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(qiáng)。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(xù)氧化，對(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)熱系數(shù)和比熱容
鋁的導(dǎo)熱系數(shù)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?dú)錃饪?。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(dǎo)熱系數(shù)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(jié)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(jī)油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件。
5A03 中等強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來(lái)代替5A02合金。
5A05 焊接結(jié)構(gòu)件，飛機(jī)蒙皮骨架。
5A06 焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機(jī)蒙皮骨部件。
5A12 焊接結(jié)構(gòu)件，甲板。

1070純鋁焊絲，鋁含量≥99.5%,有的抗腐蝕性能，很高的導(dǎo)熱與導(dǎo)電性能，以及的可加工性能。對(duì)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(jī)車、電力、化學(xué)、食 品等行業(yè)。 執(zhí)行GB10858-89標(biāo)準(zhǔn)鋁及鋁合金焊絲廣泛應(yīng)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(jù)母材的種類，對(duì)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(qiáng)度高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高，耐蝕能力強(qiáng)。鋁材廣泛用于容器、機(jī)械、電力、化工、航空、航天等焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品上。
（一）鋁材的分類及牌號(hào)表示方法
1. 鋁材的分類
（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(qiáng)化，鋁合金又分為非熱處理強(qiáng)化鋁和熱處理強(qiáng)化鋁。鋁沒(méi)有同素異構(gòu)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(qiáng)度。但是，鋁銅和鋁鎂硅等合金可通過(guò)固溶時(shí)效析出強(qiáng)化相進(jìn)步強(qiáng)度，稱為可熱處理強(qiáng)化鋁。不能通過(guò)固溶時(shí)效析出強(qiáng)化相進(jìn)步強(qiáng)度的稱為不可熱處理強(qiáng)化鋁。
2. 牌號(hào)表示方法和狀態(tài)代號(hào)
（1）四位數(shù)字體系牌號(hào)命名方法 1997年1月1號(hào)，我國(guó)開始實(shí)施GB/T16474?996《變形鋁和鋁合號(hào)表示方法》標(biāo)準(zhǔn)。新的牌號(hào)表示方法采用變形鋁和鋁合金國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)組織推薦的國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)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(hào)命名方法 1997年1月1號(hào)前，我國(guó)采用前蘇聯(lián)的牌號(hào)表示方法。一些老牌號(hào)的鋁及鋁合金化學(xué)成分與國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)不完全吻合，不能采用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)代替，為保存國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的非國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)，不得不采用四位字符體系牌號(hào)命名方法，以便逐步與國(guó)際接軌。例如：老牌號(hào)LF21的化學(xué)成分與國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)3003不完全吻合，于是，四位字符體系表示的牌號(hào)為3A21。
四位數(shù)字體系和四位字符體系牌號(hào)個(gè)數(shù)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。

鋁鋁焊絲又稱鋁鋁藥芯焊絲，因此種焊絲可以把鋁材和鋁材焊接起來(lái)而得名。它不同于普通鋁焊絲要用氬弧焊機(jī)焊接，也不同于鋁硅焊絲4047需要配合釬劑才能焊接，而只需通過(guò)火焰或感應(yīng)直接可以釬焊焊接（因?yàn)樽詭рF劑，所以不需要另加釬劑）。
此焊絲焊接出來(lái)的工件的抗拉抗剪強(qiáng)度（接頭牢固性不低于基材）、導(dǎo)電性能、耐腐蝕性能都較好，而且質(zhì)量穩(wěn)定，此焊絲的釬劑成分和性能見嵩峰機(jī)電。
與使用氬弧焊機(jī)用鋁焊絲焊接相比，用鋁鋁焊絲工人操作簡(jiǎn)單、焊接設(shè)備簡(jiǎn)單、焊接不會(huì)使基材的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化

鋁合金越來(lái)越多的用于機(jī)械制造行業(yè). 隨之而來(lái)的是對(duì)鋁合金焊接的要求也越來(lái)越高。目前國(guó)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、火車及汽車箱體、摩托車架、壓力容器、軌道交通、工作平臺(tái)及飛機(jī)等。



這里僅介紹基本的鋁合金知識(shí)和MIG焊技巧 (所有材料牌號(hào)參照AWS 標(biāo)準(zhǔn))。



1.鋁合金分類及對(duì)應(yīng)焊材



1.1. 純鋁 (1xxx 系列), 可焊性很好, 對(duì)應(yīng)焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 鋁銅合金 (2xxx 系列), 可焊性較差, 對(duì)應(yīng)焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 鋁錳合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 對(duì)應(yīng)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(qiáng)度, 可焊性很好, 對(duì)應(yīng)焊絲: ER5356、ER5183 等
1.6. 鋁鎂硅合金 (6xxx 系列), 應(yīng)用廣, 可焊性好, 對(duì)應(yīng)焊絲: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 鋁鋅合金 (7xxx 系列), 高強(qiáng)度, 用于飛機(jī)制造業(yè), 可焊性很差易裂, 對(duì)應(yīng)焊絲: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它鋁合金 (8xxx 系列), 可焊性很差

鋁及鋁合金焊接規(guī)程詳解
本規(guī)程規(guī)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(yīng)符合GB/T4842或GB10624的規(guī)定。當(dāng)瓶裝氬氣的壓力≤0.5Mpa時(shí)不宜使用。（氬氣內(nèi)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(xiàn)密集的黑點(diǎn)、電弧不穩(wěn)和飛濺較大；含水量≥0.07%，熔池將沸騰并焊縫內(nèi)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(yīng)根據(jù)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(guī)格大一號(hào)的鎢極），電極端部應(yīng)為半球形（制作半球形方法：用比焊接電流所要求的規(guī)格大一號(hào)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(zhǔn)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(diào)成糊狀或直接將焊劑粉放在坡口和兩側(cè)。當(dāng)焊接角焊縫時(shí)應(yīng)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(hào)的鋁材相焊時(shí)，當(dāng)圖紙和工藝都沒(méi)有規(guī)定時(shí)，按耐腐蝕性能較好和強(qiáng)度級(jí)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(cè)》）：

焊接要求：
1.持證焊工應(yīng)按焊接工藝文件和其它文件焊接。



2.在焊接環(huán)境出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)采取有效防護(hù)措施，否則不準(zhǔn)施焊：
1) 焊接環(huán)境不清潔，有灰塵、煙霧；
2) 焊接環(huán)境風(fēng)速大于或等于1.5m/s；
3) 焊接環(huán)境相對(duì)濕度大于80%；
4) 下雨、下雪的室外作業(yè)；
5) 焊接溫度低于5℃；



3.鋁材產(chǎn)品焊接設(shè)在的場(chǎng)地，場(chǎng)地應(yīng)鋪設(shè)橡膠或絨布；焊接時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離通風(fēng)口和門窗以避免影響氣體保護(hù)效果。



4.用手工鎢極氬弧焊焊接鋁材一般都使用交流，以便產(chǎn)生陰極霧化的作用；熔化極氬弧焊則用直流反接。當(dāng)由于設(shè)備所限采用直流焊接時(shí)，焊縫表面一般有一層氧化膜甚至是黑灰，這時(shí)可用鋼絲刷或抹布擦去。對(duì)焊縫表面由于焊劑熔劑殘留物或氧化而形成的白色膜可用鋼絲刷或抹布醮熱水擦去。



5.焊前預(yù)熱：由于鋁材導(dǎo)熱性能很強(qiáng)，因此一般手工鎢極氬弧焊焊接大于10mm厚度時(shí)，焊前都應(yīng)預(yù)熱，但不超過(guò)100℃，焊時(shí)層間溫度也不超過(guò)100℃?？梢暰唧w情況用火焰或遠(yuǎn)紅外線板進(jìn)行加熱。



6.在焊接過(guò)程中焊絲的填入點(diǎn)不應(yīng)位于電弧正下方，而應(yīng)位于熔池邊部，距電弧中心線約0.5~1.0mm處，焊絲填入點(diǎn)不得熔池表面或在電弧下橫向擺動(dòng)，以避免影響母材熔化，破壞氣體保護(hù)而使金屬氧化；焊絲回撤時(shí)勿使焊絲未端露體保護(hù)區(qū)外，以免焊絲未端被氧化后再度送進(jìn)時(shí)隨之帶入熔池。焊接時(shí)若鎢極碰到焊縫金屬應(yīng)立即停止焊接，用金屬磨頭清除污染，并修磨鎢極；無(wú)論焊前還是焊接過(guò)程中，都應(yīng)先切除焊絲端部已氧化的部分再焊。



7. 一條焊縫應(yīng)盡量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接時(shí)，應(yīng)重疊10~20 mm。多層焊縫在進(jìn)行下一道焊縫前，對(duì)前道焊縫進(jìn)行表面顏色檢查，只允許銀白色；并清除表面污染、夾渣等缺陷?；】討?yīng)填滿，接弧處應(yīng)熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法：收弧時(shí)勻速抬高電弧，同時(shí)加速填充焊絲，直至電弧熄滅，使熄弧處焊縫局部凸出，必要時(shí)打磨超標(biāo)的余高。在焊機(jī)上有衰減裝置時(shí)，此熄弧方法效果更好。



8.A、B類接頭焊縫的余高、余高差及寬度差下表 mm：
焊縫位置
焊縫余高
焊縫余高差
焊縫寬度差

鎢極氬弧焊
熔化極氬弧焊
手工焊、半自動(dòng)焊
自動(dòng)焊、機(jī)械化焊

平焊
0~3
0~5
0~2
0~3
0~2

除平焊外的其他焊縫位置
0~4
0~5
0~3
0~3
0~2




9.接管與殼體的D類焊縫當(dāng)殼體厚度≤12mm時(shí)，一般應(yīng)將殼體扳邊對(duì)接焊，扳邊高度為25~30mm。



10.C、D類接頭的焊縫厚度t，在圖樣上無(wú)其他規(guī)定時(shí)，應(yīng)不小于組成角焊縫兩邊構(gòu)件厚度δ1、δ2較小值的0.7倍，且不應(yīng)小于3mm，在一般情況下不超過(guò)10 mm（按下圖）；在襯里或復(fù)合板復(fù)合采用蓋板搭接角焊縫時(shí)，蓋板厚度構(gòu)成了角焊縫的一側(cè)邊長(zhǎng)度L2一般較薄，使得焊腳長(zhǎng)度受到側(cè)邊長(zhǎng)度的限制，當(dāng)L2≤4mm時(shí)，應(yīng)要求t≥0.7 L2。



11.C、D類接頭的焊縫與母材應(yīng)呈圓滑過(guò)渡。



12.焊縫和熱影響區(qū)表面應(yīng)進(jìn)行檢查，不得有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾渣和飛濺物等缺陷，焊縫外不應(yīng)有打弧點(diǎn)。



13.鋁材壓力容器焊縫表面不應(yīng)有咬邊。常壓容器焊縫表面的咬邊深度不應(yīng)大于0.5mm，咬邊連續(xù)長(zhǎng)度不應(yīng)大于100mm，焊縫兩側(cè)咬邊的總長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)該焊縫長(zhǎng)度的10%。



14.換熱器換熱管焊接順序：管板組裝（換熱管預(yù)留長(zhǎng)度應(yīng)不少于4mm，以便后面的機(jī)加工）；管端及管板清理；一端脹管；焊接一面管板；機(jī)加工未焊換熱管管端；脹管；管端及管板清理；焊接未焊一面的換熱管。焊接時(shí)層一般不加絲焊（層是否進(jìn)行PT或氣密性檢測(cè)按規(guī)定），但其它層應(yīng)加絲焊。



15.鋁焊接應(yīng)注意坡口鈍邊較大，一般為2~6mm。對(duì)有墊板的接頭，鈍邊可適當(dāng)減小。當(dāng)鋁板較薄時(shí)，對(duì)接焊都應(yīng)考慮扳邊對(duì)接焊，如當(dāng)≤3mm考慮扳邊和不加絲焊。鋁焊接可采用雙面同時(shí)焊，背面加絲或不加絲視具體情況而定。