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




焊接原理
利用一切可利用的熱源加熱母材至400℃（溫度可高不可低），靠母材熱傳導熔融焊絲成型
WE53的操作注意細節
1）母材的表面清理干凈。即清即焊。
2）母材的溫度得達到400℃，包括焊接的過(guò)程中母材的溫度也要保持400℃，并且溫度可高不可低。
3）忌諱用火焰刻意去燒WE53焊絲，母材溫度達到400℃以后，焊絲自然會(huì )靠母材熱傳導熔融。
WE53低溫鋁焊絲下焊絲的方法
一邊用熱源加熱焊接處，一遍用WE53焊絲劃焊接處，就像劃火柴一樣，劃焊絲的角度是60度-80度角度，劃一下收回來(lái)，收回來(lái)再劃，反復這個(gè)操作直到將WE53焊絲劃到母材上面薄薄一層為正確效果，就像將蠟燭劃到紅的鐵上面的那種效果（如果是像蚯蚓一樣爬到母材上的話(huà)說(shuō)明劃的角度力度不正確或者錯誤地用火燒了焊絲）。當用WE53焊絲劃母材表面得時(shí)候，熱源盡量回避一下避免直接用熱源去燒焊絲，可以將熱源移動(dòng)到焊接處附近而不能夠完全移除熱源，這樣的好處是避免熱散失。
WE53焊絲的溫度掌握
按照上面介紹的下焊絲的方法可以避免對溫度掌握不敏感的師傅燒壞薄鋁，因為你在邊加熱，邊劃WE53焊絲的過(guò)程實(shí)際上也是一個(gè)測試溫度的過(guò)程，因為母材的溫度不夠的話(huà)，WE53焊絲是不會(huì )熔融到母材上面的，不熔融到母材，表明母材溫度不夠，溫度不夠你就不用擔心燒壞母材，就放心大膽地繼續加熱。
WE53不銹鋼小刷的用處
1）焊前作表面處理，破除鋁的表面得氧化膜，通俗地說(shuō)刷“起毛”。
2）當加熱劃焊絲到母材上面后，此時(shí)用不銹鋼的小刷刷拭熔融的WE53焊層，至母材毛細，然后方便后面的第二遍焊接，換句話(huà)說(shuō)，只有經(jīng)過(guò)2遍的焊接才是完整的焊接，第二遍焊接是在遍刷拭的基礎上進(jìn)行，這樣才能夠表現出很好的浸潤性。

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。

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。

鎳基合金焊絲焊接注意事項:
1、焊接處須油污、鐵銹、水份等表面雜質(zhì)。
2、焊接時(shí)，采用小線(xiàn)能量，建議采用較低的道間溫度。
3、所使用的氬氣的純度要在以上且氣體的流量控制要適當，通常焊接電流在100-200A時(shí)，氣體流量約為10-15L/min。
4、施焊時(shí)有適當的設施，否則保護氣體易受風(fēng)的影響而致氣體保護不良。使焊道劣化而發(fā)生氣孔。
5、適當選擇噴嘴及控制鎢電的恰當伸岀長(cháng)度。

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