鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)
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 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。
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。

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。
5A12 焊接結構件，甲板。

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




焊前預備
(1)焊前清理 鋁及鋁合金焊接時(shí)，焊前應嚴格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質(zhì)量直接影響焊接工藝與接頭質(zhì)量，如焊縫氣孔產(chǎn)生的傾向和力學(xué)性能等。常采用化學(xué)清洗和機械清理兩種方法。
1）化學(xué)清洗 化學(xué)清洗，質(zhì)量穩定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產(chǎn)的工件?？捎媒捶ê筒料捶▋煞N?？捎?、汽油、煤油等表面往油，用40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液堿洗3 min～7 min(純鋁時(shí)間稍長(cháng)但不超過(guò)20 min)，活動(dòng)凈水沖洗，接著(zhù)用室溫至60℃的30％HNO3溶液酸洗1 min～3 min，活動(dòng)凈水沖洗，風(fēng)干或低溫干燥。
2）機械清理 在工件尺寸較大、生產(chǎn)周期較長(cháng)、多層焊或化學(xué)清洗后又沾污時(shí)，常采用機械清理。先用、汽油等擦試表面以除油，隨后直接用直徑為0.15 mm～0.2 mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金屬光澤為止。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時(shí)進(jìn)進(jìn)熔池產(chǎn)生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。
工件和焊絲經(jīng)過(guò)清洗和清理后，在存放過(guò)程中會(huì )重新產(chǎn)生氧化膜，特別是在濕潤環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長(cháng)得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時(shí)間應盡量縮短，在天氣濕潤的情況下，一般應在清理后4 h內施焊。清理后如存放時(shí)間過(guò)長(cháng)(如超過(guò)24 h)應當重新處理。
(2)墊板 鋁及鋁合金在高溫時(shí)強度很低，液態(tài)鋁的活動(dòng)性能好，在焊接時(shí)焊縫金屬輕易產(chǎn)生下塌現象。為了焊透而又不致塌陷，焊接時(shí)常采用墊板來(lái)托住熔池及四周金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板表面開(kāi)一個(gè)圓弧形槽，以焊縫成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要求焊接操縱熟練或采取對電弧施焊能量嚴格自動(dòng)反饋控制等工藝措施。
(3)焊前預熱 薄、小鋁件一般不用預熱，厚度10 mm～15 mm時(shí)可進(jìn)行焊前預熱，根據不同類(lèi)型的鋁合金預熱溫度可為100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。

1070純鋁焊絲，鋁含量≥99.5%,有的抗腐蝕性能，很高的導熱與導電性能，以及的可加工性能。對經(jīng)陽(yáng)極化處理 的材料，需要配色時(shí)十分理想，推薦用于焊接1000系列鋁合金。 典型化學(xué)成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003，AL余量用途廣泛用于鐵路機車(chē)、電力、化學(xué)、食 品等行業(yè)。 執行GB10858-89標準鋁及鋁合金焊絲廣泛應用于鋁及鋁合金氬弧焊及氧 -乙炔氣焊時(shí)作填充材料。 焊絲的選擇，主要根據母材的種類(lèi)，對接頭的抗裂性能、力學(xué)性能及抗腐蝕性能等方面的要求綜合考慮
鋁材具有的物理特性和力學(xué)性能，其密度低、強度高、熱導率高、電導率高，耐蝕能力強。鋁材廣泛用于容器、機械、電力、化工、航空、航天等焊接結構的產(chǎn)品上。
（一）鋁材的分類(lèi)及牌號表示方法
1. 鋁材的分類(lèi)
（1）按有無(wú)合金成分，鋁材分為純鋁及鋁合金。鋁合金按合金系列又分為Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等。
（2）按壓力加工能力，可分為變形鋁和非變形鋁（例如：鑄鋁）。
（3）按能否熱處理強化，鋁合金又分為非熱處理強化鋁和熱處理強化鋁。鋁沒(méi)有同素異構體，純鋁、鋁錳合金、鋁鎂合金等不可能通過(guò)熱處理相變來(lái)進(jìn)步強度。但是，鋁銅和鋁鎂硅等合金可通過(guò)固溶時(shí)效析出強化相進(jìn)步強度，稱(chēng)為可熱處理強化鋁。不能通過(guò)固溶時(shí)效析出強化相進(jìn)步強度的稱(chēng)為不可熱處理強化鋁。
2. 牌號表示方法和狀態(tài)代號
（1）四位數字體系牌號命名方法 1997年1月1號，我國開(kāi)始實(shí)施GB/T16474?996《變形鋁和鋁合號表示方法》標準。新的牌號表示方法采用變形鋁和鋁合金國際牌號注冊組織推薦的國際四位數字體系牌號命名方法，例如產(chǎn)業(yè)純鋁有1070、1060等，Al-Mn合金有3003等，Al-Mg合金有5052、5086等。
（2）四位字符體系牌號命名方法 1997年1月1號前，我國采用前蘇聯(lián)的牌號表示方法。一些老牌號的鋁及鋁合金化學(xué)成分與國際四位數字體系牌號不完全吻合，不能采用國際四位數字體系牌號代替，為保存國內現有的非國際四位數字體系牌號，不得不采用四位字符體系牌號命名方法，以便逐步與國際接軌。例如：老牌號LF21的化學(xué)成分與國際四位數字體系牌號3003不完全吻合，于是，四位字符體系表示的牌號為3A21。
四位數字體系和四位字符體系牌號個(gè)數字表示鋁及鋁合金的種別，其含義如下：
1）1XXX系列棗產(chǎn)業(yè)純鋁；
2）2XXX系列棗Al-Cu、Al-Cu-Mn合金，；
3）3XXX系列棗Al-Mn合金；
4）4XXX系列棗Al-Si合金；
5）5XXX系列棗Al-Mg合金；
6）6XXX系列棗Al-Mg-Si合金；
7）7XXX系列棗Al-Mg-Si-Cu合金；
8）8XXX系列棗其它。

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

氣孔產(chǎn)生原因：鋁焊接氣孔主要是氫進(jìn)入焊接熔池而形成的。氫來(lái)源有：材料、焊絲、保護氣體、送絲機構、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等，如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機構上有油污或汗漬等。預防措施：
6.1.1材料及焊絲內的含氫量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面應去除油污及氧化膜，存放時(shí)間不超過(guò)4h。表面清理后應用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側；
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲，不然處理方法同上；
6.1.4 保護氣體內雜質(zhì)含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保護氣體管路：一般采用不銹鋼管或銅管，軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管；焊前應檢查冷卻水管道，確保不會(huì )漏水；當環(huán)境濕度很大時(shí)，應對保護氣體進(jìn)行加熱對管路進(jìn)行吹掃；
6.1.6 送絲機構：不得有油污，送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍，并焊前清理管內污染和冷凝水；
6.1.7現場(chǎng)環(huán)境：溫度不宜超過(guò)25℃，相對濕度不超過(guò)50%，保持環(huán)境清潔；
6.1.8焊工：工作服裝盡量是白色的，以便能及時(shí)發(fā)現和清理污染。焊時(shí)注意汗水和油漬不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都應在試板上試焊，以便檢查保護氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預防措施：用雙面焊代替單面焊；每道焊縫薄時(shí)比厚時(shí)有利于氣孔逸出；大直徑焊絲有利于減少氣孔；焊前預熱、焊后緩冷；降低電弧電壓、電流、降低焊接速度，有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因：材料焊接性較差；選擇焊絲時(shí)沒(méi)考慮抗裂性；結構的拘束度過(guò)大。預防措施：
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應考慮其抗裂性而不能只考慮強度；必要時(shí)可考慮對焊件進(jìn)行退火后焊接，焊后再淬火時(shí)效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲，如含Si等低熔點(diǎn)元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度，合理安排焊接順序，讓焊縫能夠有橫向收縮余量，以減小焊接應力。沒(méi)有必要定位焊的就不要焊定位焊，能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求：
1.封頭拼縫焊后應進(jìn)行RT，成形后再按規定RT或PT。
2.A、B類(lèi)焊縫一般進(jìn)行RT。
3.容器上的C、D類(lèi)焊接接頭進(jìn)行PT。
4.鋁材表面補焊焊縫進(jìn)行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時(shí)固定連接焊縫拆除后的焊痕等進(jìn)行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。

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