山东上焊焊接材料有限公司
第13年
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第13年
来源：山东上焊焊接材料有限公司 时间：2025-02-27 17:58:21 [举报]
铝及铝合金的理化性能及焊接特点
1 易氧化
铝和氧的亲和力很强。在常温下，铝表面就能被氧化成厚度约0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。虽然这层氧化铝薄膜比较致密，能防止金属的继续氧化，对自然防腐有利，但它给焊接带来了困难，这是由于氧化铝的熔点(2050℃)远远超过了铝的熔点(600℃左右)，比重约为铝的1.4倍。在焊接过程中，会阻碍金属之间的熔合，易形成夹渣，而且氧化铝薄膜还吸附了较多的水份，焊接时会促使焊缝生成气孔。
2 较大的导热系数和比热容
铝的导热系数约为钢的四倍，因此，焊接铝材管时，比钢管焊接要消耗更多的热量，为得到的焊接接头，必需采用能量集中，功率大的热源。
3 易形成氢气孔
铝及铝合金的焊接气孔主要氢气孔。铝在液态时能大量吸收和溶解氢，在熔融状态下溶解度为0.0069ml/g，而在高温凝固状态下为0.00036 ml/g，前后相差近20倍。铝的导热系数很大，在相同的焊接工艺条件下，其冷却速度为钢的4～7倍，使金属结晶加快，焊接熔池在快速冷却过程中，氢的溶解度急剧下降，此时析出大量过饱和气体，氢气来不及析出在焊缝金属中形成气孔。因此，在焊接铝材时，焊缝产生气孔的倾向很大。
5A02 飞机油箱与导管，焊丝，铆钉，船舶结构件。
5A03 中等强度焊接结构，冷冲压零件，焊接容器，焊丝，可用来代替5A02合金。
5A05 焊接结构件，飞机蒙皮骨架。
5A06 焊接结构，冷模锻零件，焊拉容器受力零件，飞机蒙皮骨部件。
5A12 焊接结构件，甲板。
铝合金是以铝为基体元素和加入一种或多种合金元素组成的合金。一般采用交直流方波钨极氩弧焊和脉冲MIG焊进行焊接，脉冲MIG焊又分为一脉一滴脉冲MIG焊和高速脉冲MIG焊。脉冲MIG焊采用焊丝分为：纯铝焊丝301；铝硅焊丝4043；铝镁焊丝5356；保护气采用高纯度氩气：99.99%Ar。
铝合金具有重量轻、抗腐蚀、易成型等优点；随着新型硬铝、超硬铝等材料的出现使得这类材料的性能不断提高，因而在航空、航天、高速列车、高速舰艇、汽车等工业制造领域得到了越来越广泛的应用。
由于铝及其合金化学活泼性很强和自身的属性，使得在焊接时较困难，对焊缝的质量控制要求较高，主要为：
1、铝及其合金，表面易形成氧化膜：Al2O3或MgO，且多具有难熔性质（Al2O3熔点约为2050℃，MgO熔点约为2500℃）。
2、氧化膜(Al2O3或MgO)密度同铝的密度极其接近，所以也容易成为焊缝金属的夹杂物。
3、氧化膜（MgO）可以吸收较多的水分而形成焊缝气孔。
4、铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。
5、铝及其合金的线膨胀系数大约为碳钢的2倍；导热性又强，比钢约大一倍多；凝固时的体积收缩率较大，约为6.5％，而铁为3.5％。焊接后容易产生变形、热裂纹以及热影响区的软化、强度降低等问题。
针对以上问题，采用四川玛瑞焊业发展有限公司高速脉冲MIG焊机可以很好的解决以上问题，同时获得的焊接质量。
高速脉冲MIG焊机焊接时电弧过度脉冲频率为3kHz—5kHz，自动形成压缩电弧，电弧电流密度大，从而使焊接时：
① 电弧更集中，小电流焊接时可以代替TIG焊
② 穿透力更强，不易造成未熔合
③ 搅拌力更大和更深，不易造成气孔和夹渣
④ 高速脉冲对Al2O3破除效果好
⑤ 焊接速度更快，热影响区小、变形小
另外，还得注意气孔的形成原因和焊接参数匹配。焊缝气孔的出现一般多为氢气孔。氢气孔的形成主要为：
1、弧柱气氛中的水分: 弧柱空间总是或多或少存在一定数量的水分，尤其在潮湿季节或湿度大的地区进行焊接时，由弧柱气氛中水分分解而来的氢，溶入过热的熔融金属中，可成为焊缝气孔的原因。
2、焊丝、母材表面氧化膜的吸附水份：铝合金焊丝、母材的表面氧化膜中含有不致密的MgO或Al2O3，焊接时，在熔透不足的情况下，母材坡口端部未除净的氧化膜中所吸附的水分，常常是产生焊缝气孔的主要原因。
3、保护气体不纯：保护气体多为氩气，氩气中含有水份或杂质，焊接时造成焊缝气孔。
一般说来，铝及其合金焊接线能量越大，焊缝性能下降的趋势也越大。对于熔合区，除了防止晶粒粗化，还可能因晶界液化而产生显微裂纹。所以，熔合区的变化主要是恶化塑性。因而焊接工艺参数应选用既不造成未熔合又不过烧的合理参数才能确保铝及其合金的焊接质量。
应用举例：铝母线的焊接
大中型发电机组的槽形和管形，小型机组的板状母线。
1、母线材质、焊接材料及设备
母线材质：L2工业纯铝；
焊材：丝301或丝311；
焊接设备：交流氩弧、熔化极气体保护焊机。
2、对接坡口及接头垫板
（1）对接坡口及其尺寸
δ≤6mm，不开坡口，间隙2-5mm；
δ=6-20mm，70ºV型坡口，间隙5-8mm，钝边1-2mm。
（2）坡口根部垫板
1）铝质或钢质；
2）垫板的大小视母线形状和尺寸而选择；
3）母线为板状或槽状时，选板形垫板；
4）母线为管形时，一般选纯铝垫圈；
5）母线封闭外壳的环缝对接选用带弧形槽的钢垫板。
3、清洗工艺
（1）焊丝清洗：分焊丝整理，碱洗，酸洗，烘干存放几个步骤。烘好的焊丝要随即使用，避免再次氧化。
（2）焊件坡口清理
1）化学清洗 ：采用清洗剂进行清洗。
2）机械清洗：先用（、松香或汽油）擦拭表面除油污，然后用细钢丝刷或刮刀使母材焊接区刮至有金属光泽为止。
（3）焊接过程中的清理
清除焊接过程中出现的黑斑、粘合、夹渣（铲削）。
4、焊接工艺
（1）预热：一般可采取电阻炉加热。高一些为好，但不要超过250ºC。
（2）工艺要点：TIG焊
1）大规范参数：钨棒直径3-6mm,焊丝直径2.4-6mm，焊接电流250-400A，氩气流量15-20l/min（视喷嘴大小决定）。
2）点焊要求
直线焊缝先点焊两端，后点焊中部至少三处，每处约60～80mm；
外壳环焊缝每隔60º点焊一处，每处长约80mm左右；
管形主母线沿圆周均分2-4处点焊，每处长约40-50mm。
3）好用铝制引弧板引弧和收弧。
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较高、强度高的母材选择焊丝；
5）不要求耐蚀性的高强度铝合金(热处理强化铝合金)可采用异种成分的焊丝，如抗裂性好的铝硅合金焊丝SAlSi一1等(留意强度可能低于母材)。
（2）保护气体 保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流加高频TIG焊时，采用大于99．9％纯氩气，直流正极性焊接宜用氦气。MIG焊时，板厚<25 mm时宜用氩气；板厚25 mm～50 mm时氩气中宜添加10％～35％的氦气；板厚50mm-75mm时氩气中宜添加l0％～35％或50％的氦气；当板厚>75 mm时推荐采用添加50％～75％氦气的氩气。氩气应符合GB／T 4842?995《纯氩》的要求。氩气瓶压低于0.5 MPa后压力不足，不能使用。
(3)钨极 氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。纯钨极的熔点和沸点高，不易熔化挥发，电极烧损及尖真个污染较少，但电子发射能力较差。在纯钨中加进1％～2％氧化钍的电极为钍钨极，电子发射能力强，答应的电流密度高，电弧燃烧较稳定，但钍元素具有一定的，使用时应采取适当的防护措施。在纯钨中加进1.8％～2.2％的氧化铈(杂质≤0.1％)的电极为铈钨极。铈钨极电子逸出功低，化学稳定性高，答应电流密度大，无，是目前普遍采用的电极。锆钨极可防止电极污染基体金属，易保持半球形，适用于交流焊接。
（4）焊剂 气焊用焊剂为钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物，可往除氧化膜。
焊前预备
(1)焊前清理 铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。
1）化学清洗 化学清洗，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。可用、汽油、煤油等表面往油，用40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液碱洗3 min～7 min(纯铝时间稍长但不超过20 min)，活动净水冲洗，接着用室温至60℃的30％HNO3溶液酸洗1 min～3 min，活动净水冲洗，风干或低温干燥。
2）机械清理 在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用、汽油等擦试表面以除油，随后直接用直径为0.15 mm～0.2 mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进进熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。
工件和焊丝经过清洗和清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜，特别是在湿润环境下，在被酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜成长得更快。因此，工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的存放时间应尽量缩短，在天气湿润的情况下，一般应在清理后4 h内施焊。清理后如存放时间过长(如超过24 h)应当重新处理。
(2)垫板 铝及铝合金在高温时强度很低，液态铝的活动性能好，在焊接时焊缝金属轻易产生下塌现象。为了焊透而又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔池及四周金属。垫板可采用石墨板、不锈钢板、碳素钢板、铜板或铜棒等。垫板表面开一个圆弧形槽，以焊缝成型。也可以不加垫板单面焊双面成型，但要求焊接操纵熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等工艺措施。
(3)焊前预热 薄、小铝件一般不用预热，厚度10 mm～15 mm时可进行焊前预热，根据不同类型的铝合金预热温度可为100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷。
铝铝焊丝又称铝铝药芯焊丝，因此种焊丝可以把铝材和铝材焊接起来而得名。它不同于普通铝焊丝要用氩弧焊机焊接，也不同于铝硅焊丝4047需要配合钎剂才能焊接，而只需通过火焰或感应直接可以钎焊焊接（因为自带钎剂，所以不需要另加钎剂）。
此焊丝焊接出来的工件的抗拉抗剪强度（接头牢固性不低于基材）、导电性能、耐腐蚀性能都较好，而且质量稳定，此焊丝的钎剂成分和性能见嵩峰机电。
与使用氩弧焊机用铝焊丝焊接相比，用铝铝焊丝工人操作简单、焊接设备简单、焊接不会使基材的结构发生变化
铝及铝合金焊接规程详解
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%，≤-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，则重新打磨或更换钨极；轻微污染时，可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》）：
5183（铝焊条／铝焊丝）特性如下：主要元素合金有：镁、锰、铬。不可以热处理，熔化温度为：579℃～638℃，抗腐蚀能力：A（Gen）A（Sc c ），，密度：2.66克／㎝3，阳极化处理后为白色。5183铝焊条于1957年被发明，用于5083及类似的高强度的铝合金材料的焊接，它的焊接强度要5356.
铝和铝合金管焊接特点和方法
铝合金由于重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。因此，铝及铝合金除广泛的应用于航空、航天和电工等领域外，同时还越来越多的应用于石油化学工业。濮阳中原大化新建空分装置就大量使用了铝镁合金(主要有：5083、5183、5A02相当于旧牌号中的LF2、LF4)。但是铝及铝合金在焊接过程中，易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题。此类材质是被公认为焊接难度较大的被焊接材料，特别是小径薄壁管的焊接更难掌握。因此，解决铝及铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中解决的问题。
2、铝及铝合金的理化性能及焊接特点
2.1 易氧化 铝和氧的亲和力很强。在常温下，铝表面就能被氧化成厚度约0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。虽然这层氧化铝薄膜比较致密，能防止金属的继续氧化，对自然防腐有利，但它给焊接带来了困难，这是由于氧化铝的熔点(2050℃)远远超过了铝的熔点(600℃左右)，比重约为铝的1.4倍。在焊接过程中，会阻碍金属之间的熔合，易形成夹渣，而且氧化铝薄膜还吸附了较多的水份，焊接时会促使焊缝生成气孔。
2.2 较大的导热系数和比热容 铝的导热系数约为钢的四倍，因此，焊接铝材管时，比钢管焊接要消耗更多的热量，为得到的焊接接头，必需采用能量集中，功率大的热源。
2.3 易形成氢气孔
铝及铝合金的焊接气孔主要氢气孔。铝在液态时能大量吸收和溶解氢，在熔融状态下溶解度为0.0069ml/g，而在高温凝固状态下为0.00036 ml/g，前后相差近20倍。铝的导热系数很大，在相同的焊接工艺条件下，其冷却速度为钢的4～7倍，使金属结晶加快，焊接熔池在快速冷却过程中，氢的溶解度急剧下降，此时析出大量过饱和气体，氢气来不及析出在焊缝金属中形成气孔。因此，在焊接铝材时，焊缝产生气孔的倾向很大。
2.4 易形成热裂纹
铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大约一倍，易产生较大的焊接变形和应力，加上某些杂质或合金元素的不利影响，在刚性较大的接头中将导致产生裂纹。
2.5 烧穿和塌陷
铝及铝合金由固态转变为液态时.由于没有明显的颜色变化，所以，不易判断熔池的温度。焊接时，常因温度过高不易被察觉而导致烧穿或严重塌陷。 3 焊前准备 
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。焊接时层一般不加丝焊（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。
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