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。

焊接工藝
1焊接材料的選擇
焊絲原則上選擇與母材成分相同的鋁及鋁合金焊絲或板條。氬氣純度＞99.95%，盡量選用大直徑焊絲。在A(yíng)l-Mg系鋁合金的弧焊中，通常都是推薦使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條，對Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。
2 組對與點(diǎn)固焊
由于鋁及鋁合金管導熱快、熔池結晶快，所以.組對時(shí)不留間隙、鈍邊，應避免強制進(jìn)行，以減少焊接后產(chǎn)生較大的殘余應力，定位焊縫長(cháng)度10-15mm為易。定位焊位置在管的7點(diǎn)、9點(diǎn)、12點(diǎn)處。定位焊焊縫常做為正式焊縫保留，因此發(fā)現問(wèn)題應及時(shí)處理。焊前對定位焊表面黑粉、氧化膜進(jìn)行清除，并將兩端修成緩坡型。焊件不需要預熱.焊前在試板上試焊，當確認無(wú)氣孔后再進(jìn)行正式焊接。采用高頻引弧，起弧點(diǎn)應越過(guò)中心線(xiàn)20mm左右，并停留不動(dòng)約2-3秒。然后在焊透的情況下，采用大電流、快速焊。焊絲不擺動(dòng)，焊絲端部不應離開(kāi)氬氣保護區。如離開(kāi)氬氣保護區.焊絲端部應剪掉。焊絲與焊縫表面的夾角宜在15O右。焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80O～90O之間。為氬氣保護區和增強保護效果，可采用大直徑焊槍瓷嘴，加大焊槍氬氣流量。當噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著(zhù)時(shí)。將飛濺物清除或更換噴嘴。當鎢極端部出現污染，形狀不規則等現象時(shí).修整或更換。鎢極不宜伸出噴嘴外。焊接溫度的控制主要是焊接速度和焊接電流大小的控制。試驗結果表明，大電流、快速焊能有效防止氣孔的產(chǎn)生。這主要是由于在焊接過(guò)程中以較快速度焊透焊縫，熔化金屬受熱時(shí)間短，吸收氣體的機會(huì )少。收弧時(shí)，注意填滿(mǎn)弧坑,縮小溶池,避免產(chǎn)生縮孔,終點(diǎn)的結合處應焊過(guò)20~30mm。?；『?，要延遲停氣6秒?？尚D的鋁及鋁合金管對接平焊時(shí).焊炬應處于稍帶上坡焊位置。這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時(shí)?？刹惶罴雍附z。但以后的焊層需加焊絲。

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。

容器規范采用的鋁及鋁合金 要求制造容器的材料具有良好的成形性和焊接性，JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》中采用的鋁及鋁合金有：
產(chǎn)業(yè)純鋁 1A85、1050A、1060和1200。
Al-Cu合金 2014。
Al-Mn合金 3003和3004。
Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5052、5058和5086。
Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。
典型牌號鋁及鋁合金化學(xué)成分和力學(xué)性能，可查閱相關(guān)標準。
鋁及鋁合金的焊接工藝
鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)
(1) 鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，天生的氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)高、非常穩定，不易往除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易天生夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊縫產(chǎn)生氣孔。焊接前應采用化學(xué)或機械方法進(jìn)行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過(guò)程加強保護，防止其氧化。鎢極氬弧焊時(shí)，選用交流電源，通過(guò)“陰極清理”作用，往除氧化膜。氣焊時(shí)，采用往除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時(shí)，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護，或者采用大規范的熔化極氣體保護焊，在直流正接情況下，可不需要“陰極清理”。
（2）鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過(guò)程中，大量的熱量能被迅速傳導到基體金屬內部，因而焊接鋁及鋁合金時(shí)，能量除消耗于熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無(wú)謂消耗于金屬其他部位，這種無(wú)用能量的消耗要比鋼的焊接更為明顯，為了獲得的焊接接頭，應當盡量采用能量集中、功率大的能源，有時(shí)也可采用預熱等工藝措施。
（3）鋁及鋁合金的線(xiàn)膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時(shí)的體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大，因此，需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時(shí)輕易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產(chǎn)中可采用調整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性答應的情況下，可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5％時(shí)熱裂傾向較大，隨著(zhù)硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，活動(dòng)性明顯進(jìn)步，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產(chǎn)經(jīng)驗，當含硅5％～6％時(shí)可不產(chǎn)生熱裂，因而采用SAlSi條(硅含量4．5％～6％)焊絲會(huì )有更好的抗裂性。
（4）鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉態(tài)時(shí)，沒(méi)有明顯的光彩變化，焊接操縱時(shí)判定難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，輕易焊穿。
（5）鋁及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫，固態(tài)幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過(guò)程中，氫來(lái)不及溢出，極易形成氫氣孔?；≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來(lái)源。因此，對氫的來(lái)源要嚴格控制，以防止氣孔的形成。
（6）合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能下降。
（7）母材基體金屬如為變形強化或固溶時(shí)效強化時(shí)，焊接熱會(huì )使熱影響區的強度下降。
（8） 鋁為面心立方晶格，沒(méi)有同素異構體，加熱與冷卻過(guò)程中沒(méi)有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過(guò)相變來(lái)細化晶粒。

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