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)焊接電流大小來選擇（使用時(shí)一般比焊接電流所要求的規(guī)格大一號的鎢極），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.不同牌號的鋁材相焊時(shí)，當(dāng)圖紙和工藝都沒有規(guī)定時(shí)，按耐腐蝕性能較好和強(qiáng)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(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》）：

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)錃饪住ｄX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.對于外委熱加工的部件，如封頭等，原則上在進(jìn)廠后應(yīng)對鋁材表面進(jìn)行PT，必要時(shí)對不能確定的部位進(jìn)行RT。



4.焊絲表面可用不銹鋼絲刷或干凈的油砂紙擦洗；對表面氧化皮較厚的焊絲在焊前打磨后還需要化學(xué)清理。化學(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，以避免造成過大的應(yīng)力。在正式焊接前應(yīng)對坡口尺寸進(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(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；對接焊縫間隙在工藝沒規(guī)定時(shí)，可按2~4mm。



10.對于會(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。縱縫夾具可用琴鍵式，環(huán)縫可用液壓脹形夾具。縱縫裝配時(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(yīng)力，所以抗裂性良好。還應(yīng)注意避免產(chǎn)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(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。

鋁合金焊絲在焊接時(shí)容易出現(xiàn)哪些問題呢？出現(xiàn)這些問題的時(shí)候要怎么解決?現(xiàn)在由浙江宇光鋁材有限公司來分析整理一下這些問題：
（1）鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定，不易去除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、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(chǎn)生氣孔。焊接前應(yīng)采用化學(xué)或機(jī)械方法進(jìn)行嚴(yán)格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程加強(qiáng)保護(hù)，防止其氧化。鎢極氬弧焊時(shí)，選用交流電源，通過“陰極清理”作用，去除氧化膜。氣焊時(shí)，采用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時(shí)，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(hù)，或者采用大規(guī)范的熔化極氣體保護(hù)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(dǎo)率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導(dǎo)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(dǎo)到基體金屬內(nèi)部，因而焊接鋁及鋁合金時(shí)，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顯著，為了獲得的焊接接頭，應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源，有時(shí)也可采用預(yù)熱等工藝措施。
（3）鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時(shí)的體積收縮率較大，焊件的變形和應(yīng)力較大，因此，需采取預(yù)防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時(shí)容易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)中可采用調(diào)整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性允許的情況下，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(shí)熱裂傾向較大，隨著硅含量增加，合金結(jié)晶溫度范圍變小，流動(dòng)性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應(yīng)減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)含硅5%~6%時(shí)可不產(chǎn)生熱裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5%~6%)焊絲會(huì)有更好的抗裂性。
（4）鋁對光、熱的反射能力較強(qiáng)，固、液轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時(shí)判斷難。高溫鋁強(qiáng)度很低，支撐熔池困難，容易焊穿。
（5）鋁及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫，固態(tài)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(yán)格控制，以防止氣孔的形成。
（6）合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能下降。
（7）母材基體金屬如為變形強(qiáng)化或固溶時(shí)效強(qiáng)化時(shí)，焊接熱會(huì)使熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降。

焊接原理
利用一切可利用的熱源加熱母材至400℃（溫度可高不可低），靠母材熱傳導(dǎo)熔融焊絲成型
WE53的操作注意細(xì)節(jié)
1）母材的表面清理干凈。即清即焊。
2）母材的溫度得達(dá)到400℃，包括焊接的過程中母材的溫度也要保持400℃，并且溫度可高不可低。
3）忌諱用火焰刻意去燒WE53焊絲，母材溫度達(dá)到400℃以后，焊絲自然會(huì)靠母材熱傳導(dǎo)熔融。
WE53低溫鋁焊絲下焊絲的方法
一邊用熱源加熱焊接處，一遍用WE53焊絲劃焊接處，就像劃火柴一樣，劃焊絲的角度是60度-80度角度，劃一下收回來，收回來再劃，反復(fù)這個(gè)操作直到將WE53焊絲劃到母材上面薄薄一層為正確效果，就像將蠟燭劃到紅的鐵上面的那種效果（如果是像蚯蚓一樣爬到母材上的話說明劃的角度力度不正確或者錯(cuò)誤地用火燒了焊絲）。當(dāng)用WE53焊絲劃母材表面得時(shí)候，熱源盡量回避一下避免直接用熱源去燒焊絲，可以將熱源移動(dòng)到焊接處附近而不能夠完全移除熱源，這樣的好處是避免熱散失。
WE53焊絲的溫度掌握
按照上面介紹的下焊絲的方法可以避免對溫度掌握不敏感的師傅燒壞薄鋁，因?yàn)槟阍谶吋訜幔厔漌E53焊絲的過程實(shí)際上也是一個(gè)測試溫度的過程，因?yàn)槟覆牡臏囟炔粔虻脑挘琖E53焊絲是不會(huì)熔融到母材上面的，不熔融到母材，表明母材溫度不夠，溫度不夠你就不用擔(dān)心燒壞母材，就放心大膽地繼續(xù)加熱。
WE53不銹鋼小刷的用處
1）焊前作表面處理，破除鋁的表面得氧化膜，通俗地說刷“起毛”。
2）當(dāng)加熱劃焊絲到母材上面后，此時(shí)用不銹鋼的小刷刷拭熔融的WE53焊層，至母材毛細(xì)，然后方便后面的第二遍焊接，換句話說，只有經(jīng)過2遍的焊接才是完整的焊接，第二遍焊接是在遍刷拭的基礎(chǔ)上進(jìn)行，這樣才能夠表現(xiàn)出很好的浸潤性。