鋁及鋁合金在現代工程技術所用的各種材料中占有舉足輕重的地位，它在世界年產量僅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中嶄露頭角的話，那么近幾十年來，除航空工業外，在航天、汽車、船舶、橋梁、機械制造、電工、化學工業及低溫裝置中已大量應用鋁及鋁合金，以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導線等。目前鋁合金焊接結構中應用廣的是防銹鋁合金，即鋁鎂合金和鋁錳合金。


?保護氣體的選擇?
焊接時所用的保護氣體有惰性氣體氬氣（Ar）和氦氣（He），生產上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿足下列純度（體積分數）要求：氬氣大于99.99%，氦氣小于0.04%，氧氣小于0.03%，水的質量分數小于0.07%。目前國內生產的氬氣，其純度一般能達到此要求，故在使用前不需再進行提純處理。
?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。純鎢極的熔點和沸點高，不容易熔化揮發，但電子發射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質量分數為1.0%~2.0%的氧化釷（Tho）電極稱為釷鎢極。它的電子發射能力強，允許的電流密度高，電弧燃燒穩定。
?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，為焊接質量，用熔劑去除氧化膜及其他雜質。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重要，選取前應該了解以下內容：
?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？
?應避免發生的缺陷有哪些？
?如何選擇焊接填充合金？
?選擇時應當考慮的標準是什么？
?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性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時，主要應考慮焊接件的終使用性能。整體來說，主要考察以下幾個性能指標：


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

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》）：

焊接要求：
1.持證焊工應按焊接工藝文件和其它文件焊接。



2.在焊接環境出現下列情況之一時，應采取有效防護措施，否則不準施焊：
1) 焊接環境不清潔，有灰塵、煙霧；
2) 焊接環境風速大于或等于1.5m/s；
3) 焊接環境相對濕度大于80%；
4) 下雨、下雪的室外作業；
5) 焊接溫度低于5℃；



3.鋁材產品焊接設在的場地，場地應鋪設橡膠或絨布；焊接時應遠離通風口和門窗以避免影響氣體保護效果。



4.用手工鎢極氬弧焊焊接鋁材一般都使用交流，以便產生陰極霧化的作用；熔化極氬弧焊則用直流反接。當由于設備所限采用直流焊接時，焊縫表面一般有一層氧化膜甚至是黑灰，這時可用鋼絲刷或抹布擦去。對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.焊前預熱：由于鋁材導熱性能很強，因此一般手工鎢極氬弧焊焊接大于10mm厚度時，焊前都應預熱，但不超過100℃，焊時層間溫度也不超過100℃。可視具體情況用火焰或遠紅外線板進行加熱。



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



7. 一條焊縫應盡量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接時，應重疊10~20 mm。多層焊縫在進行下一道焊縫前，對前道焊縫進行表面顏色檢查，只允許銀白色；并清除表面污染、夾渣等缺陷。弧坑應填滿，接弧處應熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法：收弧時勻速抬高電弧，同時加速填充焊絲，直至電弧熄滅，使熄弧處焊縫局部凸出，必要時打磨超標的余高。在焊機上有衰減裝置時，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、半自動焊
自動焊、機械化焊

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類焊縫當殼體厚度≤12mm時，一般應將殼體扳邊對接焊，扳邊高度為25~30mm。



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



11.C、D類接頭的焊縫與母材應呈圓滑過渡。



12.焊縫和熱影響區表面應進行檢查，不得有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾渣和飛濺物等缺陷，焊縫外不應有打弧點。



13.鋁材壓力容器焊縫表面不應有咬邊。常壓容器焊縫表面的咬邊深度不應大于0.5mm，咬邊連續長度不應大于100mm，焊縫兩側咬邊的總長度不應超過該焊縫長度的10%。



14.換熱器換熱管焊接順序：管板組裝（換熱管預留長度應不少于4mm，以便后面的機加工）；管端及管板清理；一端脹管；焊接一面管板；機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。焊接時層一般不加絲焊（層是否進行PT或氣密性檢測按規定），但其它層應加絲焊。



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

焊前準備：
1.鋁材坡口加工應采用機械方法（含剪切），如采用等離子火焰方法加工應從變色部分機械加工去掉不少于3mm，加工后的坡口表面應平整、光滑，不得有裂紋、分層、夾雜、毛刺、飛邊和氧化色。坡口表面應呈銀白色的金屬光澤；必要時對坡口及兩側不少于50 mm范圍內進行PT。



2.焊絲、坡口表面及其兩側不少于50 mm范圍內進行表面清理（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（即電動銑刀）、手工盤銑機、銼刀（應是鋁弧形銼刀）、刮刀和（沾的白布應干凈，不要使用棉布或棉紗，以避免擦拭時帶出毛絨），但應注意這些工具在使用前應被清理干凈，清理時也應注意不要把氧化膜以壓入母材內，因此清理時不要太用力；但不準用砂輪或普通砂紙打磨，因為鋁材很軟而導致砂粒留在鋁材里，焊后就易產生氣孔和夾渣等缺陷。



3.對于外委熱加工的部件，如封頭等，原則上在進廠后應對鋁材表面進行PT，必要時對不能確定的部位進行RT。



4.焊絲表面可用不銹鋼絲刷或干凈的油砂紙擦洗；對表面氧化皮較厚的焊絲在焊前打磨后還需要化學清理。化學清理：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，再用手持式吹風機（不能用空氣壓縮機，因為空氣中有水和油）吹干再放入烘箱中100℃烘干即可使用。對鋁材也可參考此法。



5.清理干凈的焊絲和焊件應保持清潔和干燥，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，不要因為怕麻煩而戴臟手套；焊前嚴禁污染，否則應重新進行清理，局部污染可局部重新清理；好用白紙覆蓋在坡口用兩側。一般機械清理后應立即焊接，如清理后4h之內未焊，焊前就應重新清理。



6.焊件裝配應準確，如果裝配不良時，應考慮換部件，而不得強行組對，以避免造成過大的應力。在正式焊接前應對坡口尺寸進行檢查，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.焊件組對時在應力集中處（如焊縫交叉處和工件上的轉角處等）盡量避免進行定位焊，定位焊縫長度和間距可按下表：（mm）
母材厚度
定位焊間距
每段定位焊縫長度

＜3
3~6
＞6
接管或法蘭
40~50
50~60
50~80
2~4點
4~6
5~10
10~12
每點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。重焊應在附近區域進行，而不要在原處點焊；對接焊縫間隙在工藝沒規定時，可按2~4mm。



10.對于會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，否則就應修整。在冷態零件上施焊時，電弧應在始焊稍作停留一下，待母材邊緣開始熔化時，再及時加絲焊接，以始焊點焊透。



11.焊接縱縫時，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和厚度的鋁材。焊接環縫時盡量避免產生弧坑。



12.焊接過程中定位焊點開裂，造成板邊錯位或間隙變化，應立即停止焊接，經修復后才能繼續施焊。



13.在焊接過程中，應先鋼絲刷清理上層焊縫表面的黑灰和氧化物。焊時注意處理火口，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，其它層焊時可以橫向擺動，并在兩側稍停一下，以便熔合。



14.鋁焊接變形和焊時易產生塌陷，因此在焊前應有針對性地制作夾具和墊板。采用夾具時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，因為過小取不到控制變形作用，過大則焊縫拘束度太強易導致焊縫開裂，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；強化鋁材可用鋁材制造夾具，這樣可以加強散熱。縱縫夾具可用琴鍵式，環縫可用液壓脹形夾具。縱縫裝配時可適當間隙，以便焊后有收縮余地；環縫（包括圓形凸緣、法蘭等）則留些反向錯邊或扳邊，因為焊后凸緣會塌陷變形。墊板材料一般為不銹鋼或碳鋼，對要求不高的鋁材焊接可用石墨制作墊板。選擇墊板材料還應考慮對焊縫冷卻速度的影響。當鋁板較厚或墊板裝配間隙較大時，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




鋁及鋁合金焊接篇
Q ：為什么叫純鋁？它們是如何分類的？
A：工業純鋁：含鋁量≥99.00% 。
國產牌號：L1、L2、L3、L4、L5
國際型號：1060、1035、1100、1200、1370等
國產焊絲牌號：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國產焊絲牌號：HS321
〈3〉鋁硅合金
LT1、4A11、4043、4047國產焊絲牌號：HS311
〈4〉鋁鎂合金
LF2--LF16、5005、5052、5182、5356國產焊絲牌號： 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試出3—5%的短路過渡成分，電弧長度較短，電弧不漂移，氣體保護和陰極霧化效果好，產生氣孔的傾向小，焊縫內在質量高。
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〉鋁及鋁合金的熔點低（純鋁660℃），表面生成高熔點氧化膜（AL2O3 2050℃），容易造成焊接不熔合。
〈2〉低熔點共晶物和焊接應力，容易產生焊接熱裂紋。
〈3〉母材、焊材氧化膜吸附水分，焊縫容易產生氣孔。
〈4〉鋁的導熱性是鋼的3倍，焊縫熔池的溫度場變化大，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，因焊絲的熔化速度很快，送絲速度高；鋁焊絲剛性小，比較軟，推絲送進時，細焊絲容易堆絲打彎，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，負電極（母材）表面上集中發射電子的光亮微小區域—“陰極霧化區”，此區域為清潔寬度，清理鋁表面氧化膜。

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。