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℃，并應符合GB/T4842或GB10624的規(guī)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(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、電弧不穩(wěn)和飛濺較大；含水量≥0.07%，熔池將沸騰并焊縫內產(chǎn)生氣孔）。
2.手工鎢極氬弧焊電極采用鈰鎢電極。電極直徑應根據(jù)焊接電流大小來選擇（使用時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，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(guī)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》）：

表1 同牌號鋁焊接用焊絲
同牌號母材牌號
焊 絲
同牌號母材牌號
焊 絲

1060
SAL-3
5052
SAlMg-1

1050A
SAL-3
5A02
SAlMg-1

5A03
SAlMg-2

1200
SAL-1
5083
SAlMg-3

3003
SAlMn
5A05
SAlMg-5

3004
SAlMn
6061
SAlMg-1
SAlMg-5
SAlSi-1




表2 異種鋁焊絲焊接用焊絲
異種母材
焊 絲

純鋁+鋁錳合金
SAlMn

純鋁、鋁錳合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5

純鋁、鋁錳合金+5A03
SAlMg-2

純鋁、鋁錳合金+5083、5086
SAlMg-3

純鋁、鋁錳合金+5A06、5A05
SAlMg-5




表3 針對不同的材料和性能要求選擇焊絲
材 料
按不同性能要求推薦的焊絲

要求高強度
要求高延性
要求焊后陽極化后顏色匹配
要求高強度
要求焊接時裂紋傾向低

1100
SAlSi-1
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1

2A16
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu

3A21
SAlMn
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1

5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5

5A05
LF14
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14

5083
ER5183
ER5356
ER5356
ER5356
ER5183

5086
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356

6A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1

6063
ER5356
ER5356
ER5356
SAlSi-1
SAlSi-1

7005
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180

7039
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180



注：ER鋁焊絲為美國標準ANSI/AWS A5.10。



表4 一般用途焊接時焊絲選用


母材之一
母材之二
7005
6A02
6061
6063
5083
5086
5A05
5A06
5A03
5A02
3A21
3003
2A16
2B16
2A12
2A




與母材配用的焊絲




SAlMg-5
SAlSi-1
ER5356
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMn
-
-
SAl-1
SAl-2
SAl-3

2A12
2A14
-
-
-
-
-
-
-
-
SAlSi-1
BJ-380A


2A16
2B16
-
-
-
-
-
-
-
SAlCu


3A21
3003
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMn
SAlMg-3


5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5


5A03
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5


5A05
5A06
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
LF14


5083
5086
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5


6A02
6061
6063
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1


7005
X5180



鋁及鋁合金資料密度低，強度高，熱電導率高，耐腐蝕才能強，具有的物理特性和力學功能，因而廣泛應用于工業(yè)商品的焊接構造上。長期以來，因為焊接辦法及焊接技術參數(shù)的選擇不當，構成鋁合金零件焊接后因應力過于會集發(fā)生嚴峻變形，或因為焊縫氣孔、夾渣、未焊透等缺點，致使焊縫金屬裂紋或原料疏松，嚴峻影響了商品質量及功能。
1.鋁合金焊絲材料特點
鋁是銀白色的輕金屬，具有的塑性、較高的導電性和導熱性，一起還具有抗氧化和抗腐蝕的才能。鋁很簡單氧化發(fā)生三氧化二鋁薄膜，在焊縫中簡單發(fā)生夾雜物，然后損壞金屬的連續(xù)性和均勻性，降低其機械功能和耐腐蝕功能。常見鋁合金母材和焊絲的化學成分及機械功能。
2.鋁合金資料的焊接難點
(1)很簡單氧化。在空氣中，鋁簡單同氧化合，生成細密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μm)，熔點高(約2050℃)，遠遠鋁及鋁合金的熔點(約600℃擺布)。氧化鋁的密度3.95-4.10g/cm3，約為鋁的1.4倍，氧化鋁薄膜的外表易吸附水分，焊接時，它阻止根本金屬的熔合，很簡單構成氣孔、夾渣、未熔合等缺點，引起焊縫功能降低。
(2)易發(fā)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時發(fā)生氣孔的首要原因是氫，因為液態(tài)鋁可溶解很多的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因而當熔池溫度疾速冷卻與凝結時，氫來不及逸出，簡單在焊縫中構成氣孔。氫氣孔目前難于完全避免，氫的來歷很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲外表吸附空氣中的水分等。實踐，即便氬氣按GB/T4842標準需求，純度到達99.99%以上，但當水分含量到達20ppm時，也會呈現(xiàn)很多的細密氣孔，當空氣相對濕度80%時，焊縫就會顯著呈現(xiàn)氣孔。
(3)焊縫變形和構成裂紋傾向大。鋁的線脹大系數(shù)和結晶縮短率約比鋼大兩倍，易發(fā)生較大的焊接變形的內應力，對剛性較大的構造將促進熱裂紋的發(fā)生。
(4)鋁的導熱系數(shù)大(純鋁0.538卡/Cm.s.℃)。約為鋼的4倍，因而，焊接鋁和鋁合金時，比焊鋼要耗費更多的熱量。
(5)合金元素的蒸騰的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素(如鎂、鋅、錳等)，在高溫電弧效果下，很簡單蒸騰燒損，然后改動焊縫金屬的化學成分，使焊縫功能降低。
(6)高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低，損壞了焊縫金屬的成形，有時還簡單構成焊縫金屬塌落和焊穿表象。
(7)無色彩改變。鋁及鋁合金從固態(tài)轉為液態(tài)時，無顯著的色彩改變，使操作者難以把握加熱溫度。

鋁合金焊絲在焊接時容易出現(xiàn)哪些問題呢？出現(xiàn)這些問題的時候要怎么解決?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極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點高、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。焊接前應采用化學或機械方法進行嚴格表面清理，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，去除氧化膜。氣焊時，采用去除氧化膜的焊劑。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）鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導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到基體金屬內部，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顯著，為了獲得的焊接接頭，應當盡量采用能量集中、功率大的能源，有時也可采用預熱等工藝措施。
（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，焊件的變形和應力較大，因此，需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時容易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產(chǎn)中可采用調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%時熱裂傾向較大，隨著硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，流動性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，當含硅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、液轉態(tài)時，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時判斷難。高溫鋁強度很低，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?；≈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。

4047鋁硅焊絲
：船王
鋁焊絲標準：GB/T10858-2008
焊絲直徑：1.2、1.6、2.0、2.4、3.0、3.2、4.0、5.0(mm)
焊絲盤尺寸：D300（9kg）、D270（7kg）、D200（2kg）、D100（0.5kg）
包裝狀態(tài)：盤絲、直條、圈絲、桶裝
焊絲特點：12%硅含量，流動性好，焊接溫度低。
推薦焊接方法：釬焊（俗稱：氧氣焊、火焰焊），配201鋁焊粉。
焊接應用：焊接以下鋁合金——汽車鋁水箱、中冷器、散熱器、鋁合金客車窗、自行車車架、鋁件維修。
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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），靠母材熱傳導熔融焊絲成型
WE53的操作注意細節(jié)
1）母材的表面清理干凈。即清即焊。
2）母材的溫度得達到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，母材溫度達到400℃以后，焊絲自然會靠母材熱傳導熔融。
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，反復這個操作直到將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誤地用火燒了焊絲）。當用WE53焊絲劃母材表面得時候，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，因為你在邊加熱，邊劃WE53焊絲的過程實際上也是一個測試溫度的過程，因為母材的溫度不夠的話，WE53焊絲是不會熔融到母材上面的，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）當加熱劃焊絲到母材上面后，此時用不銹鋼的小刷刷拭熔融的WE53焊層，至母材毛細，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上進行，這樣才能夠表現(xiàn)出很好的浸潤性。

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(yè)純鋁：含鋁量≥99.00% 。
國產(chǎn)牌號：L1、L2、L3、L4、L5
國際型號：1060、1035、1100、1200、1370等
國產(chǎn)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(chǎn)焊絲牌號：HS321
〈3〉鋁硅合金
LT1、4A11、4043、4047國產(chǎn)焊絲牌號：HS311
〈4〉鋁鎂合金
LF2--LF16、5005、5052、5182、5356國產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生焊接熱裂紋。
〈3〉母材、焊材氧化膜吸附水分，焊縫容易產(chǎn)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(fā)射電子的光亮微小區(qū)域—“陰極霧化區(qū)”，此區(qū)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(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(yè), 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(tài)
3.5. 確保送絲輪, 送絲軟管處于良好狀態(tài)


4. 焊接參數(shù) (僅供參考)


4.1. 根據(jù)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(guī)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(guī)范稍大, 立焊和仰焊規(guī)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(fā)黑, 易產(chǎn)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。

純鎳焊絲特點
1、具有可焊性，較高的導電性，適宜的線膨脹系數(shù)。
2、高溫下強度較好，電阻率較低 。
3、熔點高、耐蝕、機械性能好，在熱冷狀態(tài)下都有較好的壓力加工性，易除氣，適用于無線電、電光源、機械制造、化學工業(yè)，是真空電子器件中重要的結構材料。 純鎳絲根據(jù)材質可分為N4和N6。