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。

鋁合金是以鋁為基體元素和加入一種或多種合金元素組成的合金。一般采用交直流方波鎢極氬弧焊和脈沖MIG焊進(jìn)行焊接，脈沖MIG焊又分為一脈一滴脈沖MIG焊和高速脈沖MIG焊。脈沖MIG焊采用焊絲分為：純鋁焊絲301；鋁硅焊絲4043；鋁鎂焊絲5356；保護氣采用高純度氬氣：99.99%Ar。
鋁合金具有重量輕、抗腐蝕、易成型等優(yōu)點(diǎn)；隨著(zhù)新型硬鋁、超硬鋁等材料的出現使得這類(lèi)材料的性能不斷提高，因而在航空、航天、高速列車(chē)、高速艦艇、汽車(chē)等工業(yè)制造領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應用。

由于鋁及其合金化學(xué)活潑性很強和自身的屬性，使得在焊接時(shí)較困難，對焊縫的質(zhì)量控制要求較高，主要為：
1、鋁及其合金，表面易形成氧化膜：Al2O3或MgO，且多具有難熔性質(zhì)（Al2O3熔點(diǎn)約為2050℃，MgO熔點(diǎn)約為2500℃）。
2、氧化膜(Al2O3或MgO)密度同鋁的密度極其接近，所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。
3、氧化膜（MgO）可以吸收較多的水分而形成焊縫氣孔。
4、鋁及其合金導熱性強，焊接時(shí)容易造成不熔合現象。
5、鋁及其合金的線(xiàn)膨脹系數大約為碳鋼的2倍；導熱性又強，比鋼約大一倍多；凝固時(shí)的體積收縮率較大，約為6.5％，而鐵為3.5％。焊接后容易產(chǎn)生變形、熱裂紋以及熱影響區的軟化、強度降低等問(wèn)題。
針對以上問(wèn)題，采用四川瑪瑞焊業(yè)發(fā)展有限公司高速脈沖MIG焊機可以很好的解決以上問(wèn)題，同時(shí)獲得的焊接質(zhì)量。
高速脈沖MIG焊機焊接時(shí)電弧過(guò)度脈沖頻率為3kHz—5kHz，自動(dòng)形成壓縮電弧，電弧電流密度大，從而使焊接時(shí)：
① 電弧更集中，小電流焊接時(shí)可以代替TIG焊
② 穿透力更強，不易造成未熔合
③ 攪拌力更大和更深，不易造成氣孔和夾渣
④ 高速脈沖對Al2O3破除效果好
⑤ 焊接速度更快，熱影響區小、變形小

另外，還得注意氣孔的形成原因和焊接參數匹配。焊縫氣孔的出現一般多為氫氣孔。氫氣孔的形成主要為：
1、弧柱氣氛中的水分: 弧柱空間總是或多或少存在一定數量的水分，尤其在潮濕季節或濕度大的地區進(jìn)行焊接時(shí)，由弧柱氣氛中水分分解而來(lái)的氫，溶入過(guò)熱的熔融金屬中，可成為焊縫氣孔的原因。
2、焊絲、母材表面氧化膜的吸附水份：鋁合金焊絲、母材的表面氧化膜中含有不致密的MgO或Al2O3，焊接時(shí)，在熔透不足的情況下，母材坡口端部未除凈的氧化膜中所吸附的水分，常常是產(chǎn)生焊縫氣孔的主要原因。
3、保護氣體不純：保護氣體多為氬氣，氬氣中含有水份或雜質(zhì)，焊接時(shí)造成焊縫氣孔。
一般說(shuō)來(lái)，鋁及其合金焊接線(xiàn)能量越大，焊縫性能下降的趨勢也越大。對于熔合區，除了防止晶粒粗化，還可能因晶界液化而產(chǎn)生顯微裂紋。所以，熔合區的變化主要是惡化塑性。因而焊接工藝參數應選用既不造成未熔合又不過(guò)燒的合理參數才能確保鋁及其合金的焊接質(zhì)量。

應用舉例：鋁母線(xiàn)的焊接
大中型發(fā)電機組的槽形和管形，小型機組的板狀母線(xiàn)。
1、母線(xiàn)材質(zhì)、焊接材料及設備
母線(xiàn)材質(zhì)：L2工業(yè)純鋁；
焊材：絲301或絲311；
焊接設備：交流氬弧、熔化極氣體保護焊機。
2、對接坡口及接頭墊板
（1）對接坡口及其尺寸
δ≤6mm，不開(kāi)坡口，間隙2-5mm；
δ=6-20mm，70oV型坡口，間隙5-8mm，鈍邊1-2mm。
（2）坡口根部墊板
1）鋁質(zhì)或鋼質(zhì)；
2）墊板的大小視母線(xiàn)形狀和尺寸而選擇；
3）母線(xiàn)為板狀或槽狀時(shí)，選板形墊板；
4）母線(xiàn)為管形時(shí)，一般選純鋁墊圈；
5）母線(xiàn)封閉外殼的環(huán)縫對接選用帶弧形槽的鋼墊板。
3、清洗工藝
（1）焊絲清洗：分焊絲整理，堿洗，酸洗，烘干存放幾個(gè)步驟。烘好的焊絲要隨即使用，避免再次氧化。
（2）焊件坡口清理
1）化學(xué)清洗 ：采用清洗劑進(jìn)行清洗。
2）機械清洗：先用（、松香或汽油）擦拭表面除油污，然后用細鋼絲刷或刮刀使母材焊接區刮至有金屬光澤為止。
（3）焊接過(guò)程中的清理
清除焊接過(guò)程中出現的黑斑、粘合、夾渣（鏟削）。
4、焊接工藝
（1）預熱：一般可采取電阻爐加熱。高一些為好，但不要超過(guò)250oC。
（2）工藝要點(diǎn)：TIG焊
1）大規范參數：鎢棒直徑3-6mm,焊絲直徑2.4-6mm，焊接電流250-400A，氬氣流量15-20l/min（視噴嘴大小決定）。
2）點(diǎn)焊要求
直線(xiàn)焊縫先點(diǎn)焊兩端，后點(diǎn)焊中部至少三處，每處約60～80mm；
外殼環(huán)焊縫每隔60o點(diǎn)焊一處，每處長(cháng)約80mm左右；
管形主母線(xiàn)沿圓周均分2-4處點(diǎn)焊，每處長(cháng)約40-50mm。
3）好用鋁制引弧板引弧和收弧。

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。

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

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

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