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。

鋁合金焊接保護措施
1、焊前用化學(xué)+機械的方法清除工件坡口及周?chē)糠趾秃附z表面的氧化物，順序是先化學(xué)清洗，后機械打磨；
2、焊接過(guò)程中要采用合格的保護氣體進(jìn)行保護；
3、在氣焊時(shí)，采用熔劑，在焊接過(guò)程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
焊接難點(diǎn)
（1）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。
（2）易產(chǎn)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因是氫，由于液態(tài)鋁可溶解大量的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因此當熔池溫度快速冷卻與凝固時(shí)，氫來(lái)不及逸出，容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔難于完全避免，氫的來(lái)源很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲表面氧化膜吸附空氣中的水分等。實(shí)踐，即使氬氣按GB/T4842標準要求，純度達到99．99% 以上，但當水分含量達到20ppm時(shí)，也會(huì )出現大量的致密氣孔，當空氣相對濕度超過(guò)80%時(shí)，如果不采取加熱等措施，焊縫就會(huì )明顯出現氣孔。同時(shí)，采用小電流慢速焊，加大焊縫冷卻時(shí)間，并利用焊絲電弧進(jìn)行熔池攪動(dòng)，可以較好的幫助氣體排出熔池。
（3）焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線(xiàn)膨脹系數和結晶收縮率約比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形的內應力，對剛性較大的結構將促使熱裂紋的產(chǎn)生。
（4）鋁的導熱系數大（純鋁0．538卡/Cm．s．℃）。約為鋼的4倍，因此，焊接鋁和鋁合金時(shí)，比焊鋼要消耗更多的熱量。
（5）合金元素的蒸發(fā)的燒損。鋁合金中含有低沸點(diǎn)的元素（如鎂、鋅、錳等），在高溫電弧作用下，極易蒸發(fā)燒損，從而改變焊縫金屬的化學(xué)成分，使焊縫性能下降。
（6）高溫強度和塑性低。高溫時(shí)鋁的強度和塑性很低，破壞了焊縫金屬的成形，有時(shí)還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現象。
（7）無(wú)色彩變化。鋁及鋁合金從固態(tài)轉為液態(tài)時(shí)，無(wú)明顯的顏色變化，使操作者難以掌握加熱溫度

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




焊接材料
（1）焊絲 鋁及鋁合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外，按容器要求應使對接接頭的抗拉強度、塑性(通過(guò)彎曲試驗)達到規定要求，對含鎂量超過(guò)3％的鋁鎂合金應滿(mǎn)足沖擊韌性的要求，對有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應達到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則：
1）純鋁焊絲的純度一般不低于母材；
2）鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材相應或相近；
3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等)的含量一般不低于母材；
4）異種鋁材焊接時(shí)應按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲；
5）不要求耐蝕性的高強度鋁合金(熱處理強化鋁合金)可采用異種成分的焊絲，如抗裂性好的鋁硅合金焊絲SAlSi一1等(留意強度可能低于母材)。
（2）保護氣體 保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時(shí)，采用大于99．9％純氬氣，直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時(shí)，板厚<25 mm時(shí)宜用氬氣；板厚25 mm～50 mm時(shí)氬氣中宜添加10％～35％的氦氣；板厚50mm-75mm時(shí)氬氣中宜添加l0％～35％或50％的氦氣；當板厚>75 mm時(shí)推薦采用添加50％～75％氦氣的氬氣。氬氣應符合GB／T 4842?995《純氬》的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足，不能使用。
(3)鎢極 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，不易熔化揮發(fā)，電極燒損及尖真個(gè)污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加進(jìn)1％～2％氧化釷的電極為釷鎢極，電子發(fā)射能力強，答應的電流密度高，電弧燃燒較穩定，但釷元素具有一定的，使用時(shí)應采取適當的防護措施。在純鎢中加進(jìn)1.8％～2.2％的氧化鈰(雜質(zhì)≤0.1％)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學(xué)穩定性高，答應電流密度大，無(wú)，是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬，易保持半球形，適用于交流焊接。
（4）焊劑 氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物，可往除氧化膜。

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。

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

不銹鋼焊絲常用型號有哪些？
不銹鋼焊絲常用的型號有： 1. ER308：適用于焊接AISI 301、302、304、304L、305和308不銹鋼等。 2. ER309：適用于焊接AISI 309、310、316、316L、321和347不銹鋼等。 3. ER316：適用于焊接AISI 316、316L和318不銹鋼等。 4. ER347：適用于焊接AISI 321和347不銹鋼等。 5. ER2209：適用于焊接雙相不銹鋼（如SAF 2205）。 6. ER410：適用于焊接高強度、高抗腐蝕性的馬氏體不銹鋼。 這些常用型號的不銹鋼焊絲可根據具體的材質(zhì)要求和焊接工藝選擇使用。

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