鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點
1 易氧化
鋁和氧的親和力很強。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(2050℃)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，會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，焊接時會促使焊縫生成氣孔。
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，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。
3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態(tài)時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，焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。

5A02 飛機油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件。
5A03 中等強度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來代替5A02合金。
5A05 焊接結(jié)構(gòu)件，飛機蒙皮骨架。
5A06 焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機蒙皮骨部件。
5A12 焊接結(jié)構(gòu)件，甲板。

焊接工藝
1焊接材料的選擇
焊絲原則上選擇與母材成分相同的鋁及鋁合金焊絲或板條。氬氣純度＞99.95%，盡量選用大直徑焊絲。在Al-Mg系鋁合金的弧焊中，通常都是推薦使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條，對Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。
2 組對與點固焊
由于鋁及鋁合金管導(dǎo)熱快、熔池結(jié)晶快，所以.組對時不留間隙、鈍邊，應(yīng)避免強制進行，以減少焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，定位焊縫長度10-15mm為易。定位焊位置在管的7點、9點、12點處。定位焊焊縫常做為正式焊縫保留，因此發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。焊前對定位焊表面黑粉、氧化膜進行清除，并將兩端修成緩坡型。焊件不需要預(yù)熱.焊前在試板上試焊，當(dāng)確認(rèn)無氣孔后再進行正式焊接。采用高頻引弧，起弧點應(yīng)越過中心線20mm左右，并停留不動約2-3秒。然后在焊透的情況下，采用大電流、快速焊。焊絲不擺動，焊絲端部不應(yīng)離開氬氣保護區(qū)。如離開氬氣保護區(qū).焊絲端部應(yīng)剪掉。焊絲與焊縫表面的夾角宜在15O右。焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80O～90O之間。為氬氣保護區(qū)和增強保護效果，可采用大直徑焊槍瓷嘴，加大焊槍氬氣流量。當(dāng)噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著時。將飛濺物清除或更換噴嘴。當(dāng)鎢極端部出現(xiàn)污染，形狀不規(guī)則等現(xiàn)象時.修整或更換。鎢極不宜伸出噴嘴外。焊接溫度的控制主要是焊接速度和焊接電流大小的控制。試驗結(jié)果表明，大電流、快速焊能有效防止氣孔的產(chǎn)生。這主要是由于在焊接過程中以較快速度焊透焊縫，熔化金屬受熱時間短，吸收氣體的機會少。收弧時，注意填滿弧坑,縮小溶池,避免產(chǎn)生縮孔,終點的結(jié)合處應(yīng)焊過20~30mm。?；『?，要延遲停氣6秒?？尚D(zhuǎn)的鋁及鋁合金管對接平焊時.焊炬應(yīng)處于稍帶上坡焊位置。這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時。可不填加焊絲。但以后的焊層需加焊絲。

焊接材料
（1）焊絲 鋁及鋁合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外，按容器要求應(yīng)使對接接頭的抗拉強度、塑性(通過彎曲試驗)達(dá)到規(guī)定要求，對含鎂量超過3％的鋁鎂合金應(yīng)滿足沖擊韌性的要求，對有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應(yīng)達(dá)到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則：
1）純鋁焊絲的純度一般不低于母材；
2）鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材相應(yīng)或相近；
3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等)的含量一般不低于母材；
4）異種鋁材焊接時應(yīng)按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲；
5）不要求耐蝕性的高強度鋁合金(熱處理強化鋁合金)可采用異種成分的焊絲，如抗裂性好的鋁硅合金焊絲SAlSi一1等(留意強度可能低于母材)。
（2）保護氣體 保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時，采用大于99．9％純氬氣，直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時，板厚<25 mm時宜用氬氣；板厚25 mm～50 mm時氬氣中宜添加10％～35％的氦氣；板厚50mm-75mm時氬氣中宜添加l0％～35％或50％的氦氣；當(dāng)板厚>75 mm時推薦采用添加50％～75％氦氣的氬氣。氬氣應(yīng)符合GB／T 4842?995《純氬》的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足，不能使用。
(3)鎢極 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，不易熔化揮發(fā)，電極燒損及尖真?zhèn)€污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加進1％～2％氧化釷的電極為釷鎢極，電子發(fā)射能力強，答應(yīng)的電流密度高，電弧燃燒較穩(wěn)定，但釷元素具有一定的，使用時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施。在純鎢中加進1.8％～2.2％的氧化鈰(雜質(zhì)≤0.1％)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學(xué)穩(wěn)定性高，答應(yīng)電流密度大，無，是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬，易保持半球形，適用于交流焊接。
（4）焊劑 氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物，可往除氧化膜。

容器規(guī)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(chǎn)業(yè)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(xué)成分和力學(xué)性能，可查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
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(wěn)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(chǎn)生氣孔。焊接前應(yīng)采用化學(xué)或機械方法進行嚴(yán)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(guī)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(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，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(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源，有時也可采用預(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。鋁焊接熔池凝固時輕易產(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。在耐蝕性答應(yīng)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(jié)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(yīng)減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，當(dāng)含硅5％～6％時可不產(chǎn)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(zhuǎn)態(tài)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(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?；≈鶜夥罩械乃?、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化或固溶時效強化時，焊接熱會使熱影響區(qū)的強度下降。
（8） 鋁為面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)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(xì)化晶粒。

鋁合金越來越多的用于機械制造行業(yè). 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(shù)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(biāo)準(zhǔn))。



1.鋁合金分類及對應(yīng)焊材



1.1. 純鋁 (1xxx 系列), 可焊性很好, 對應(yīng)焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 鋁銅合金 (2xxx 系列), 可焊性較差, 對應(yīng)焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 鋁錳合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 對應(yīng)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(yīng)焊絲: ER5356、ER5183 等
1.6. 鋁鎂硅合金 (6xxx 系列), 應(yīng)用廣, 可焊性好, 對應(yīng)焊絲: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 鋁鋅合金 (7xxx 系列), 高強度, 用于飛機制造業(yè), 可焊性很差易裂, 對應(yīng)焊絲: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它鋁合金 (8xxx 系列), 可焊性很差

氣孔產(chǎn)生原因：鋁焊接氣孔主要是氫進入焊接熔池而形成的。氫來源有：材料、焊絲、保護氣體、送絲機構(gòu)、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等，如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機構(gòu)上有油污或汗?jié)n等。預(yù)防措施：
6.1.1材料及焊絲內(nèi)的含氫量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面應(yīng)去除油污及氧化膜，存放時間不超過4h。表面清理后應(yīng)用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側(cè)；
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲，不然處理方法同上；
6.1.4 保護氣體內(nèi)雜質(zhì)含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保護氣體管路：一般采用不銹鋼管或銅管，軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管；焊前應(yīng)檢查冷卻水管道，確保不會漏水；當(dāng)環(huán)境濕度很大時，應(yīng)對保護氣體進行加熱對管路進行吹掃；
6.1.6 送絲機構(gòu)：不得有油污，送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍，并焊前清理管內(nèi)污染和冷凝水；
6.1.7現(xiàn)場環(huán)境：溫度不宜超過25℃，相對濕度不超過50%，保持環(huán)境清潔；
6.1.8焊工：工作服裝盡量是白色的，以便能及時發(fā)現(xiàn)和清理污染。焊時注意汗水和油漬不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都應(yīng)在試板上試焊，以便檢查保護氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預(yù)防措施：用雙面焊代替單面焊；每道焊縫薄時比厚時有利于氣孔逸出；大直徑焊絲有利于減少氣孔；焊前預(yù)熱、焊后緩冷；降低電弧電壓、電流、降低焊接速度，有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因：材料焊接性較差；選擇焊絲時沒考慮抗裂性；結(jié)構(gòu)的拘束度過大。預(yù)防措施：
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應(yīng)考慮其抗裂性而不能只考慮強度；必要時可考慮對焊件進行退火后焊接，焊后再淬火時效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲，如含Si等低熔點元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度，合理安排焊接順序，讓焊縫能夠有橫向收縮余量，以減小焊接應(yīng)力。沒有必要定位焊的就不要焊定位焊，能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求：
1.封頭拼縫焊后應(yīng)進行RT，成形后再按規(guī)定RT或PT。
2.A、B類焊縫一般進行RT。
3.容器上的C、D類焊接接頭進行PT。
4.鋁材表面補焊焊縫進行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時固定連接焊縫拆除后的焊痕等進行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。