鋁合金焊接保護(hù)措施
1、焊前用化學(xué)+機(jī)械的方法清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面的氧化物，順序是先化學(xué)清洗，后機(jī)械打磨；
2、焊接過程中要采用合格的保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)；
3、在氣焊時(shí)，采用熔劑，在焊接過程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
焊接難點(diǎn)
（1）極易氧化。在空氣中，鋁容易同氧化合，生成致密的三氧化二鋁薄膜（厚度約0．1－0．2μm），熔點(diǎn)高（約2050℃），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋁及鋁合金的熔點(diǎn)（約600℃左右）。氧化鋁的密度3．95－4．10g/cm3，約為鋁的1．4倍，氧化鋁薄膜的表面易吸附水分，焊接時(shí)，它阻礙基本金屬的熔合，極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，引起焊縫性能下降。
（2）易產(chǎn)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因是氫，由于液態(tài)鋁可溶解大量的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因此當(dāng)熔池溫度快速冷卻與凝固時(shí)，氫來不及逸出，容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔難于完全避免，氫的來源很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲表面氧化膜吸附空氣中的水分等。實(shí)踐，即使氬氣按GB/T4842標(biāo)準(zhǔn)要求，純度達(dá)到99．99% 以上，但當(dāng)水分含量達(dá)到20ppm時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)大量的致密氣孔，當(dāng)空氣相對濕度超過80%時(shí)，如果不采取加熱等措施，焊縫就會(huì)明顯出現(xiàn)氣孔。同時(shí)，采用小電流慢速焊，加大焊縫冷卻時(shí)間，并利用焊絲電弧進(jìn)行熔池?cái)噭?dòng)，可以較好的幫助氣體排出熔池。
（3）焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率約比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形的內(nèi)應(yīng)力，對剛性較大的結(jié)構(gòu)將促使熱裂紋的產(chǎn)生。
（4）鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大（純鋁0．538卡/Cm．s．℃）。約為鋼的4倍，因此，焊接鋁和鋁合金時(shí)，比焊鋼要消耗更多的熱量。
（5）合金元素的蒸發(fā)的燒損。鋁合金中含有低沸點(diǎn)的元素（如鎂、鋅、錳等），在高溫電弧作用下，極易蒸發(fā)燒損，從而改變焊縫金屬的化學(xué)成分，使焊縫性能下降。
（6）高溫強(qiáng)度和塑性低。高溫時(shí)鋁的強(qiáng)度和塑性很低，破壞了焊縫金屬的成形，有時(shí)還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現(xiàn)象。
（7）無色彩變化。鋁及鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時(shí)，無明顯的顏色變化，使操作者難以掌握加熱溫度

鋁容器的應(yīng)用特點(diǎn)
(1)鋁在空氣和氧化性水溶液介質(zhì)中，其表面較易產(chǎn)生致密的氧化鋁鈍化膜，它在一些氧化性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。在高溫中，純鋁的耐蝕性優(yōu)于不銹鋼。鋁材常作為耐蝕容器材料。
(2)對一些腐蝕性不太強(qiáng)，但要求防鐵污染的介質(zhì)，如化纖生產(chǎn)介質(zhì)等，鋁有較好的耐蝕性，而且沒有鐵污染物料，因此，鋁材常作為防鐵污染的容器的材料。其他有色金屬容器也能防鐵污染，但鋁便宜。
(3)鋁是面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)體，低溫下不存在像鐵素體鋼那樣的脆性轉(zhuǎn)變，鋁容器的低設(shè)計(jì)溫度可達(dá)-269℃。鋁材常作為低溫容器的材料。鋁鎂合金中的鎂含量較高時(shí)，會(huì)以金屬間化合物Mg2Al3和Mg5Al8在晶間析出，使鋁鎂合金在某些介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕敏感性，只有在65℃以下使用才不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，因此含鎂量超過了3％的鋁鎂合金規(guī)定設(shè)計(jì)溫度不超過65℃。析出相過多也會(huì)降低沖擊韌性，因此含鎂量超過3％的鋁鎂合金及其焊接接頭應(yīng)檢驗(yàn)沖擊韌性。其他鋁和鋁容器，包括低溫鋁容器均不要求進(jìn)行沖擊韌性檢驗(yàn)。
(4) 由于鋁鎂硅合金固溶時(shí)效狀態(tài)強(qiáng)度高，塑性也較好，焊接性好，焊接接頭在焊后狀態(tài)仍能保持較高的強(qiáng)度，因而常用作容器用高強(qiáng)度鋁合金。鋁，特別是純鋁的規(guī)定非比例伸長應(yīng)力很低，在小的載荷下即會(huì)產(chǎn)生塑性變形。鋁容器在使用與運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)留意碰撞變形。
(5) 為了得到好的塑性，純鋁、鋁錳合金和鋁鎂合金的變形鋁材都只在退火狀態(tài)或熱作狀態(tài)使用，不采用冷作狀態(tài)。熱作狀態(tài)鋁的焊接接頭，焊接熱對熱影響區(qū)有退火作用，因而其許用應(yīng)力也只取退火狀態(tài)鋁材的許用應(yīng)力。只有鋁鎂硅合金和鋁銅合金的鋁材才采用固溶時(shí)效狀態(tài)，以其高強(qiáng)度。

應(yīng)用舉例：鋁母線的焊接
大中型發(fā)電機(jī)組的槽形和管形，小型機(jī)組的板狀母線。
1、母線材質(zhì)、焊接材料及設(shè)備
母線材質(zhì)：L2工業(yè)純鋁；
焊材：絲301或絲311；
焊接設(shè)備：交流氬弧、熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)。
2、對接坡口及接頭墊板
（1）對接坡口及其尺寸
δ≤6mm，不開坡口，間隙2-5mm；
δ=6-20mm，70oV型坡口，間隙5-8mm，鈍邊1-2mm。
（2）坡口根部墊板
1）鋁質(zhì)或鋼質(zhì)；
2）墊板的大小視母線形狀和尺寸而選擇；
3）母線為板狀或槽狀時(shí)，選板形墊板；
4）母線為管形時(shí)，一般選純鋁墊圈；
5）母線封閉外殼的環(huán)縫對接選用帶弧形槽的鋼墊板。
3、清洗工藝
（1）焊絲清洗：分焊絲整理，堿洗，酸洗，烘干存放幾個(gè)步驟。烘好的焊絲要隨即使用，避免再次氧化。
（2）焊件坡口清理
1）化學(xué)清洗 ：采用清洗劑進(jìn)行清洗。
2）機(jī)械清洗：先用（、松香或汽油）擦拭表面除油污，然后用細(xì)鋼絲刷或刮刀使母材焊接區(qū)刮至有金屬光澤為止。
（3）焊接過程中的清理
清除焊接過程中出現(xiàn)的黑斑、粘合、夾渣（鏟削）。
4、焊接工藝
（1）預(yù)熱：一般可采取電阻爐加熱。高一些為好，但不要超過250oC。
（2）工藝要點(diǎn)：TIG焊
1）大規(guī)范參數(shù)：鎢棒直徑3-6mm,焊絲直徑2.4-6mm，焊接電流250-400A，氬氣流量15-20l/min（視噴嘴大小決定）。
2）點(diǎn)焊要求
直線焊縫先點(diǎn)焊兩端，后點(diǎn)焊中部至少三處，每處約60～80mm；
外殼環(huán)焊縫每隔60o點(diǎn)焊一處，每處長約80mm左右；
管形主母線沿圓周均分2-4處點(diǎn)焊，每處長約40-50mm。
3）好用鋁制引弧板引弧和收弧。

一、鋁及鋁合金的分類
鋁具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，其密度小，質(zhì)量輕，塑性好。
在純鋁中加入各種合金元素而成的鋁合金，強(qiáng)度顯著提高。
1、工業(yè)純鋁
純鋁的牌號有1070A（L1）、1060A（L2）、1050A（L3）以及1A85（LG1）、1A90（LG2）、1A99（LG5），其中的雜質(zhì)主要是鐵和硅，隨雜質(zhì)含量的增加，強(qiáng)度增加，塑性、導(dǎo)電性和耐蝕性下降。
2、鋁合金
在純鋁中加入少量合金元素能大大改善鋁的各項(xiàng)性能。Cu、Mg、Mn能提高強(qiáng)度，Ti能細(xì)化晶粒，Mg能抗海水腐蝕，Ni能提高耐熱性。
鋁合金分變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。
變形鋁合金在加熱時(shí)能形成單相固溶體組織，能進(jìn)行各種壓力加工。其又可分為非熱處理強(qiáng)化和熱處理強(qiáng)化兩類。
熱處理強(qiáng)化的鋁合金又可分為硬鋁合金、鍛鋁合金、超硬鋁合金。
鑄造鋁合金適宜于鑄造而不能進(jìn)行壓力加工。

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(diǎn)
(1) 鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，天生的氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)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(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，往除氧化膜。氣焊時(shí)，采用往除氧化膜的焊劑。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(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)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(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，活動(dòng)性明顯進(jìn)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(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)，沒有明顯的光彩變化，焊接操縱時(shí)判定難。高溫鋁強(qiáng)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(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。

基本的鋁合金知識和MIG 焊技巧
鋁合金越來越多的用于機(jī)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(tái)及飛機(jī)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(qiáng)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(qiáng)度, 用于飛機(jī)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


2.鋁合金MIG 焊對焊接設(shè)備的要求


2.1. 直流CV 焊接電源或脈沖電源
2.2. 送絲機(jī)構(gòu)及推拉式焊槍
2.3. 鋁焊接用導(dǎo)電嘴 (孔徑比碳鋼用稍大)
2.4. 連接電纜
2.5. Ar 及流量計(jì) (也有Ar+He 混合氣)


3.焊前準(zhǔn)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(hù)氣流量: 10-20L/MIN, 仰焊時(shí)多一些, 用粗焊絲時(shí)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(dòng)焊時(shí)總是左焊法 (右焊時(shí)焊縫成型很差, 表面發(fā)黑, 易產(chǎn)生未熔合缺陷),收弧時(shí)回焊接10 毫米左右以消除弧坑裂紋
5.2. 立焊時(shí)總是立向上焊
5.3. 自動(dòng)焊時(shí)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(zhǔn)備充分, 材料設(shè)備匹配, 操作方法得當(dāng), 就可以得到很好的效果。