的焊接，它的焊接強度要5356.


鋁和鋁合金管焊接特點(diǎn)和方法
鋁合金由于重量輕、強度高、耐腐蝕性能好、無(wú)磁性、成形性好及低溫性能好等特點(diǎn)而被廣泛地應用于各種焊接結構產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結構重量可減輕50 %以上。因此，鋁及鋁合金除廣泛的應用于航空、航天和電工等領(lǐng)域外，同時(shí)還越來(lái)越多的應用于石油化學(xué)工業(yè)。濮陽(yáng)中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金(主要有：5083、5183、5A02相當于舊牌號中的LF2、LF4)。但是鋁及鋁合金在焊接過(guò)程中，易出現氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問(wèn)題。此類(lèi)材質(zhì)是被公認為焊接難度較大的被焊接材料，特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此，解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過(guò)程中解決的問(wèn)題。
2、鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)
2.1 易氧化 鋁和氧的親和力很強。在常溫下，鋁表面就能被氧化成厚度約0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密，能防止金屬的繼續氧化，對自然防腐有利，但它給焊接帶來(lái)了困難，這是由于氧化鋁的熔點(diǎn)(2050℃)遠遠超過(guò)了鋁的熔點(diǎn)(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過(guò)程中，會(huì )阻礙金屬之間的熔合，易形成夾渣，而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份，焊接時(shí)會(huì )促使焊縫生成氣孔。

2.2 較大的導熱系數和比熱容 鋁的導熱系數約為鋼的四倍，因此，焊接鋁材管時(shí)，比鋼管焊接要消耗更多的熱量，為得到的焊接接頭，必需采用能量集中，功率大的熱源。
2.3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態(tài)時(shí)能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g，而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g，前后相差近20倍。鋁的導熱系數很大，在相同的焊接工藝條件下，其冷卻速度為鋼的4～7倍，使金屬結晶加快，焊接熔池在快速冷卻過(guò)程中，氫的溶解度急劇下降，此時(shí)析出大量過(guò)飽和氣體，氫氣來(lái)不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接鋁材時(shí)，焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。
2.4 易形成熱裂紋
鋁的線(xiàn)膨脹系數和結晶收縮率比鋼大約一倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形和應力，加上某些雜質(zhì)或合金元素的不利影響，在剛性較大的接頭中將導致產(chǎn)生裂紋。
2.5 燒穿和塌陷
鋁及鋁合金由固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)時(shí).由于沒(méi)有明顯的顏色變化，所以，不易判斷熔池的溫度。焊接時(shí)，常因溫度過(guò)高不易被察覺(jué)而導致燒穿或嚴重塌陷。 3 焊前準備

焊接要求：
1.持證焊工應按焊接工藝文件和其它文件焊接。



2.在焊接環(huán)境出現下列情況之一時(shí)，應采取有效防護措施，否則不準施焊：
1) 焊接環(huán)境不清潔，有灰塵、煙霧；
2) 焊接環(huán)境風(fēng)速大于或等于1.5m/s；
3) 焊接環(huán)境相對濕度大于80%；
4) 下雨、下雪的室外作業(yè)；
5) 焊接溫度低于5℃；



3.鋁材產(chǎn)品焊接設在的場(chǎng)地，場(chǎng)地應鋪設橡膠或絨布；焊接時(shí)應遠離通風(fēng)口和門(mén)窗以避免影響氣體保護效果。



4.用手工鎢極氬弧焊焊接鋁材一般都使用交流，以便產(chǎn)生陰極霧化的作用；熔化極氬弧焊則用直流反接。當由于設備所限采用直流焊接時(shí)，焊縫表面一般有一層氧化膜甚至是黑灰，這時(shí)可用鋼絲刷或抹布擦去。對焊縫表面由于焊劑熔劑殘留物或氧化而形成的白色膜可用鋼絲刷或抹布醮熱水擦去。



5.焊前預熱：由于鋁材導熱性能很強，因此一般手工鎢極氬弧焊焊接大于10mm厚度時(shí)，焊前都應預熱，但不超過(guò)100℃，焊時(shí)層間溫度也不超過(guò)100℃?？梢暰唧w情況用火焰或遠紅外線(xiàn)板進(jìn)行加熱。



6.在焊接過(guò)程中焊絲的填入點(diǎn)不應位于電弧正下方，而應位于熔池邊部，距電弧中心線(xiàn)約0.5~1.0mm處，焊絲填入點(diǎn)不得熔池表面或在電弧下橫向擺動(dòng)，以避免影響母材熔化，破壞氣體保護而使金屬氧化；焊絲回撤時(shí)勿使焊絲未端露體保護區外，以免焊絲未端被氧化后再度送進(jìn)時(shí)隨之帶入熔池。焊接時(shí)若鎢極碰到焊縫金屬應立即停止焊接，用金屬磨頭清除污染，并修磨鎢極；無(wú)論焊前還是焊接過(guò)程中，都應先切除焊絲端部已氧化的部分再焊。



7. 一條焊縫應盡量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接時(shí)，應重疊10~20 mm。多層焊縫在進(jìn)行下一道焊縫前，對前道焊縫進(jìn)行表面顏色檢查，只允許銀白色；并清除表面污染、夾渣等缺陷?；】討顫M(mǎn)，接弧處應熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法：收弧時(shí)勻速抬高電弧，同時(shí)加速填充焊絲，直至電弧熄滅，使熄弧處焊縫局部凸出，必要時(shí)打磨超標的余高。在焊機上有衰減裝置時(shí)，此熄弧方法效果更好。



8.A、B類(lèi)接頭焊縫的余高、余高差及寬度差下表 mm：
焊縫位置
焊縫余高
焊縫余高差
焊縫寬度差

鎢極氬弧焊
熔化極氬弧焊
手工焊、半自動(dòng)焊
自動(dòng)焊、機械化焊

平焊
0~3
0~5
0~2
0~3
0~2

除平焊外的其他焊縫位置
0~4
0~5
0~3
0~3
0~2




9.接管與殼體的D類(lèi)焊縫當殼體厚度≤12mm時(shí)，一般應將殼體扳邊對接焊，扳邊高度為25~30mm。



10.C、D類(lèi)接頭的焊縫厚度t，在圖樣上無(wú)其他規定時(shí)，應不小于組成角焊縫兩邊構件厚度δ1、δ2較小值的0.7倍，且不應小于3mm，在一般情況下不超過(guò)10 mm（按下圖）；在襯里或復合板復合采用蓋板搭接角焊縫時(shí)，蓋板厚度構成了角焊縫的一側邊長(cháng)度L2一般較薄，使得焊腳長(cháng)度受到側邊長(cháng)度的限制，當L2≤4mm時(shí)，應要求t≥0.7 L2。



11.C、D類(lèi)接頭的焊縫與母材應呈圓滑過(guò)渡。



12.焊縫和熱影響區表面應進(jìn)行檢查，不得有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾渣和飛濺物等缺陷，焊縫外不應有打弧點(diǎn)。



13.鋁材壓力容器焊縫表面不應有咬邊。常壓容器焊縫表面的咬邊深度不應大于0.5mm，咬邊連續長(cháng)度不應大于100mm，焊縫兩側咬邊的總長(cháng)度不應超過(guò)該焊縫長(cháng)度的10%。



14.換熱器換熱管焊接順序：管板組裝（換熱管預留長(cháng)度應不少于4mm，以便后面的機加工）；管端及管板清理；一端脹管；焊接一面管板；機加工未焊換熱管管端；脹管；管端及管板清理；焊接未焊一面的換熱管。焊接時(shí)層一般不加絲焊（層是否進(jìn)行PT或氣密性檢測按規定），但其它層應加絲焊。



15.鋁焊接應注意坡口鈍邊較大，一般為2~6mm。對有墊板的接頭，鈍邊可適當減小。當鋁板較薄時(shí)，對接焊都應考慮扳邊對接焊，如當≤3mm考慮扳邊和不加絲焊。鋁焊接可采用雙面同時(shí)焊，背面加絲或不加絲視具體情況而定。

表1 同牌號鋁焊接用焊絲
同牌號母材牌號
焊 絲
同牌號母材牌號
焊 絲

1060
SAL-3
5052
SAlMg-1

1050A
SAL-3
5A02
SAlMg-1

5A03
SAlMg-2

1200
SAL-1
5083
SAlMg-3

3003
SAlMn
5A05
SAlMg-5

3004
SAlMn
6061
SAlMg-1
SAlMg-5
SAlSi-1




表2 異種鋁焊絲焊接用焊絲
異種母材
焊 絲

純鋁+鋁錳合金
SAlMn

純鋁、鋁錳合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5

純鋁、鋁錳合金+5A03
SAlMg-2

純鋁、鋁錳合金+5083、5086
SAlMg-3

純鋁、鋁錳合金+5A06、5A05
SAlMg-5




表3 針對不同的材料和性能要求選擇焊絲
材 料
按不同性能要求推薦的焊絲

要求高強度
要求高延性
要求焊后陽(yáng)極化后顏色匹配
要求高強度
要求焊接時(shí)裂紋傾向低

1100
SAlSi-1
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1

2A16
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu

3A21
SAlMn
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1

5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5

5A05
LF14
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14

5083
ER5183
ER5356
ER5356
ER5356
ER5183

5086
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356

6A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1

6063
ER5356
ER5356
ER5356
SAlSi-1
SAlSi-1

7005
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180

7039
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180



注：ER鋁焊絲為美國標準ANSI/AWS A5.10。



表4 一般用途焊接時(shí)焊絲選用


母材之一
母材之二
7005
6A02
6061
6063
5083
5086
5A05
5A06
5A03
5A02
3A21
3003
2A16
2B16
2A12
2A




與母材配用的焊絲




SAlMg-5
SAlSi-1
ER5356
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMn
-
-
SAl-1
SAl-2
SAl-3

2A12
2A14
-
-
-
-
-
-
-
-
SAlSi-1
BJ-380A


2A16
2B16
-
-
-
-
-
-
-
SAlCu


3A21
3003
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMn
SAlMg-3


5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5


5A03
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5


5A05
5A06
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
LF14


5083
5086
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5


6A02
6061
6063
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1


7005
X5180



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。

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