鋁及鋁合金的焊接

1、鋁及鋁合金的焊接1(鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)(1) 鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，生成的氧化鋁(A1203)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。焊接詢應(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。鉤極氮弧焊時(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，氨弧熱量大，利用氨氣或氨氮混合氣體保護(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

2、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兒倍。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 獲得高質(zhì)量的焊接接頭，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

3、。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)晶溫度范用變小，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(duì)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)兒乎不溶解氫。在焊接熔池凝固 和快速冷卻的過程中，

4、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(duì) 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。（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。2（焊接方法兒乎各種焊接方法都可以用于焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對(duì)各種焊接方 法的適應(yīng)性不同，各種焊接方法有其各自的應(yīng)用場(chǎng)合。氣焊和焊條電弧焊方法，設(shè) 備簡(jiǎn)單、操作方便。氣焊可用于對(duì)焊接質(zhì)量要求不高的鋁薄板

5、及鑄件的補(bǔ)焊。焊條 電弧焊可用于鋁合金鑄件的補(bǔ)焊。惰性氣體保護(hù)焊（TIG或MIG）方法是應(yīng)用最廣泛 的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鉤極交流氨弧焊或鉤極脈沖氮弧 焊。鋁及鋁合金號(hào)板可采用鉤極氮弧焊、氮氮混合鉤極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保 護(hù)焊、脈沖熔化極氣體保護(hù)焊。熔化極氣體保護(hù)焊、脈沖熔化極氣體保護(hù)焊應(yīng)用越 來越廣泛（氮?dú)饣虻?氮混合氣）。3. 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匸藝性能外，按容器要求應(yīng) 使對(duì)接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性（通過彎曲試驗(yàn)）達(dá)到規(guī)定要求，對(duì)含鎂量超過3,的 鋁鎂合金應(yīng)滿足沖擊韌性的要求，對(duì)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

6、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、鐳、硅等）的含量一般不低于母材；4）異種鋁材焊接時(shí)應(yīng)按耐蝕較高、強(qiáng)度高的母材選擇焊絲；3）不要求耐蝕性的高強(qiáng)度鋁合金（熱處理強(qiáng)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（注意強(qiáng)度可能低于母材）。（2）保護(hù)氣體 保護(hù)氣體為氮?dú)?、氮?dú)饣蚱浠旌蠚狻＝涣骷痈哳lTIG焊時(shí)，采用 大于99（9,純氨氣，直流正極性焊接宜用氨氣。MIG焊時(shí)，板厚25 mm時(shí)宜用氮?dú)? 板片25 mm, 50 mm時(shí)氨氣中宜添加10, 35,

7、的氨氣;板片50mm-75mni時(shí)氮?dú)庵幸颂?加10, 35,或50,的氮?dú)?當(dāng)板厚75 mm時(shí)推薦采用添加50, 75,氨氣的氮?dú)?。氨?應(yīng)符合GB,T 48427995純氮的要求。氨氣瓶壓低于0. 5 MPa后壓力不足，不能 使用。（3）鉤極氨弧焊用的鉤極材料有純鉤、牡鉤、飾磚、鉗鉤四種。純鉤極的熔點(diǎn) 和沸點(diǎn)高，不易熔化揮發(fā)，電極燒損及尖端的污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在 純鉤中加入1, 2,氧化社的電極為社鵠極，電子發(fā)射能力強(qiáng)，允許的電流密度高， 電弧燃燒較穩(wěn)定，但牡元素具有一定的放射性，使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。在 純磚中加入1. & , 2. 2,的氧化肺（雜質(zhì)?0. 1

8、,）的電極為缽鵠極。缽鵠極電子逸出功 低，化學(xué)穩(wěn)定性高，允許電流密度大，無放射性，是口前普遍采用的電極。鉆鵠極 可防止電極污染基體金屬，尖端易保持半球形，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，可去除氧化 膜。4. 焊前準(zhǔn)備(1) 焊前清理鋁及鋁合金焊接時(shí)，焊前應(yīng)嚴(yán)格清除工件焊口及焊絲表面的氧化 膜和油污，清除質(zhì)量直接影響焊接工藝與接頭質(zhì)量，如焊縫氣孔產(chǎn)生的傾向和力學(xué) 性能等。常采用化學(xué)清洗和機(jī)械清理兩種方法。1) 化學(xué)清洗化學(xué)清洗效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批 生產(chǎn)的工件?？捎媒捶ê筒料捶▋煞N?？捎帽?、汽油、煤油等有機(jī)溶劑表面去 油

9、，用40?, 70?的5, 10, NaOH溶液堿洗3 min, 7 min(純鋁時(shí)間稍長(zhǎng)但不超過20 min),流動(dòng)清水沖洗，接著用室溫至60?的30, HN03溶液酸洗1 min, 3 min,流動(dòng) 清水沖洗，風(fēng)干或低溫干燥。2) 機(jī)械清理在工件尺寸較大、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、多層焊或化學(xué)清洗后乂沾污時(shí)，常采用機(jī)械清理。先用丙酮、汽油等有機(jī)溶劑擦試表面以除油，隨后直接用直 徑為0. 15 mm, 0. 2 mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金屬光澤為止。一般 不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時(shí)進(jìn)入熔池產(chǎn)生夾渣等 缺陷。另外也可用刮刀、鋰刀等清理待焊表面。工件和焊絲經(jīng)過清洗和

10、清理后，在存放過程中會(huì)重新產(chǎn)生氧化膜，特別是在潮 濕環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長(zhǎng)得更快。因此，工件和焊 絲清洗和清理后到焊接前的存放時(shí)間應(yīng)盡量縮短，在氣候潮濕的情況下，一般應(yīng)在 清理后4 h內(nèi)施焊。清理后如存放時(shí)間過長(zhǎng)(如超過24 h)應(yīng)當(dāng)重新處理。(2) 墊板鋁及鋁合金在高溫時(shí)強(qiáng)度很低，液態(tài)鋁的流動(dòng)性能好，在焊接時(shí)焊縫 金屬容易產(chǎn)生下塌現(xiàn)象。為了保證焊透而乂不致塌陷，焊接時(shí)常采用墊板來托住熔 池及附近金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板表面開一個(gè)圓弧形槽，以保證焊縫反面成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要 求焊接操作熟練或采取對(duì)電弧施焊能量嚴(yán)

11、格自動(dòng)反饋控制等先進(jìn)丄藝措施。(3) 焊前預(yù)熱薄、小鋁件一般不用預(yù)熱，厚度10 mm, 15 mm時(shí)可進(jìn)行焊前預(yù) 熱，根據(jù)不同類型的鋁合金預(yù)熱溫度可為100?, 200?,可用氧一乙烘焰、電爐或噴 燈等加熱。預(yù)熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。5. 焊后處理(1) 焊后清理焊后留在焊縫及附近的殘存焊劑和焊渣等會(huì)破壞鋁表面的鈍化 膜，有時(shí)還會(huì)腐蝕鋁件，應(yīng)清理干凈。形狀簡(jiǎn)單、要求一般的工件可以用熱水沖刷 或蒸氣吹刷等簡(jiǎn)單方法清理。要求高而形狀復(fù)雜的鋁件，在熱水中用硬毛刷刷洗 后，再在60?, 80?左右、濃度為2, 3,的輅酊水溶液或重輅酸鉀溶液中浸洗5min, 10 min,并用硬毛刷洗刷，然

12、后在熱水中沖刷洗滌，用烘箱烘干，或用熱空氣 吹干，也可自然干燥。(2) 焊后熱處理鋁容器一般焊后不要求熱處理。如果所用鋁材在容器接觸的介 質(zhì)條件下確有明顯的應(yīng)力腐蝕敬感性，需要通過焊后熱處理以消除較高的焊接應(yīng) 力，來使容器上的應(yīng)力降低到產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的臨界應(yīng)力以下，這時(shí)應(yīng)山容器設(shè) 訃文件提出特別要求，才進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理。如需焊后退火熱處理，對(duì)于純 鋁、5052、5086、5134、5454、5A02、5A03、5A06 等，推薦溫度為 345?;對(duì)于 2014、 2024、 3003、 3004、 5036、 5083、 5456、 6061、 6063、 2A12、 2A24、 3A

13、21 等，推薦溫度為415?;對(duì)于2017、2A11、6A02等，推薦溫度為360?,根據(jù)工件大 小與要求，退火溫度可正向或負(fù)向各調(diào)20?,30?,保溫時(shí)間可在0.5 h,2 h之間。鋁焊接簡(jiǎn)易指南母材準(zhǔn)備:要焊接鋁材，焊工必須小心的清潔好母材，要用油 劑或者溶劑清除鋁材表面的任何氧化物和碳?xì)浠衔锏奈廴?。鋁材表面的氧化物融 化溫度在華氏3700度，而其下面的鋁制母材在華氏1200度就會(huì)融化。因此，殘留 任何氧化物在鋁制母材的表面將會(huì)制約填充金屬的對(duì)加匸件的穿透性。要清除鋁材表面的氧化物，可以使用不銹鋼的鋼絲毛刷或者溶劑腐蝕的方法。在使用不銹鋼毛刷的時(shí)候，只能往一個(gè)固定的方向刷除。小心不要太用

14、力和不仔細(xì): 粗暴的動(dòng)作會(huì)造成氧化物嵌入鋁制母材。同時(shí)，只在鋁材表面使用不銹鋼刷，不要 使用在不銹鋼或者碳鋼上使用過的刷子。在使用化學(xué)溶劑的方法的時(shí)候，要確保焊 接前將溶劑清除干凈。要最大程度的用油劑或者溶劑的方法減小碳?xì)浠衔锏牟涣加绊?，還要使用去 油劑。同時(shí)要確保去油劑不含任何碳?xì)浠衔?。預(yù)熱：預(yù)熱鋁制加工件能夠幫助避免焊接裂縫的產(chǎn)生。預(yù)熱溫度不應(yīng)該超過華 氏230度，要使用溫度計(jì)監(jiān)測(cè)溫度以防止過熱。另外，將間斷焊放在焊接區(qū)域的開 始和結(jié)尾處能幫助加強(qiáng)預(yù)熱效果。焊丄還應(yīng)該在焊接薄材的時(shí)候預(yù)熱一片厚的鋁 材。處理速度:鋁材焊接的過程需要“高溫高速”的處理。不同于鋼材，鋁材的較 高的熱導(dǎo)性需要

15、使用溫度更高的電流電壓設(shè)定和更高的焊接速度。如果焊接速度太 慢，將會(huì)有過多的焊接穿透，特別是在焊接薄材的時(shí)候。保護(hù)氣體:氮?dú)馍接谄鋬?yōu)異的清潔性能，被作為最常用的鋁材焊接保護(hù)氣體。在焊接5XXX-系列的鋁合金的時(shí)候，使用的保護(hù)氣體是氮?dú)夂桶睔獾幕旌蠚怏w。最 多75%的氨氣的比例能達(dá)到減小鎂氧化物影響的最佳效果。焊絲:選擇和母材熔點(diǎn)相近的鋁制填充金屬絲。焊工越能限制金屬的融化范圍，焊接合金就越容易。要用直徑3/64-或者1/16英寸的填絲。填充金屬絲的直 徑越大越容易送絲。要焊接薄型材料，用0.035英寸直徑的焊絲加上脈沖焊接的處 理工序，低速送絲（大概100到300英寸每分鐘），效果就會(huì)很理想了

16、。凹面材料焊接:在鋁材焊接中，火花飛濺會(huì)導(dǎo)致焊接失敗。裂縫是導(dǎo)致從鋁材 高速的熱膨脹到大量冷卻造成的收縮的后果。焊接裂縫的風(fēng)險(xiǎn)在焊接凹面材料的時(shí) 候最大，因?yàn)椴牧媳砻嫘】訒?huì)收縮，冷卻的時(shí)候就會(huì)造成材料的撕裂。因此，焊工 應(yīng)該制造出凸面形狀的坑，凸面就會(huì)補(bǔ)償焊接時(shí)造成的收縮。電源選擇:在選擇焊接鋁材的氣體金屬弧焊機(jī)的電壓的時(shí)候，首先需要考慮的 是熔滴過渡飛濺或者脈沖的問題。恒定電流和恒定電壓的電焊機(jī)可以被用來噴射弧焊。噴射弧是將焊條上很小的 熔化金屬滴通過焊弧噴射到母材上面。在焊接厚鋁材的應(yīng)用中要求焊接電流超過 330安的恒定電流，這才能達(dá)到最好的效果。脈沖過渡通常是在逆變電源的支持下進(jìn)行的。新

17、型的電源包含內(nèi)建的脈沖程序。在氣體金屬弧焊脈沖的時(shí)候，每次電流脈沖就有一滴填充金屬從焊條過渡到加 工件，這個(gè)處理過程中，會(huì)產(chǎn)生正極的熔滴過渡，達(dá)到較少的飛濺和較高焊接速度 的效果。使用脈沖氣體金屬弧焊工藝來焊接鋁材的時(shí)候，熱輸入的控制也更好，還 能夠輕松的進(jìn)行錯(cuò)位焊接，讓焊工以較低的送絲速度和較低的電流來進(jìn)行薄材的焊 接。送絲機(jī):首選的在長(zhǎng)距離送軟鋁絲的方法是推挽式送絲，這種方法使用封閉的送絲機(jī)構(gòu)來保護(hù)焊絲不受環(huán)境影響。在送絲機(jī)構(gòu)里面的恒定扭矩和變速電機(jī)負(fù)責(zé)送 絲動(dòng)力，同時(shí)引導(dǎo)焊絲通過焊槍，達(dá)到恒定的出力和速度。焊槍的高扭矩電機(jī)拉動(dòng) 焊絲，保證送絲速度和焊弧的協(xié)調(diào)一致。有的焊工使用同樣的送絲機(jī)來輸送鋼絲和鋁絲。在這樣的情況下，使用塑料或 者尼龍的襯墊能幫助達(dá)到順滑和協(xié)調(diào)一致的送絲（鋁）效果。在具體焊接的時(shí)候，盡