鋁及鋁合金在現(xiàn)代工程技術(shù)所用的各種材料中占有舉足輕重的地位，它在世界年產(chǎn)量?jī)H次于鋼鐵而居第二位，在有色金屬中則居位。如果說鋁合金初是在航空工業(yè)中嶄露頭角的話，那么近幾十年來，除航空工業(yè)外，在航天、汽車、船舶、橋梁、機(jī)械制造、電工、化學(xué)工業(yè)及低溫裝置中已大量應(yīng)用鋁及鋁合金，以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導(dǎo)線等。目前鋁合金焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣的是防銹鋁合金，即鋁鎂合金和鋁錳合金。


?保護(hù)氣體的選擇?
焊接時(shí)所用的保護(hù)氣體有惰性氣體氬氣（Ar）和氦氣（He），生產(chǎn)上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿足下列純度（體積分?jǐn)?shù)）要求：氬氣大于99.99%，氦氣小于0.04%，氧氣小于0.03%，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.07%。目前國內(nèi)生產(chǎn)的氬氣，其純度一般能達(dá)到此要求，故在使用前不需再進(jìn)行提純處理。
?鎢電極的選用?


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，不容易熔化揮發(fā)，但電子發(fā)射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%~2.0%的氧化釷（Tho）電極稱為釷鎢極。它的電子發(fā)射能力強(qiáng)，允許的電流密度高，電弧燃燒穩(wěn)定。
?溶劑的選擇?
在氣焊、碳弧焊過程中，熔化的金屬表面極易氧化而形成氧化膜，為焊接質(zhì)量，用熔劑去除氧化膜及其他雜質(zhì)。氣焊、碳弧焊用的熔劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
?焊絲的選用?
在鋁合金材料的焊接過程中，鋁合金用焊絲的選用至關(guān)重要，選取前應(yīng)該了解以下內(nèi)容：
?是否所有的鋁合金材料都可用作焊接填充合金？
?是否所有的鋁合金都可以焊接？
?應(yīng)避免發(fā)生的缺陷有哪些？
?如何選擇焊接填充合金？
?選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的標(biāo)準(zhǔn)是什么？
?鋁合金系列需要了解?
選擇什么樣的焊絲？
一種母材可以用多種鋁合金焊材完成焊接 ，如5083-5083的焊接：可用 5356，5183，5556 等焊絲。但是每一種焊絲得到的焊接接頭可能只能在某一個(gè)性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時(shí)，主要應(yīng)考慮焊接件的終使用性能。整體來說，主要考察以下幾個(gè)性能指標(biāo)：


總之，選擇鋁合金焊絲過程中，只有在對(duì)鋁件焊接及其應(yīng)用中的許多相關(guān)變量進(jìn)行了充分分析后，才能選擇出合適的合金填料。

5183（鋁焊條／鋁焊絲）特性如下：主要元素合金有：鎂、錳、鉻。不可以熱處理，熔化溫度為：579℃～638℃，抗腐蝕能力：A（Gen）A（Sc c ），，密度：2.66克／㎝3，陽極化處理后為白色。5183鋁焊條于1957年被發(fā)明，用于5083及類似的高強(qiáng)度的鋁合金材料的焊接，它的焊接強(qiáng)度要5356.


鋁和鋁合金管焊接特點(diǎn)和方法
鋁合金由于重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50 %以上。因此，鋁及鋁合金除廣泛的應(yīng)用于航空、航天和電工等領(lǐng)域外，同時(shí)還越來越多的應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)。濮陽中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金(主要有：5083、5183、5A02相當(dāng)于舊牌號(hào)中的LF2、LF4)。但是鋁及鋁合金在焊接過程中，易出現(xiàn)氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問題。此類材質(zhì)是被公認(rèn)為焊接難度較大的被焊接材料，特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此，解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過程中解決的問題。
2、鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)
2.1 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，但它給焊接帶來了困難，這是由于氧化鋁的熔點(diǎn)(2050℃)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點(diǎn)(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，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。

2.2 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。
2.3 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程中，氫的溶解度急劇下降，此時(shí)析出大量過飽和氣體，氫氣來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。
2.4 易形成熱裂紋
鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率比鋼大約一倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形和應(yīng)力，加上某些雜質(zhì)或合金元素的不利影響，在剛性較大的接頭中將導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。
2.5 燒穿和塌陷
鋁及鋁合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí).由于沒有明顯的顏色變化，所以，不易判斷熔池的溫度。焊接時(shí)，常因溫度過高不易被察覺而導(dǎo)致燒穿或嚴(yán)重塌陷。 3 焊前準(zhǔn)備

焊前準(zhǔn)備：
1.鋁材坡口加工應(yīng)采用機(jī)械方法（含剪切），如采用等離子火焰方法加工應(yīng)從變色部分機(jī)械加工去掉不少于3mm，加工后的坡口表面應(yīng)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(yīng)呈銀白色的金屬光澤；必要時(shí)對(duì)坡口及兩側(cè)不少于50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行PT。



2.焊絲、坡口表面及其兩側(cè)不少于50 mm范圍內(nèi)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不銹鋼絲盤刷、金屬磨頭（即電動(dòng)銑刀）、手工盤銑機(jī)、銼刀（應(yīng)是鋁弧形銼刀）、刮刀和（沾的白布應(yīng)干凈，不要使用棉布或棉紗，以避免擦拭時(shí)帶出毛絨），但應(yīng)注意這些工具在使用前應(yīng)被清理干凈，清理時(shí)也應(yīng)注意不要把氧化膜以壓入母材內(nèi)，因此清理時(shí)不要太用力；但不準(zhǔn)用砂輪或普通砂紙打磨，因?yàn)殇X材很軟而導(dǎo)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(duì)于外委熱加工的部件，如封頭等，原則上在進(jìn)廠后應(yīng)對(duì)鋁材表面進(jìn)行PT，必要時(shí)對(duì)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(duì)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(jī)（不能用空氣壓縮機(jī)，因?yàn)榭諝庵杏兴陀停┐蹈稍俜湃牒嫦渲?00℃烘干即可使用。對(duì)鋁材也可參考此法。



5.清理干凈的焊絲和焊件應(yīng)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?yàn)榕侣闊┒髋K手套；焊前嚴(yán)禁污染，否則應(yīng)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(cè)。一般機(jī)械清理后應(yīng)立即焊接，如清理后4h之內(nèi)未焊，焊前就應(yīng)重新清理。



6.焊件裝配應(yīng)準(zhǔn)確，如果裝配不良時(shí)，應(yīng)考慮換部件，而不得強(qiáng)行組對(duì)，以避免造成過大的應(yīng)力。在正式焊接前應(yīng)對(duì)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(duì)時(shí)在應(yīng)力集中處（如焊縫交叉處和工件上的轉(zhuǎn)角處等）盡量避免進(jìn)行定位焊，定位焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)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(yīng)在附近區(qū)域進(jìn)行，而不要在原處點(diǎn)焊；對(duì)接焊縫間隙在工藝沒規(guī)定時(shí)，可按2~4mm。



10.對(duì)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渡以便于接弧，否則就應(yīng)修整。在冷態(tài)零件上施焊時(shí)，電弧應(yīng)在始焊稍作停留一下，待母材邊緣開始熔化時(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(hào)和厚度的鋁材。焊接環(huán)縫時(shí)盡量避免產(chǎn)生弧坑。



12.焊接過程中定位焊點(diǎn)開裂，造成板邊錯(cuò)位或間隙變化，應(yīng)立即停止焊接，經(jīng)修復(fù)后才能繼續(xù)施焊。



13.在焊接過程中，應(yīng)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(cè)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(yīng)有針對(duì)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，并且夾具的剛性和夾緊力大小要適中，因?yàn)檫^小取不到控制變形作用，過大則焊縫拘束度太強(qiáng)易導(dǎo)致焊縫開裂，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(qiáng)化鋁材可用鋁材制造夾具，這樣可以加強(qiáng)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(dāng)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(cuò)邊或扳邊，因?yàn)楹负笸咕墪?huì)塌陷變形。墊板材料一般為不銹鋼或碳鋼，對(duì)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(yīng)考慮對(duì)焊縫冷卻速度的影響。當(dāng)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




鋁及鋁合金焊絲廣泛應(yīng)用于鋁合金氬弧焊及氣焊。焊絲選用主要根據(jù)母材的種類、接頭的抗裂性能、機(jī)械性能、抗腐蝕性能及經(jīng)陽極化處理后焊縫與母材的色彩協(xié)調(diào)等方面的要求綜合考慮。一般來說,焊接鋁及鋁合金都采用與母材相同或相近牌號(hào)的焊絲,這樣可以獲得較好的耐蝕性;但焊接熱裂傾向大的熱處理強(qiáng)化合金時(shí),選擇焊絲時(shí)則主要考慮抗裂性。鋁鎂合金焊接時(shí),為彌補(bǔ)焊接過程中鎂的燒損,應(yīng)避開焊縫易出現(xiàn)裂紋的鎂含量臨界點(diǎn)(2%),一般采用含鎂量比基材高1%～2%的焊絲。另外,采用含Ｍｇ量高的鋁合金焊絲焊接高Ｚｎ鋁合金時(shí)可提高焊縫的抗裂性。以6005Ａ型材為例,其鎂含量為0.65%、硅含量為0.70%,采用ＥＲ5356鋁合金焊絲可以滿足上述要求。依據(jù)美國ＡＬＣＯＴＥＣ鋁焊接研究所提供的技術(shù)資料,并參照德國、日本等國文獻(xiàn)報(bào)道,焊接7005鋁合金型材時(shí)可選用的焊絲牌號(hào)有ＥＲ5356、ＥＲ5183,接頭綜合性能均較高;二者比較,ＥＲ5356接頭強(qiáng)度稍差,但延伸率較大。綜合國外鋁合金車輛的成功制造經(jīng)驗(yàn),選擇ＥＲ5356焊絲焊接7005基材較好
目前國內(nèi)研制的用鋁合金焊絲線坯的生產(chǎn)主要采用立式半連續(xù)鑄造-擠壓法,其特點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量好、性能穩(wěn)定,所用設(shè)備也可用于生產(chǎn)其它鋁合金線材(如鉚釘線等),但設(shè)備投資較大,工序多,占地面積大,工模具消耗和能耗較高,生產(chǎn)過程中的幾何廢料也高,產(chǎn)品成品率相對(duì)較低;國外鋁合金焊絲線坯的生產(chǎn)多采用連鑄連軋法,設(shè)備投資適中,產(chǎn)品單重大、成材率高(90%以上)、質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定;水平連鑄連拉法的特點(diǎn)是設(shè)備投資少,線材的成品率高(90%以上),在純鋁焊絲線坯的生產(chǎn)中優(yōu)勢(shì)明顯,有取代其它工藝的趨勢(shì),但這種方法目前還有一些工藝問題有待解決。
鋁及鋁合金焊絲可用于線軸或縱向切口的 MIG或 TIG的焊接加工，按其成分可分為純
鋁、鋁硅和鋁鎂焊絲，通過一定方法加工成盤狀（卷狀）或棒狀（直條狀）供貨，廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾和設(shè)備、冶金、管道、紡紗器具、船舶、鉆井裝備、火車、汽車、儲(chǔ)存罐和壓力容器等行業(yè)的焊接加工等行業(yè)。

鋁焊絲如何選擇
為了得到性能良好的焊接接頭，應(yīng)從焊接構(gòu)件使用目的考慮，選擇適合于母材的鋁焊絲作填充材料。
（1）焊縫金屬的裂紋敏感性
選擇具有熔化溫度低于母材的填充金屬，可大大減小熱影響區(qū)中晶間裂紋傾向。故用合金含量母材的焊絲作填充金屬，通?？煞乐购缚p金屬裂紋。如含0.6%硅的6061合金，如果用6061作填充金屬，裂紋敏感性很大，但用含5%硅的4043焊絲作填充金屬，熔化溫度比母材低，在冷卻過程中比母材具有更好的塑性以消除引起裂紋的收縮應(yīng)力，所以抗裂性良好。還應(yīng)注意避免產(chǎn)生對(duì)裂紋敏感的焊縫金屬成分，如在鋁合金焊縫中不希望有鎂與銅的組合，因此5000系列焊絲還應(yīng)用于焊接2000系列母材；面2219焊絲不應(yīng)用于5000系列的母材。
（2）接頭強(qiáng)度
焊接接頭的強(qiáng)度隨著焊絲的合金元素含量變化。即對(duì)于非熱處理合金的焊接接頭強(qiáng)度，按1000系、4000系和5000系的次序。在5000系中隨鎂、錳等含量增加，焊接接頭強(qiáng)度按5554、5654、5356、5183、5556的順序增加。
（3）接頭的加工性（塑性）
需要彎曲加工的焊接接頭，一般加工性受塑性的影響，而塑性隨著強(qiáng)度的而降低。特別是含3%鎂以上的母材（5154、5056、5082、5182、5083、5086）避免使用含硅的焊絲（4043、4047）。這種組合形成大量的Mg2Si，塑性下降。
(4)陽極氧化處理后的色差
為了提高耐蝕性，焊后常進(jìn)行陽極氧化處理，若焊縫金屬的成分明顯不同于母材，或焊縫金屬的鑄造組織不同于母材的壓延組織，焊縫金屬在陽極氧化工藝處理后產(chǎn)生色差。例如含硅的4000系焊絲的焊縫陽極氧化處理后呈灰黑色，2000第、5000系和6000系母材呈銀白色。所以若外觀顏色匹配是重要指標(biāo)時(shí)，選擇焊絲時(shí)考慮所形成焊縫組織的成分及組織。
(5)高溫下接頭的力學(xué)性能及耐蝕性
含3%鎂以上的5000系焊絲（5654、5356、5556、5183）應(yīng)避免在使用溫度65攝氏度以上的結(jié)構(gòu)中采用，因?yàn)檫@些合金對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋很敏感，在上述溫度和腐蝕環(huán)境中會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕龜裂。

鋁及鋁合金焊接篇
Q ：為什么叫純鋁？它們是如何分類的？
A：工業(yè)純鋁：含鋁量≥99.00% 。
國產(chǎn)牌號(hào)：L1、L2、L3、L4、L5
國際型號(hào)：1060、1035、1100、1200、1370等
國產(chǎn)焊絲牌號(hào)：HS301
Q： 為什么叫鋁合金？它們是如何分類的？
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(hào)：HS321
〈3〉鋁硅合金
LT1、4A11、4043、4047國產(chǎn)焊絲牌號(hào)：HS311
〈4〉鋁鎂合金
LF2--LF16、5005、5052、5182、5356國產(chǎn)焊絲牌號(hào)： 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焊鋁要用亞射流過渡？
A：亞射流過渡—在射流過渡的電弧成分中調(diào)試出3—5%的短路過渡成分，電弧長(zhǎng)度較短，電弧不漂移，氣體保護(hù)和陰極霧化效果好，產(chǎn)生氣孔的傾向小，焊縫內(nèi)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(yīng)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(dǎo)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(xì)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(fù)電極（母材）表面上集中發(fā)射電子的光亮微小區(qū)域—“陰極霧化區(qū)”，此區(qū)域?yàn)榍鍧崒挾?，清理鋁表面氧化膜。

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