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一：[铝焊接]铝及铝合金焊接的基本要求、焊接规程
铝及铝合金焊接规程
本规程规定了铝及铝合金焊接的基本要求，适用于铝及的手工钨极氩弧焊或气焊或熔化极氩弧焊等焊接的铝及铝合金制单层容器、衬铝容器的铝焊接工艺。
一、焊接用材料：
1. 焊接用氩气纯度≥99.99%，露点≤-55℃，并应符合GB/T4842或GB10624的规定。当瓶装氩气的压力≤0.5Mpa时不宜使用。（氩气内含氮量≥0.04%，否则焊缝表面上会产生淡黄色或草绿色的氮化镁及气孔；含氧量≥0.03%，否则熔池表面上可发现密集的黑点、电弧不稳和飞溅较大；含水量≥0.07%，熔池将沸腾并焊缝内产生气孔）。
2. 手工钨极氩弧焊电极采用铈钨电极。电极直径应根据焊接电流大小来选择（使用时一般比焊接电流所要求的规格大一号的钨极），电极端部应为半球形（制作半球形方法：用比焊接电流所要求的规格大一号的钨极，将端部磨成锥形，垂直夹持电极，用比所用钨极要求的电流大20~30A的电流在试板上起弧并维持几秒钟，钨极端头即呈半球形。如果钨极被铝污染，则必须重新打磨或更换钨极；轻微污染时，可增大电流使电弧在试板燃烧一会，即能烧掉污染物）：
铈钨电极直径mm
2
2.5
3.2
4.0
5.0
（正接时）焊接电流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675
（反接时）焊接电流A
15~25
17~30
20~35
35~50
50~70
（交流时）焊接电流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3. 用MIG焊铝合金时，由于铝焊丝比较软，为避免咬伤焊丝，送丝轮不允许用带齿轮的送丝轮，不宜用推丝式；送丝软管不准用弹簧管而是用聚四氟乙烯或尼龙制品，不然由于磨削而污染或堵塞软管。MIG通常用直流反极性。
4. 焊剂主要作用是去除氧化膜和其它一些杂质，使用时可用无水酒精调成糊状或直接将焊剂粉放在坡口和两侧。当焊接角焊缝时应选用那些焊后容易清除熔渣的焊剂；铝镁合金用焊剂不宜含有钠的组成物。
5. 不同牌号的铝材相焊时，当图纸和工艺都没有规定时，按耐腐蚀性能较好和强度级别较低的母材去选择焊丝材料。在焊接铝镁合金或铝锰合金等耐蚀铝合金时，宜采用含镁量或含锰时与母材相近或比母材稍高的焊丝。焊丝可从GB/T10585《铝及铝合金焊丝》选取，也可从GB/T3190《变形铝及铝合金化学成分》和GB/T3197《焊条用铝及铝合金线材》中选取。焊丝选用时可参考下面几个表（表3和表4摘自《焊接手册》）：
表1 同牌号铝焊接用焊丝
同牌号母材牌号
焊 丝
同牌号母材牌号
焊 丝
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 异种铝焊丝焊接用焊丝
异种母材
焊 丝
纯铝+铝锰合金
SAlMn
纯铝、铝锰合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5
纯铝、铝锰合金+5A03
SAlMg-2
纯铝、铝锰合金+5083、5086
SAlMg-3
纯铝、铝锰合金+5A06、5A05
SAlMg-5
表3 针对不同的材料和性能要求选择焊丝
材 料
按不同性能要求推荐的焊丝
要求高强度
要求高延性
要求焊后阳极化后颜色匹配
要求高强度
要求焊接时裂纹倾向低
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铝焊丝为美国标准ANSI/AWS A5.10。
表4 一般用途焊接时焊丝选用
二、施焊焊工：
1. 应按《铝容器焊工考试规则》附录A的规定考试合格。
三、焊前准备：
1. 铝材坡口加工应采用机械方法（含剪切），如采用等离子火焰方法加工应从变色部分机械加工去掉不少于3mm，加工后的坡口表面应平整、光滑，不得有裂纹、分层、夹杂、毛刺、飞边和氧化色。坡口表面应呈银白色的金属光泽；必要时对坡口及两侧不少于50 mm范围内进行100%PT。
2. 焊丝、坡口表面及其两侧不少于50 mm范围内必须进行表面清理（包括去表面氧化膜、鳞片、污染和不合格的氧化色）。打磨可用φ0.15~0.2不锈钢丝盘刷、金属磨头（即电动铣刀）、手工盘铣机、锉刀（应是铝专用弧形锉刀）、刮刀和丙酮（沾丙酮的白布应干净，不要使用棉布或棉纱，以避免擦拭时带出毛绒），但应注意这些工具在使用前应被清理干净，清理时也应注意不要把氧化膜以压入母材内，因此清理时不要太用力；但不准用砂轮或普通砂纸打磨，因为铝材很软而导致砂粒留在铝材里，焊后就易产生气孔和夹渣等缺陷。
3. 对于外委热加工的部件，如封头等，原则上在进厂后应对铝材表面进行100%PT，必要时对不能确定的部位进行RT。
4. 焊丝表面可用不锈钢丝刷或干净的油砂纸擦洗；对表面氧化皮较厚的焊丝在焊前打磨后还需要化学清理。化学清理：用70℃、5%~10%的NaOH溶液浸泡0.5~3min左右后用清水冲洗，接着用15%左右的HNO3溶液在常温下浸泡约1~2min后用温水冲洗，再用手持式吹风机（不能用空气压缩机，因为空气中有水和油）吹干再放入烘箱中100℃烘干即可使用。对铝材也可参考此法。
5. 清理干净的焊丝和焊件应保持清洁和干燥，不得用手触摸和口吹焊接部位，焊工一般戴白色的焊工手套，不要因为怕麻烦而戴脏手套；焊前严禁污染，否则应重新进行清理，局部污染可局部重新清理；最好用白纸覆盖在坡口用两侧。一般机械清理后应立即焊接，如清理后4h之内未焊，焊前就应重新清理。
6. 焊件装配应准确，如果装配不良时，应考虑换部件，而不得强行组对，以避免造成过大的应力。在正式焊接前应对坡口尺寸进行检查，合格后方可施焊。
7. 定位焊选用的焊丝及采取的工艺措施与焊接工艺相同。
8. 焊件组对时在应力集中处（如焊缝交叉处和工件上的转角处等）尽量避免进行定位焊，定位焊缝长度和间距可按下表：（mm）
母材厚度
定位焊间距
每段定位焊缝长度
＜3
3~6
＞6
接管或法兰
40~50
50~60
50~80
2~4点
4~6
5~10
10~12
每点3~8
9. 定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷，否则必须清除重焊。重焊应在附近区域进行，而不要在原处点焊；对接焊缝间隙在工艺没规定时，可按2~4mm。
10. 对于会熔入永久焊缝的定位焊缝必须保证焊透和清除其表面的氧化层（只允许银白色），并使焊缝两端平滑过渡以便于接弧，否则就应修整。在冷态零件上施焊时，电弧应在始焊稍作停留一下，待母材边缘开始熔化时，再及时加丝焊接，以保证始焊点焊透。
11. 焊接纵缝时，必须在焊件两端放置引弧板和退弧板，引弧板和退弧板采用与被焊件相同牌号和厚度的铝材。焊接环缝时尽量避免产生弧坑。
12. 焊接过程中定位焊点开裂，造成板边错位或间隙变化，应立即停止焊接，经修复后才能继续施焊。
13. 在焊接过程中，应先钢丝刷清理上层焊缝表面的黑灰和氧化物。焊时注意处理火口，即收弧处。引弧可在离焊接始端10~20mm，再迅速回始端焊接，第一层采用直线焊接，为了获得良好的成形，其它层焊时可以横向摆动，并在两侧稍停一下，以便熔合。
14. 铝焊接变形和焊时易产生塌陷，因此在焊前应有针对性地制作夹具和垫板。采用夹具时一般零件正反面都需要夹紧，并且夹具的刚性和夹紧力大小要适中，因为过小取不到控制变形作用，过大则焊缝拘束度太强易导致焊缝开裂，夹紧力按350Kg/100mm为宜。软性铝材夹具可为碳钢或不锈钢，可以减缓散热；强化铝材可用铝材制造夹具，这样可以加强散热。纵缝夹具可用琴键式，环缝可用液压胀形夹具。纵缝装配时可适当增大间隙，以便焊后有收缩余地；环缝（包括圆形凸缘、法兰等）则留些反向错边或扳边，因为焊后凸缘会塌陷变形。垫板材料一般为不锈钢或碳钢，对要求不高的铝材焊接可用石墨制作垫板。选择垫板材料还应考虑对焊缝冷却速度的影响。当铝板较厚或垫板装配间隙较大时，可用粘土泥封住间隙，焊后去掉即可。
四、焊接要求：
1. 持证焊工应按焊接工艺文件和其它文件焊接。
2. 在焊接环境出现下列情况之一时，应采取有效防护措施，否则不准施焊：
1) 焊接环境不清洁，有灰尘、烟雾；
2) 焊接环境风速大于或等于1.5m/s；
3) 焊接环境相对湿度大于80%；
4) 下雨、下雪的室外作业；
5) 焊接温度低于5℃；
3. 铝材产品焊接设在专门的场地，场地应铺设橡胶或绒布；焊接时应远离通风口和门窗以避免影响气体保护效果。
4. 用手工钨极氩弧焊焊接铝材一般都使用交流，以便产生阴极雾化的作用；熔化极氩弧焊则用直流反接。当由于设备所限采用直流焊接时，焊缝表面一般有一层氧化膜甚至是黑灰，这时可用钢丝刷或抹布擦去。对焊缝表面由于焊剂熔剂残留物或氧化而形成的白色膜可用钢丝刷或抹布醮热水擦去。
5. 焊前预热：由于铝材导热性能很强，因此一般手工钨极氩弧焊焊接大于10mm厚度时，焊前都应预热，但不超过100℃，焊时层间温度也不超过100℃。可视具体情况用火焰或远红外线板进行加热。
6. 在焊接过程中焊丝的填入点不应位于电弧正下方，而应位于熔池边部，距电弧中心线约0.5~1.0mm处，焊丝填入点不得高于熔池表面或在电弧下横向摆动，以避免影响母材熔化，破坏气体保护而使金属氧化；焊丝回撤时勿使焊丝未端露出气体保护区外，以免焊丝未端被氧化后再度送进时随之带入熔池。焊接时若钨极碰到焊缝金属应立即停止焊接，用金属磨头清除污染，并修磨钨极；无论焊前还是焊接过程中，都应先切除焊丝端部已氧化的部分再焊。
7. 一条焊缝应尽量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接时，应重叠10~20 mm。多层焊缝在进行下一道焊缝前，对前道焊缝进行表面颜色检查，只允许银白色；并彻底清除表面污染、夹渣等缺陷。弧坑应填满，接弧处应熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法：收弧时匀速抬高电弧，同时加速填充焊丝，直至电弧熄灭，使熄弧处焊缝局部凸出，必要时打磨超标的余高。在焊机上有衰减装置时，此熄弧方法效果更好。
8. A、B类接头焊缝的余高、余高差及宽度差下表 mm：
焊缝位置
焊缝余高
焊缝余高差
焊缝宽度差
钨极氩弧焊
熔化极氩弧焊
手工焊、半自动焊
自动焊、机械化焊
平 焊
0~3
0~5
0~2
0~3
0~2
除平焊外的其他焊缝位置
0~4
0~5
0~3
0~3
0~2
9. 接管与壳体的D类焊缝当壳体厚度≤12mm时，一般应将壳体扳边对接焊，扳边高度为25~30mm。
10. C、D类接头的焊缝厚度t，在图样上无其他规定时，应不小于组成角焊缝两边构件厚度δ1、δ2较小值的0.7倍，且不应小于3mm，在一般情况下不超过10 mm（按下图）；在衬里或复合板复合采用盖板搭接角焊缝时，盖板厚度构成了角焊缝的一侧边长度L2一般较薄，使得焊脚长度受到侧边长度的限制，当L2≤4mm时，应要求t≥0.7 L2。
11. C、D类接头的焊缝与母材应呈圆滑过渡。
12. 焊缝和热影响区表面应进行100%检查，不得有裂纹、未熔合、气孔、弧坑、夹渣和飞溅物等缺陷，焊缝外不应有打弧点。
13. 铝材压力容器焊缝表面不应有咬边。常压容器焊缝表面的咬边深度不应大于0.5mm，咬边连续长度不应大于100mm，焊缝两侧咬边的总长度不应超过该焊缝长度的10%。
14. 换热器换热管焊接顺序：管板组装（换热管预留长度应不少于4mm，以便后面的机加工）；管端及管板清理；一端胀管；焊接一面管板；机加工未焊换热管管端；胀管；管端及管板清理；焊接未焊一面的换热管。焊接时第一层一般不加丝焊（第一层是否进行PT或气密性检测按规定），但其它层应加丝焊。
15. 铝焊接应注意坡口钝边较大，一般为2~6mm。对有垫板的接头，钝边可适当减小。当铝板较薄时，对接焊都应考虑扳边对接焊，如当≤3mm考虑扳边和不加丝焊。铝焊接可采用双面同时焊，背面加丝或不加丝视具体情况而定。
五、焊缝返修：
1. 对需要返修的缺陷应当分析产生原因，提出改进措施，编制焊接返修工艺（应考虑加工装防焊接变形）后才能开始返修（下表为一般情况下焊缝缺陷及原因分析）；
2. 焊缝同一部位返修次数不宜超过2次。
3. 一般用金属磨头清除缺陷和开坡口。如果缺陷较深时，可先用规定的手工铣打磨，再用金属磨头打磨坡口表面。坡口应宽度均匀、表面平滑和便于施焊的凹槽，凹槽两端有一定的坡度（一般不大于1：4）。
4. 返修前需将缺陷清除干净，一般应进行100%PT确认（若缺陷是裂纹，则必须进行100%PT）。补焊时只需将缺陷除尽即可，不要挖得太深，必要时进行RT进行确认缺陷已完全清除。补焊时先不填丝，用电弧对补焊区金属熔化；填丝后电弧应稍偏向焊丝，防补焊区金属过热，电弧可在补焊长度方向上适度往复移动，以延长熔池存在时间，以利于氢气泡从熔池逸出。
5. 返修焊缝性能和质量要求应与原焊缝相同；
6. 铝焊接主要焊缝缺陷是气孔和裂纹：
6.1 气孔产生原因：铝焊接气孔主要是氢进入焊接熔池而形成的。氢来源有：材料、焊丝、保护气体、送丝机构、焊工的手套和环境湿度太高等，如焊丝被污染、材料及焊丝本身的氧化膜、送丝机构上有油污或汗渍等。预防措施：
6.1.1材料及焊丝内的含氢量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面应去除油污及氧化膜，存放时间不超过4h。表面清理后应用干燥、洁净、不起毛的物件覆盖坡口及两侧；
6.1.3 焊丝尽量使用抛光焊丝，不然处理方法同上；
6.1.4 保护气体内杂质含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保护气体管路：一般采用不锈钢管或铜管，软管采用塑料管而不能用橡胶等易吸水的软管；焊前应检查冷却水管道，确保不会漏水；当环境湿度很大时，应对保护气体进行加热对管路进行吹扫；
6.1.6 送丝机构：不得有油污，送丝管采用聚四氟乙烯管或尼龙，并焊前清理管内污染和冷凝水；
6.1.7现场环境：温度不宜超过25℃，相对湿度不超过50%，保持环境清洁；
6.1.8焊工：工作服装尽量是白色的，以便能及时发现和清理污染。焊时注意汗水和油渍不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都应在试板上试焊，以便检查保护气体和管路是否合格。
6.1.10 焊接工艺上预防措施：用双面焊代替单面焊；每道焊缝薄时比厚时有利于气孔逸出；大直径焊丝有利于减少气孔；焊前预热、焊后缓冷；降低电弧电压、增大电流、降低焊接速度，有利于减少气孔。
6.2 裂纹产生原因：材料焊接性较差；选择焊丝时没考虑抗裂性；结构的拘束度过大。预防措施：
6.2.1 对焊接性较差的铝材在焊接前应考虑其抗裂性而不能只考虑强度；必要时可考虑对焊件进行退火后焊接，焊后再淬火时效。
6.2.2 选择抗裂纹性好的焊丝，如含Si等低熔点元素的焊丝。
6.2.3 尽量减少焊接接头的拘束度，合理安排焊接顺序，让焊缝能够有横向收缩余量，以减小焊接应力。没有必要定位焊的就不要焊定位焊，能双面定位焊的就不要单面定位焊。
6.2.4 尽量改单面焊为双面焊。
六、探伤要求：
1. 封头拼缝焊后应进行100%RT，成形后再按规定100%RT或100%PT。
2. A、B类焊缝一般进行100%RT。
3. 容器上的C、D类焊接接头进行100%PT。
4. 铝材表面补焊焊缝进行100%PT。
5. 铝卡具和拉筋的临时固定连接焊缝拆除后的焊痕等进行100%PT。
6. 其他图样要求探伤的部位。
二：[铝焊接]铝合金的焊接方法和材料选用大全
铝合金的焊接方法
铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他一些焊接方法（如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等）也可以容易地将铝合金焊接在一起。
铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表1。应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。
表1 铝合金常用焊接方法的特点及适用范围
焊接方法
特点
适用范围
气焊
热功率低，焊件变形大，生产率低，易产生夹渣、裂纹等缺陷
用于非重要场合的薄板对接焊及补焊等
手工电弧焊
接头质量差
用于铸铝件补焊及一般修理
钨极氩弧焊
焊缝金属致密，接头强度高、塑性好，可获得优质接头
应用广泛，可焊接板厚1～20㎜
钨极脉冲氩弧焊
焊接过程稳定，热输入精确可调，焊件变形量小，接头质量高
用于薄板、全位置焊接、装配焊接及对热敏感性强的锻铝、硬铝等高强度铝合金
熔化极氩弧焊
电弧功率大，焊接速度快
用于厚件的焊接，可焊厚度为50㎜以下
熔化极脉冲氩弧焊
焊接变形小，抗气孔和抗裂性好，工艺参数调节广泛
用于薄板或全位置焊，常用于厚度2～12㎜的工件
等离子弧焊
热量集中，焊接速度快，焊接变形和应力小，工艺较复杂
用于对接焊要求比氩弧焊更高的场合
真空电子束焊
熔深大热影响区小，焊接变形量小接头力学性能好
用于焊接尺寸较小的焊件
激光焊
焊接变形小，生产率高
用于需进行精密焊接的焊件
（1）气焊
氧－乙炔气焊火焰的热功率低，热量较分散，因此焊件变形大、生产率低。用气焊焊接较厚的铝焊件时需预热，焊后的焊缝金属不但晶粒粗大、组织疏松，而且容易产生氧化铝夹杂、气孔及裂缝等缺陷。这种方法只用于厚度范围在0.5～10㎜的不重要铝结构件和铸件的焊补上。
（2）钨极氩弧焊
这种方法是在氩气保护下施焊，热量比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性高，在工业中获得起来越广泛的应用。钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完善的焊接方法，但钨极氩弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下操作。
（3）熔化极氩弧焊
自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大，热量集中，热量影响区小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高2～3倍。可以焊接厚度在50㎜以下的纯铝及铝合金板。例如，焊接厚度30㎜的铝板不必预热，只焊接正、反两层就可获得表面光滑、质量优良的焊缝。半自动熔化极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短焊缝及结构形状不规则的焊件，用半自动氩弧焊焊炬可方便灵活地进行焊接，但半自动焊的焊丝直径较细，焊缝的气孔敏感性较大。
（4）脉冲氩弧焊
1）钨极脉冲氩弧焊
用这种方法可明显改善小电流焊接过程的稳定性，便于通过调节各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。焊件变形小、热影响区小，特别适用于薄板、全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。
2）熔化极脉冲氩弧焊
可采用的平均焊接电流小，参数调节范围大，焊件的变形及热影响区小，生产率高，抗气孔及抗裂性好，适用于厚度在2～10㎜铝合金薄板的全位置焊接。
（5）电阻点焊、缝焊
可用来焊接厚度在4㎜以下的铝合金薄板。对于质量要求较高的产品可采用直流冲击波点焊、缝焊机焊接。焊接时需要用较复杂的设备，焊接电流大、生产率较高，特别适用于大批量生产的零、部件。
（6）搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊是一种可用于各种合金板焊接的固态连接技术。与传统熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟尘，不需要添加焊丝和保护气体，接头无气孔、裂纹。与普通摩擦相比，它不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝。这种焊接方法还有一系列其它优点，如接头的力学性能好、节能、无污染、焊前准备要求低等。由于铝及铝合金熔点低，更适于采用搅拌摩擦焊。
铝用焊接材料
（1）焊丝
采用气焊、钨极氩弧焊等焊接铝合金时，需要加填充焊丝。铝及铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两大类。为了得到良好的焊接接头，应从焊接构件使用要求考虑，选择适合于母材的焊丝作为填充材料。
选择焊丝首先要考虑焊缝成分要求，还要考虑产品的力学性能、耐蚀性能，结构的刚性、颜色及抗裂性等。选择熔化温度低于母材的填充金属，可大大减小热影响区的晶间裂纹倾向。对于非热处理合金的焊接接头强度，按1000系、4000系、5000系的次序增大。
含镁3%以上的5000系的焊丝，应避免在使用温度65℃以上的结构中采用，因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感，在上述温度和腐蚀环境中会发生应力腐蚀龟裂。用合金含量高于母材的焊丝作为填充金属，通常可防止焊缝金属的裂纹倾向。
目前，铝合金常用的焊丝大多是与基体金属成分相近的标准牌号焊丝。在缺乏标准牌号焊丝时，可从基体金属上切下狭条代用。较为通用的焊丝是HS311，这种焊丝的液态金属流动性好，凝固时的收缩率小，具体优良的抗裂性能。为了细化缝晶粒、提高焊缝的抗裂性及力学性能，通常在丝中加入少量的Ti、V、Zr等合金元素作为变质剂。
选用铝合金焊丝应注意的问题如下：
1）焊接接头的裂纹敏感性
影响裂纹敏感性的直接因素是母材与焊丝的匹配。选用熔化温度低于母材的焊缝金属，可以减小焊缝金属和热影响区的裂纹敏感性。例如，焊接硅含量0.6%的6061合金时，选用同一合金作焊缝，裂纹敏感性很大，
但用硅含量5%的ER4043焊丝，由于其熔化温度比6061合金低，在冷却过程中有较高的塑性，所以抗裂性能良好。此外，焊缝金属避免镁与铜的组合，因为Al－Mg－Cu有很高的裂纹敏感性。
2）焊接接头的力学性能
工业纯铝的强度最低，4000系列铝合金居中，5000系列铝合金强度最高。铝硅焊丝虽然有较高的抗裂性能，但含硅焊丝的塑性较差，所以对焊后需要塑性变形加工的接头来说，应避免选用含硅焊丝。
3）焊接接头的使用性能
填充金属的选择除取决于母材成分外，还与接头的几何形状、运行中的抗腐蚀性要求以及对焊接件的外观要求有关。例如，为了使容器具有良好的抗腐蚀能力或防止所储存产品对其的污染，储存过氧化氢的焊接容器要求高纯度的铝合金。在这种情况下，填充金属的纯度至少要相当于母材。
（2）焊条
铝合金焊条型号、规格与用途见表2。铝合金焊条的化学成分和力学性能见表3。
表2 铝及铝合金焊条的型号（牌号）、规格与用途
型号
牌号
药皮类型
焊芯材质
焊条规格/㎜
用途
E1100
L109
盐基型
纯铝
3.2，4.5
345～355
焊接纯铝板、纯铝容器
E4043
L209
盐基型
铝硅合金
3.2，4.5
345～355
焊接铝板、铝硅铸件、一般铝合金、锻铝、硬铝（铝镁合金除外）
E3003
L309
盐基型
铝锰合金
3.2，4.5
345～355
焊接铝锰合金、纯铝及其他铝合金
表3 铝及铝合金焊条的化学成分和力学性能
型号
牌号
药皮类型
电源种类
焊芯化学成分
/%
熔敷金属
抗拉强度
/MPa
焊接接头
抗拉强度
/MPa
E1100
L109
盐基型
直流反接
Si+Fe≤0.95,Co0.05～0.20
Mn≤0.05,Be≤0.0008
Zn≤0.10,其他总量≤0.15
Al≥99.0
≥64
≥80
E4043
L209
盐基型
直流反接
Si4.5～6.0,Fe≤0.8
Cu≤0.30,Mn≤0.05
Zn≤0.10,Mg≤0.0008
其他总量≤0.15,Al余量
≥118
≥95
E3003
L309
盐基型
直流反接
Si≤0.6,Fe≤0.7
Cu0.05～0.20,Mn1.0～1.5
Zn≤0.10,其他总量≤0.15
Al余量
≥118
≥95
（3）保护气体
焊接铝合金的惰性气体有氩所和氦气。氩气的技术要求为Ar＞99.9%,氧＜0.005%，氢＜0.005%，水分＜0.02mg/L，氮＜0.015%。氧、氮增多，均恶化阴极雾化作用。氧＞0.3%，则使钨极烧损加剧，超过0.1%使焊缝表面无光泽或发黑。
钨极氩弧焊时，交流加高频焊接选用纯氩气，适用大厚度板；直流正极性焊接选用Ar+He或纯Ar。
熔化极氩弧焊时，当板厚＜25㎜时，采用纯Ar。当板厚为25～50㎜时，采用添加10%～35%Ar的Ar+He混合气体。当板厚为50～75㎜时，宜采用添加10%～35%或50%He的Ar+He混合气体。当板厚＞75㎜时，推荐添加50%～75%He的Ar+He混合气体。
铝合金焊接工艺
1 铝合金的气焊
氧－乙炔气焊的热效率低，焊接热输入不集中，焊接铝及铝合金时需采用熔剂，焊后又需清除残渣，接头质量及性能也不高。因为气焊设备简单，无需电源，操作方便灵活，常用于焊接对质量要求不高的铝合金构件，如厚度较薄的薄板及小零件，以及补焊铝合金构件和铝铸件。
（1）气焊的接头形式
气焊铝合金时，不宜采用搭接接头和T形接头，这种接头难以清理流入缝隙中的残留熔剂和焊渣，应尽可能采用对接接头。为保证焊件焊接时既焊透又不塌陷和烧穿，可以采用带槽的垫板，垫板一般用不锈钢或纯铜等制成，带垫板焊接可获得良好的反面成形，提高焊接生产率。
（2）气焊熔剂的选用
铝合金气焊时，为了使焊接过程顺利进行，保证焊缝质量，气焊时需要加熔剂来去除铝表面的氧化膜及其他杂质。
气焊熔剂（又称气剂）是气焊时的助熔剂，主要作用是去除气焊过程中生成在铝表面的氧化膜，改善母材的润湿性能，促使获得致密的焊缝组织等。气焊铝合金必须采用熔剂，一般是在焊前熔剂直接撒在被焊工件坡口上，或者沾在焊丝上加入熔池内。
铝合金熔剂是钾、钠、钙、锂等元素的氯人盐，是粉碎后过筛并按一定比例配制的粉状化合物。例如铝冰晶石（Na3AlF6）在1000℃进可以熔解氧化铝，又如氯化钾等可使难熔的氧化铝转变为易熔的氯化铝。这种熔剂的熔点低，流动性好，还能改善熔化金属的流动性，使焊缝成形良好。
（3）焊嘴和火焰的选择
铝合金有强烈的氧化性和吸气性。气焊时，为使铝不被氧化，应采用中性焰或微弱碳化焰（乙炔既过剩的碳化焰），使铝熔池置于还原性气氛的保护下而不被氧化。严禁采用氧化焰，因为用氧化性较强的氧化焰会使铝强烈氧化，阻碍焊接过程进行；而乙炔过多，游离的氢可能溶入熔池，会促使缝产生气孔，使焊缝疏松。
（4）定位焊缝
为防止焊件在焊接中产生尺寸和相对位置的变化，焊件焊前需要点固焊。由于铝的线膨胀系数大、导热速度快、气焊加热面积大，因此，定位焊缝较钢件应密一些。
定位焊用的填充焊丝与产品焊接时相同，定位焊接前应在焊缝间隙内涂一层气剂。定位焊的火焰功率比气焊时稍大。
（5）气焊操作
焊接钢铁材料时，可以从钢材的颜色变化判断加热的温度。但焊铝时，却没有这个方便条件。因为铝合金从室温加热到熔化的过程中没有颜色的明显变化，给操作者带来控制焊接温度困难。但可根据以下现象掌握施焊时机：
1）当被加热的工件表面由光亮白色变成暗淡的银白色，表面氧化膜起皱，加热处金属有波动现象时，表明即将达到熔化温度，可以施焊；
2）用蘸有熔剂的焊丝端头及被加热处，焊丝与母材能熔合时，即达到熔化温度，可以施焊；
3）母材边棱有倒下现象时，母材达到熔化温度，可以施焊。
气焊薄板可采用左焊法，焊丝位于焊接火焰之前，这种焊法因火焰指向未焊的冷金属，热量散失一部分，有利于防止熔池过热、热影响区金属晶粒长大和烧穿。母材厚度大于5㎜可采用右焊法，此法焊丝在焊炬后面，火焰指向焊缝，热量损失小，熔深大，加热效率高。
气焊厚度小于3㎜的薄件时，焊炬倾角为20～40°；气焊厚件时，焊炬倾角为40～80°，焊丝与焊炬夹角为80～100°。铝合金气焊应尽量将接头一次焊成，不堆敷第二层，因为堆敷第二层时会造成焊缝夹渣等。
（6）焊后处理
气焊焊缝表面的残留焊剂和熔渣对铝接头的腐蚀，是铝接头日后使用中引起损坏的原因之一。在气焊后1～6h之内，应将残留的熔剂、熔渣清洗掉，以防引起焊件腐蚀。焊后清理工序如下。
1）焊后将焊件放入40～50℃的热水槽中浸渍，最好用流动的热水，用硬毛刷刷焊缝及焊缝附近残留熔剂、熔渣的地方，直至清除干净。
2）将焊件浸入硝酸溶液中。当室温为25°以上时，溶液浓度15%～25%，浸渍时间为10～15min。室温为10～15℃时，溶液浓度20%～25%，浸渍时间为15min。
3）将焊件置于流动热水（温度为40～50℃）的槽中浸渍5～10min。
4）用冷水将焊件冲洗5min。
5）将焊件自然晾干，也可放在干燥箱中烘干或用热空气吹干。
2 铝合金的钨极氩弧焊（TIG焊）
也称为钨极惰性气体保护电弧焊，是利用钨极与工件之间形成电弧产生的大量热量熔化待焊处，外加填充焊丝获得牢固的焊接接头。氩弧焊焊铝是利用其“阴极雾化”的特点，自行去除氧化膜。钨极及缝区域由喷嘴中喷出的惰性气体屏蔽保护，防止焊缝区和周围空气的反应。
TIG焊工艺最适于焊接厚度小于3㎜的薄板，工件变形明显小于气焊和手弧焊。交流TIG焊阴极具有去除氧化膜的清理作用，可以不用熔剂，避免了焊后残留熔剂、熔渣对接头的腐蚀。接头形式可以不受限制，焊缝成形良好、表面光亮。
氩气流对焊接区的冲刷使接头冷却加快，改善了接头的组织和性能，适于全位置焊接。由于不用熔剂，焊前清理的要求比其他焊接方法严格。
焊接铝合金较适宜的工艺方法是交流TIG焊和交流脉冲TIG焊，其次是直流反接TIG焊。通常，用交流焊接铝合金时可在载流能力、电弧可控性以及电弧清理作用等方面实现最佳配合，故大多数铝合金的TIG焊都采用交流电源。
采用直流正接（电极接负极）时，热量产生于工件表面，形成深熔透，对一定尺寸的电极可采用更大的焊接电流。即使是厚截面也不需预热，且母材几乎不发生变形。虽然很少采用直流反接（电极接正极）TIG焊方法来焊接铝，但这种方法在连续焊或补焊薄壁热交换器、管道厚在2.4㎜以下的类似组件时有熔深浅、电弧容易控制、电弧有良好的净化作用等优点。
（1）钨极
钨的熔点是3410℃，是熔点最高的金属。钨在高温时有强烈的电子发射能力，在钨电极加入微量稀土元素钍、铈、锆等的氧化物后，电子逸出功显著降低，载流能力明显提高。铝合金TIG焊时，钨极作为电极主要起传导电流、引燃电弧和维持电弧正常燃烧的作用。常用钨极材料分纯钨、钍钨及铈钨等。
（2）焊接工艺参数
为了获得优良的焊缝成形及焊接质量，应根据焊件的技术要求，合理地选定焊接工艺参数。铝合金手工TIG焊的主要工艺参数有电流种类、极性和电流大小、保护气体流量、钨极伸出长度、喷嘴至工件的距离等。自动TIG焊的工艺参数还包括电弧电压（弧长）、焊接速度及送丝速度等。
工艺参数是根据被焊材料和厚度，先确定钨极直径与形状、焊丝直径、保护气体及流量、喷嘴孔径、焊接电流、电弧电压和焊接速度，再根据实际焊接效果调整有关参数，直至符合使用要求为止。
铝合金TIG焊工艺参数的选用要点如下。
1）喷嘴孔径与保护气体流量
铝合金TIG的喷嘴孔径为5～22㎜；保护气体流量一般为5～15L/min。
2）钨极伸出长度及喷嘴至工件的距离
钨极伸出长度：对接焊缝时一般为5～6㎜，角焊缝时一般为7～8㎜。喷嘴至工件的距离一般取10㎜左右为宜。
3）焊接电流与焊接电压 与板厚、接头形式、焊接位置及焊工技术水平有关。
手工TIG焊时，采用交流电源，焊接厚度小于6㎜铝合金时，最大焊接电流可根据电极直径d按公式I=（60～65）d确定。电弧电压主要由弧长决定，通常使弧长近似等于钨极直径比较合理。
4）焊接速度
铝合金TIG焊时，为了减小变形，应采用较快的焊接速度。手工TIG焊一般是焊工根据熔池大小、熔池形状和两侧熔合情况随时调整焊接速度，一般的焊接速度为8～12m/h;自动TIG焊时，工艺参数设定之后，在焊接过程中焊接速度一般不变。
5）焊丝直径
一般由板厚和焊接电流确定，焊丝直径与两者之间呈正比关系。
1）气孔产生原因
氩气纯度低或氩气管路内有水分、漏气等；焊丝或母材坡口附近焊前未清理干净或清理后又被污物、水分等沾污；焊接电流和焊速过大或过小；熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长等。
防止措施
保证氩气的管路，选择认真清理焊丝、焊件，清理后及时焊接，并防止再次污染。更新送气管路，选择合适的气体流量，调整好钨极伸出长度；正确选择焊接工艺参数。必要时，可以采取预热工艺，焊接现场装挡风装置，防止现场有风流动。
2）裂纹产生原因
焊丝合金成分选择不当；当焊缝中的镁含量小于3%，或铁、硅杂质含量超出规定时，裂纹倾向增大；焊丝的熔化温度偏高时，会引起热影响区液化裂纹；结构设计不合理，焊缝过于集中或受热区温度过高，造成接头拘束应力过大；高浊停留时间长，组织过热；弧坑没填满，出现弧坑裂纹等。
防止措施
所选焊丝的成分与母材要匹配；加入引弧板或采用电流衰减装置填满弧坑；正确设计焊接结构，合理布置焊缝，使焊缝尽量避开应力集中处，选择合适的焊接顺序；减小焊接电流或适当增加焊接速度。
3）未焊透产生原因
焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、坡口角度、焊接电流均过小，钝边过大；工件坡口边缘的毛刺、底边的污垢焊前没有除净；焊炬与焊丝倾角不正确。
防止措施
正确选择间隙、钝边、坡口角度和焊接工艺参数；加强氧化膜、熔剂、熔渣和油污的清理；提高操作技能等。
4）焊缝夹钨产生原因
接触引弧所致；钨极末端形状与焊接电流选择得不合理，使尖端脱落；填丝触及到热钨极尖端和错用了氧化性气体。
防止措施
采用高频高压脉冲引弧；根据选用的电流，采用合理的钨极尖端形状；减小焊接电流，增加钨极直径，缩短钨极伸出长度；更新惰性气体；提高操作技能，勿使填丝与钨极接触等。
5）咬边产生原因
焊接电流太大，电弧电压太高，焊炬摆幅不均匀，填丝太少，焊接速度太快。
防止措施
减小焊接电流与电弧电压，保持焊炬摆幅均匀，适当增加送丝速度或降低焊接速度。
3 铸件常规补焊工艺
通常的铝合金铸件缺陷均可以采用氩弧焊接工艺进行补焊挽救,而以交流TIG焊方法补焊效果为佳。
采用补焊工艺实施铸件缺陷补焊时,除了以上提到的一般做法如焊前注意清理焊丝和工件待焊部位,选用合理的焊丝材料,选择短弧和小角度焊丝加入方式进行施焊等要点之外,在实践中针对不同缺陷类型还有许多成功的经验值得借鉴,如尽量选用小电流施焊;
选用补焊时的焊丝合金成分高于母材,以便在补焊过程中补充烧损合金,使焊缝成分与母材保持一致;对带有裂纹缺陷的铸件补焊前在两端打止裂孔;焊接时应首先加热待焊部位,采用左焊法填丝,以利于观察焊缝的熔化情况,待施焊处熔化后再行填丝以形成充分润湿的熔池;
当缺陷尺寸较大时为了提高补焊效率,可在传统TIG焊前将很薄的一层表面活性剂(简称ATIG活性剂)涂敷在施焊位置表面,焊接时活性剂引起焊接电弧收缩或熔池内金属流态发生变化,使得焊缝熔深增加,在进行铝合金交流TIG焊时,是在焊缝表面涂敷一层SiO2活性剂以改变焊缝熔深、减少预热程序和降低焊接难度。
6结束语
铝合金的焊接和补焊通常可采用方便和低成本的TIG和MIG氩弧焊方法。当采用高能束流焊和搅拌摩擦焊等铝合金焊接新工艺时,可以有效避免合金元素烧损、接头软化和焊接变形等问题,尤其是搅拌摩擦焊为固相连接具有绿色环保的特点。
常规补焊方法用于铝合金铸件缺陷补焊时,为避免焊接缺陷,应注意焊前清理、选配合理的焊丝填料和正确的焊接工艺规范,通常宜选用交流TIG补焊。
在铸件缺陷情况特殊和条件具备时,可以结合实际采用特种补焊方法,以便提高铝合金铸件的补焊质量。
完
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三：[铝焊接]铝及铝合金的焊接
铝及铝合金的焊接
2012-02-22 09:16:13
1．铝及铝合金的焊接特点
（1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，螺柱焊机清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。
（2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。
（3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5%～6%时可不产生热裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5%～6%)焊丝会有更好的抗裂性。
（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。
（5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。
（6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。
（7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。
（8） 铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。
2．焊接方法
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）。
3.焊接材料（1）焊丝 铝及铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，按容器要求应使对接接头的抗拉强度、塑性(通过弯曲试验)达到规定要求，对含镁量超过3％的铝镁合金应满足冲击韧性的要求，对有耐蚀要求的容器，焊接接头的耐蚀性还应达到或接近母材的水平。因而焊丝的选用主要按照下列原则：1）纯铝焊丝的纯度一般不低于母材；2）铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近；3）铝合金焊丝中的耐蚀元素(镁、锰、硅等)的含量一般不低于母材；4）异种铝材焊接时应按耐蚀
