鋁合金焊接保護措施
1、焊前用化學+機械的方法清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面的氧化物，順序是先化學清洗，后機械打磨；
2、焊接過程中要采用合格的保護氣體進行保護；
3、在氣焊時，采用熔劑，在焊接過程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
焊接難點
（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），熔點高（約2050℃），遠遠超過鋁及鋁合金的熔點（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，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）易產生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產生氣孔的主要原因是氫，由于液態鋁可溶解大量的氫，而固態鋁幾乎不溶解氫，因此當熔池溫度快速冷卻與凝固時，氫來不及逸出，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，也會出現大量的致密氣孔，當空氣相對濕度超過80%時，如果不采取加熱等措施，焊縫就會明顯出現氣孔。同時，采用小電流慢速焊，加大焊縫冷卻時間，并利用焊絲電弧進行熔池攪動，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。鋁的線膨脹系數和結晶收縮率約比鋼大兩倍，易產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，比焊鋼要消耗更多的熱量。
（5）合金元素的蒸發的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素（如鎂、鋅、錳等），在高溫電弧作用下，極易蒸發燒損，從而改變焊縫金屬的化學成分，使焊縫性能下降。
（6）高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低，破壞了焊縫金屬的成形，有時還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現象。
（7）無色彩變化。鋁及鋁合金從固態轉為液態時，無明顯的顏色變化，使操作者難以掌握加熱溫度

鋁容器的應用特點
(1)鋁在空氣和氧化性水溶液介質中，其表面較易產生致密的氧化鋁鈍化膜，它在一些氧化性介質中具有良好的耐蝕性。在高溫中，純鋁的耐蝕性優于不銹鋼。鋁材常作為耐蝕容器材料。
(2)對一些腐蝕性不太強，但要求防鐵污染的介質，如化纖生產介質等，鋁有較好的耐蝕性，而且沒有鐵污染物料，因此，鋁材常作為防鐵污染的容器的材料。其他有色金屬容器也能防鐵污染，但鋁便宜。
(3)鋁是面心立方晶格，沒有同素異構體，低溫下不存在像鐵素體鋼那樣的脆性轉變，鋁容器的低設計溫度可達-269℃。鋁材常作為低溫容器的材料。鋁鎂合金中的鎂含量較高時，會以金屬間化合物Mg2Al3和Mg5Al8在晶間析出，使鋁鎂合金在某些介質中產生應力腐蝕敏感性，只有在65℃以下使用才不會產生應力腐蝕，因此含鎂量超過了3％的鋁鎂合金規定設計溫度不超過65℃。析出相過多也會降低沖擊韌性，因此含鎂量超過3％的鋁鎂合金及其焊接接頭應檢驗沖擊韌性。其他鋁和鋁容器，包括低溫鋁容器均不要求進行沖擊韌性檢驗。
(4) 由于鋁鎂硅合金固溶時效狀態強度高，塑性也較好，焊接性好，焊接接頭在焊后狀態仍能保持較高的強度，因而常用作容器用高強度鋁合金。鋁，特別是純鋁的規定非比例伸長應力很低，在小的載荷下即會產生塑性變形。鋁容器在使用與運輸時，應留意碰撞變形。
(5) 為了得到好的塑性，純鋁、鋁錳合金和鋁鎂合金的變形鋁材都只在退火狀態或熱作狀態使用，不采用冷作狀態。熱作狀態鋁的焊接接頭，焊接熱對熱影響區有退火作用，因而其許用應力也只取退火狀態鋁材的許用應力。只有鋁鎂硅合金和鋁銅合金的鋁材才采用固溶時效狀態，以其高強度。

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：
產業純鋁 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成分和力學性能，可查閱相關標準。
鋁及鋁合金的焊接工藝
鋁及鋁合金的焊接特點
(1) 鋁在空氣中及焊接時極易氧化，天生的氧化鋁（Al2O3）熔點高、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，易使焊縫產生氣孔。焊接前應采用化學或機械方法進行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程加強保護，防止其氧化。鎢極氬弧焊時，選用交流電源，通過“陰極清理”作用，往除氧化膜。氣焊時，采用往除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時，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，能量除消耗于熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無謂消耗于金屬其他部位，這種無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，有時也可采用預熱等工藝措施。
（3）鋁及鋁合金的線膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時的體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大，因此，需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時輕易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產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％時熱裂傾向較大，隨著硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，活動性明顯進步，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產經驗，當含硅5％～6％時可不產生熱裂，因而采用SAlSi條(硅含量4．5％～6％)焊絲會有更好的抗裂性。
（4）鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉態時，沒有明顯的光彩變化，焊接操縱時判定難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，輕易焊穿。
（5）鋁及鋁合金在液態能溶解大量的氫，固態幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫來不及溢出，極易形成氫氣孔。弧柱氣氛中的水分、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源。因此，對氫的來源要嚴格控制，以防止氣孔的形成。
（6）合金元素易蒸發、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效強化時，焊接熱會使熱影響區的強度下降。
（8） 鋁為面心立方晶格，沒有同素異構體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過相變來細化晶粒。

基本的鋁合金知識和MIG 焊技巧
鋁合金越來越多的用于機械制造行業. 隨之而來的是對鋁合金焊接的要求也越來越高。目前國外MIG 焊鋁的技術工藝日趨成熟, 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, 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


2.鋁合金MIG 焊對焊接設備的要求


2.1. 直流CV 焊接電源或脈沖電源
2.2. 送絲機構及推拉式焊槍
2.3. 鋁焊接用導電嘴 (孔徑比碳鋼用稍大)
2.4. 連接電纜
2.5. Ar 及流量計 (也有Ar+He 混合氣)


3.焊前準備工作 (非常重要)


3.1. 清理工件待焊處油污 (擦拭)
3.2. 用不銹鋼絲刷或砂輪去除待焊處氧化膜 (至少20毫米范圍)
3.3. 如用水冷焊槍, 確保無漏水
3.4. 確保焊絲處于干凈無損壞狀態
3.5. 確保送絲輪, 送絲軟管處于良好狀態


4. 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


4.3. 注:
4.3.1. 角焊比對接焊規范稍大, 立焊和仰焊規范比上述稍小
4.3.2. ER4043 (ER4XXX) 焊絲取下限值, ER5356 (ER5XXX) 取上限值
4.3.3. 保護氣流量: 10-20L/MIN, 仰焊時多一些, 用粗焊絲時多一些
4.3.4. 焊絲干伸長度: 12-15mm
4.3.5. 過渡方式: 噴射過渡 (Spray arc transfer)
4.3.6. 極性: DC+ (直流反接)


5. 操作技巧


5.1. 半自動焊時總是左焊法 (右焊時焊縫成型很差, 表面發黑, 易產生未熔合缺陷),收弧時回焊接10 毫米左右以消除弧坑裂紋
5.2. 立焊時總是立向上焊
5.3. 自動焊時焊槍與焊縫軸線在行走方向 (無論左右) 成95-100度角。


總之, MIG 焊鋁合金比焊一般鋼材難一些, 但是如果準備充分, 材料設備匹配, 操作方法得當, 就可以得到很好的效果。

鋁合金的典型用途
5005 與3003合金相似，具有中等強度與良好的抗蝕性。用作導體、炊具、儀表板、殼與建筑裝飾件。陽極氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并與6063合金的色調協調一致
5050 薄板可作為致冷機與冰箱的內襯板，汽車氣管、油管與農業灌溉管；也可加工厚板、管材、棒材、異形材和線材等
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強度，用于制造飛機油箱、油管，以及交通車輛、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；包鋁的線材廣泛用于加工農業捕蟲器罩，以及需要有高抗蝕性的其他場合
5083 用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強度的場合，諸如艦艇、汽車和飛機板焊接件；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合，例如艦艇、汽車、飛機、低溫設備、電視塔、鉆井裝置、運輸設備、零部件與甲板等
5154 焊接結構、儲槽、壓力容器、船舶結構與海上設施、運輸槽罐
5182 薄板用于加工易拉罐蓋，汽車車身板、操縱盤、加強件、托架等零部件
5252 用于制造有較高強度的裝飾件，如汽車等的裝飾性零部件。在陽極氧化后具有光亮透明的氧化膜
5254 過氧化氫及其他化工產品容器
5356 焊接鎂含量大于3%的鋁-鎂合金焊條及焊絲
5454 焊接結構，壓力容器，海洋設施管道
5456 裝甲板、高強度焊接結構、儲槽、壓力容器、船舶材料
5457 經拋光與陽極氧化處理的汽車及其他裝備的裝飾件
5652 過氧化氫及其他化工產品儲存容器
5657 經拋光與陽極氧化處理的汽車及其他裝備的裝飾件，但在任何情況下確保材料具有細的晶粒組織
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

一、熔化極氣體保護電弧焊的概念及分類
使用熔化電極，以外加氣體作為電弧介質，并保護金屬熔滴，焊接熔池和焊接區高溫金屬的電弧焊方法，稱為熔化極氣體保護電弧焊。
根據焊絲材料和保護氣體的不同，可將其分為以下幾種方法，如圖所示。
按焊絲分類可分為實芯焊絲焊接和藥芯焊絲焊接。
用實芯焊絲的惰性氣體（Ar或He）保護電弧焊法稱為熔化極惰性氣體保護焊，簡稱MIG焊（Metal Inert Gas Arc Welding）.
用實芯焊絲的富氬混合氣體保護電弧焊，簡稱MAG焊（Metal Active Gas Arc Welding）。
用實芯焊絲的CO2氣體保護焊，簡稱CO2焊。



用藥芯焊絲時，可以用CO2或CO2+Ar混合氣體作為保護氣體的電弧焊稱為藥芯焊絲氣體保護焊。



還可以不加保護氣體，這種方法稱為自保護電弧焊。



二、普通MIG／MAG焊和CO2焊的區別
CO2焊的的特點是：成本便宜、生產。但是存在飛濺量大、成型差的缺點，因而有些焊接工藝采用普通MIG／MAG焊。



普通MIG／MAG焊是以惰性氣體保護或以富氬氣體保護的弧焊方法，而CO2焊卻具有強烈的氧化性，這就決定了二者的區別和特點。



與CO2焊相比MIG／MAG焊的主要優點如下：
1) 飛濺量減少50％以上。在氬或富氬氣體保護下的焊接電弧穩定，不但射滴過渡與射流過渡時電弧穩定，而且在小電流MAG焊的短路過渡情況下，電弧對熔滴的排斥作用較小，從而了MIG／MAG焊短路過渡的飛濺量減少50％以上。



2) 焊縫成形均勻、美觀。由于MIG／MAG焊熔滴過渡均勻、細微、穩定，所以焊縫成形均勻、美觀。



3) 可以焊接許多活潑金屬及其合金。電弧氣氛的氧化性很弱，甚至無氧化性，MIG／MAG焊不但可以焊接碳鋼、高合金鋼，而且還可以焊接許多活潑金屬及其合金，如：鋁及鋁合金、不銹鋼及其合金、鎂及鎂合金等。



4) 大大地提高了焊接工藝性、焊接質量和生產效率。



三、脈沖MIG／MAG焊和普通MIG／MAG焊的區別
普通MIG／MAG焊的主要熔滴過渡形式是大電流時的射流過渡和小電流時的短路過渡，因而小電流仍存在飛濺量大、成型差的缺點，尤其是有些活潑金屬在小電流下無法焊接如鋁及合金、不銹鋼等。



因而出現了脈沖MIG／MAG焊，其熔滴過渡特點是每個電流脈沖過渡一個熔滴，就其實質而言屬于射滴過渡。與普通MIG／MAG焊相比其主要特點如下：
1)脈沖MIG／MAG焊的佳熔滴過渡形式是一個脈沖過渡一個熔滴。這樣通過調節脈沖頻率就能夠改變單位時間內熔滴過渡的滴數，也就是焊絲熔化速度。



2)由于一脈一滴的射滴過渡，熔滴直徑大致與焊絲直徑相等，則熔滴電弧熱較低，也就是熔滴溫度低(與射流過渡和大滴過渡相比)。所以提高了焊絲的熔化系數，也就是提高了焊絲的熔化效率。



3)因熔滴溫度低，所以焊接煙霧少。這樣一方面降低了合金元素的燒損，另一方面改善了施工環境。



與普通MIG／MAG焊相比其主要優點如下：
1)焊接飛濺小，甚至無飛濺。
2)電弧指向性好，適于全位置焊接。
3)焊縫成形良好，熔寬較大，指狀熔深特點減弱，余高小。
4)小電流焊接活潑金屬（如鋁及其合金等）。擴大了MIG／MAG焊射流過渡的使用電流范圍。脈沖焊時焊接電流從射流過渡的臨界電流附近一直到幾十安的較大電流范圍內均可實現穩定的射滴過渡。



由上述可知脈沖MIG／MAG的特點和優點，但是任何事物都不可能無缺的。和普通MIG／MAG相比其不足之處如下：
1) 焊接生產效率習慣性感覺略低。
2) 對焊工人員素質要求較高。
3) 目前來說焊接設備價格較高。



三、脈沖MIG／MAG焊的選用主要工藝決定
針對以上對比結果，脈沖MIG／MAG焊雖然有諸多優點是其它焊無法實現和比擬的，但是其同樣存在設備價格高、生產效率略低、焊工不易掌握的問題。所以脈沖MIG／MAG焊的選用主要由焊接工藝要求決定的。就目前國內的焊接工藝標準，以下焊接基本上使用脈沖MIG／MAG焊。
1)碳鋼類。對焊縫質量、外觀要求較高的場合，主要是壓力容器行業，如鍋爐、化工換熱器、中央空調換熱器，還有水電行業水輪機的渦殼等。
2)不銹鋼類。使用小電流（200A以下在此稱小電流，下同）和對焊縫質量、外觀要求較高的場合，如機車、化工行業的壓力容器等。
3)鋁及其合金類。使用小電流（200A以下在此稱小電流，下同）和對焊縫質量、外觀要求較高的場合，如動車、高壓開關、空分等行業。尤其是動車，包括南車集團四方車輛車、唐山車輛廠和長客等及為他們外協加工的小廠家。據業內消息，到2015年國內所有省會和人口超過50萬的城市均實現通動車，可見動車的需求量之大，焊接工作量和焊接設備的需求之大。
4)銅及其合金類。根據目前的了解情況，銅及其合金基本上都使用脈沖MIG／MAG焊（在熔化極氣保焊范圍內）。