鋁及鋁合金焊接規程詳解
本規程規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℃，并應符合GB/T4842或GB10624的規定。當瓶裝氬氣的壓力≤0.5Mpa時不宜使用。（氬氣內含氮量≥0.04%，否則焊縫表面上會產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現密集的黑點、電弧不穩和飛濺較大；含水量≥0.07%，熔池將沸騰并焊縫內產生氣孔）。
2.手工鎢極氬弧焊電極采用鈰鎢電極。電極直徑應根據焊接電流大小來選擇（使用時一般比焊接電流所要求的規格大一號的鎢極），電極端部應為半球形（制作半球形方法：用比焊接電流所要求的規格大一號的鎢極，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，可電流使電弧在試板燃燒一會，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）焊接電流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675

（反接時）焊接電流A
15~25
17~30
20~35
35~50
50~70

（交流時）焊接電流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3.用MIG焊鋁合金時，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，使用時可用無水酒精調成糊狀或直接將焊劑粉放在坡口和兩側。當焊接角焊縫時應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.不同牌號的鋁材相焊時，當圖紙和工藝都沒有規定時，按耐腐蝕性能較好和強度級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，宜采用含鎂量或含錳時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成分》和GB/T3197《焊條用鋁及鋁合金線材》中選取。焊絲選用時可參考下面幾個表（表3和表4摘自《焊接手冊》）：

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、易成型等優點；隨著新型硬鋁、超硬鋁等材料的出現使得這類材料的性能不斷提高，因而在航空、航天、高速列車、高速艦艇、汽車等工業制造領域得到了越來越廣泛的應用。

由于鋁及其合金化學活潑性很強和自身的屬性，使得在焊接時較困難，對焊縫的質量控制要求較高，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（Al2O3熔點約為2050℃，MgO熔點約為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，焊接時容易造成不熔合現象。
5、鋁及其合金的線膨脹系數大約為碳鋼的2倍；導熱性又強，比鋼約大一倍多；凝固時的體積收縮率較大，約為6.5％，而鐵為3.5％。焊接后容易產生變形、熱裂紋以及熱影響區的軟化、強度降低等問題。
針對以上問題，采用四川瑪瑞焊業發展有限公司高速脈沖MIG焊機可以很好的解決以上問題，同時獲得的焊接質量。
高速脈沖MIG焊機焊接時電弧過度脈沖頻率為3kHz—5kHz，自動形成壓縮電弧，電弧電流密度大，從而使焊接時：
① 電弧更集中，小電流焊接時可以代替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行焊接時，由弧柱氣氛中水分分解而來的氫，溶入過熱的熔融金屬中，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，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，焊接時造成焊縫氣孔。
一般說來，鋁及其合金焊接線能量越大，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燒的合理參數才能確保鋁及其合金的焊接質量。

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

鋁焊絲如何選擇
為了得到性能良好的焊接接頭，應從焊接構件使用目的考慮，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中晶間裂紋傾向。故用合金含量母材的焊絲作填充金屬，通常可防止焊縫金屬裂紋。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力，所以抗裂性良好。還應注意避免產生對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系列焊絲還應用于焊接2000系列母材；面2219焊絲不應用于5000系列的母材。
（2）接頭強度
焊接接頭的強度隨著焊絲的合金元素含量變化。即對于非熱處理合金的焊接接頭強度，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時，選擇焊絲時考慮所形成焊縫組織的成分及組織。
(5)高溫下接頭的力學性能及耐蝕性
含3%鎂以上的5000系焊絲（5654、5356、5556、5183）應避免在使用溫度65攝氏度以上的結構中采用，因為這些合金對應力腐蝕裂紋很敏感，在上述溫度和腐蝕環境中會發生應力腐蝕龜裂。

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而得名。它不同于普通鋁焊絲要用氬弧焊機焊接，也不同于鋁硅焊絲4047需要配合釬劑才能焊接，而只需通過火焰或感應直接可以釬焊焊接（因為自帶釬劑，所以不需要另加釬劑）。
此焊絲焊接出來的工件的抗拉抗剪強度（接頭牢固性不低于基材）、導電性能、耐腐蝕性能都較好，而且質量穩定，此焊絲的釬劑成分和性能見嵩峰機電。
與使用氬弧焊機用鋁焊絲焊接相比，用鋁鋁焊絲工人操作簡單、焊接設備簡單、焊接不會使基材的結構發生變化

鎳基焊條使用的方法
1、焊接前，有必要進行機械或使用強力不銹鋼鋼絲刷清理，然后用合適的溶劑脫脂，焊接應在清理后8小時內進行，以降低再次污染的風險。熱處理使用無硫燃料或電爐進行。在進行脫脂之前，可能需要對已在使用中且需要進行焊接修補的部件進行打磨或機加工，以去除嵌入焊接修補區域內或附近表面的污染物。請記住，如果在除油操作后或焊接過程中進行機械清理，所使用的氣動工具的壓縮空氣中會含有水分和油，因此清潔后的表面可能會再次受到污染。
2、盡量采用平焊位置焊接，采用短弧焊接，也就是說焊條頂（壓）著電弧運條。當焊接位置立焊或仰焊等其它焊接位置時，應選用細焊條進行焊接并采用小電流施焊，以減少熱量輸入和停留。
3、在焊接過程中一般要擺動焊條，擺動的幅度一般不大于焊條直徑的，在擺動到兩邊限位置時，應稍作停留，以便使粘稠的液態焊縫金屬有充分的時間進行填充，防止咬邊、未熔合、夾渣等缺陷。
4、熄弧操作，熄弧時，要稍微降低電弧的高度并適當提高焊速以減小熔池尺寸，可避免弧坑裂紋產生。在再次引弧時，一般采用反向引弧的方法進行，這樣有利于調整接口處焊縫平滑，成形美觀。
5、注意：對于沉淀硬化型鎳基耐蝕合金是不適合用焊條電弧焊、熔化氣體保護電弧焊和埋弧焊。通常采用鎢氣保焊或等離子焊等方法。
6、一般不焊后熱處理，但對于焊后使用中要不發生晶間腐蝕、應力腐蝕的還是需要進行熱處理。

鎳焊條焊接接頭引弧時，應采用反向引弧技術，以利調整接口處焊縫平滑并且能有利于抑制氣孔的發生。采用逆向收弧，把弧坑填滿，防止弧坑裂紋，必要時要對弧坑進行打磨。

鎳焊條焊接時要求盡可能采用小規范，與同規格的不銹鋼焊條相比，電流可降低20％ ~ 30％。由于液態金屬的流動性差，為防止未熔合和氣孔等缺陷，一般要求在焊接過程中適當擺動，但不能過大。