鋁合金焊工理論培訓

1、編制 姜英祿 能夠掌握鋁合金的焊接特點，合理選擇焊接材料、焊接工藝，以提高鋁合金的焊接質量。目目 錄錄第一節(jié) 鋁合金概述一、鋁合金的分類和牌號二、鋁合金的特性第二節(jié) 鋁合金的焊接特點及工藝一、鋁合金的焊接特點二、鋁合金焊接方法三、鋁合金焊接材料四、鋁合金焊接保護氣體五、鋁合金TIG焊用鎢極六、鋁合金對接焊坡口七、焊前準備及焊后處理八、鋁合金的焊接工藝第三節(jié) 鋁合金的工藝評定一、相關標準二、試板鋁及鋁合金變形鋁工業(yè)純鋁熱處理強化鋁合金鑄造鋁合金非熱處理強化鋁合金 （防銹鋁合金）Al-Mg合金Al-Mn合金鍛鋁Al-Cu-Mg-Si合金硬鋁Al-Cu-Mg合金 Al-Cu-Mn合金超硬鋁Al-Zn

2、-Mg-Cu合金工業(yè)純鋁 1A85、1050A、1060和1200。 Al-Cu合金 2014。 Al-Mn合金 3003和3004。Al-Si合金 4003Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5058和5086。 Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。Al-Zn-Mg-Cu合金 7系 鋁（Al）的密度為2.7g/cm3，比銅輕2/3，鋁為銀白色的輕金屬，熔點為658，電導率僅次于金、銀、銅而位居第四位。純鋁具有面心立方點陣結構，沒有同素異構轉變，塑性好，無低溫脆性轉變，但強度低。鋁合金的線脹系數較大。 鋁在空氣和氧化性水溶液介質中，其表面較易產生致密的氧化鋁

3、鈍化膜，它在一些氧化性介質中具有良好的耐蝕性。在高溫濃硝酸中，純鋁的耐蝕性優(yōu)于不銹鋼。鋁材常作為耐蝕容器材料。 對一些腐蝕性不太強，但要求防鐵污染的介質，如化纖生產介質等，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，但鋁最便宜 鋁是面心立方晶格，沒有同素異構體，低溫下不存在像鐵素體鋼那樣的脆性轉變，鋁容器的最低設計溫度可達-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，會以金屬間化合物Mg2Al3和Mg5Al8在晶間析出，使鋁鎂合金在某些介質中產生應力腐蝕敏感性，只有在65以下使用才不會產生應力腐蝕，因此含鎂量超過了3

4、的鋁鎂合金規(guī)定設計溫度不超過65。析出相過多也會降低沖擊韌性，因此含鎂量超過3的鋁鎂合金及其焊接接頭應檢驗沖擊韌性。其他鋁和鋁容器，包括低溫鋁容器均不要求進行沖擊韌性檢驗 由于鋁鎂硅合金固溶時效狀態(tài)強度高，塑性也較好，焊接性好，焊接接頭在焊后狀態(tài)仍能保持較高的強度，因而常用作容器用高強度鋁合金。鋁，特別是純鋁的規(guī)定非比例伸長應力很低，在小的載荷下即會產生塑性變形。鋁容器在使用與運輸時，應留意碰撞變形 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，因而其許用應力也只取退火狀態(tài)鋁材的許用應力。只有

5、鋁鎂硅合金和鋁銅合金的鋁材才采用固溶時效狀態(tài)，以保證其高強度。 由于鋁合金的化學性質非?；顫?，熱導率很大，容易造成鋁合金產生未熔合缺陷，在焊接生產中的主要問題有以下幾個：主要問題1.鋁的比熱和熱導率比鋼大2.線膨脹系數較大3.鋁和氧的親和力大4.容易產生氣孔5.鋁合金熔化時無色澤變化6.焊接熱裂紋7.焊接接頭的等強性8.焊接接頭的耐蝕性 鋁在空氣中及焊接時極易氧化，天生的氧化鋁（Al2O3）熔點高、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，易使焊縫產生氣孔。焊接前應采用化學或機械方法進行嚴格表面清

6、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，往除氧化膜。氣焊時，采用往除氧化膜的焊劑。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”。 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明顯，為了獲得高質量的焊接接頭，

7、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。 鋁及鋁合金的線膨脹系數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。鋁焊接熔池凝固時輕易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產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生。在耐蝕性答應的情況下，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，活動性明顯進步，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產經驗，當含硅56時可不產生熱裂，因而采用SAlSi條(硅含量456)焊絲會有更好的抗裂性

8、。 鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉態(tài)時，沒有明顯的光彩變化，焊接操縱時判定難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，輕易焊穿。 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。合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能下降。 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。鋁為面心立方晶格，沒有同素異構體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過相變來細化晶粒。 鋁及鋁合金焊絲的選用除

9、考慮良好的焊接工藝性能外，按容器要求應使對接接頭的抗拉強度、塑性(通過彎曲試驗)達到規(guī)定要求，對含鎂量超過3的鋁鎂合金應滿足沖擊韌性的要求，對有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應達到或接近母材的水平。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）鋁合金焊絲的化學成分一般與母材相應或相近； 3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、硅等)的含量一般不低于母材； 4）異種鋁材焊接時應按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲； 5）不要求耐蝕性的高強度鋁合金(熱處理強化鋁合金)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(留意強度可能低于母材)。保護氣體為氬氣、氦氣

10、或其混合氣。交流加高頻TIG焊時，采用大于999純氬氣，直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時，板厚75 mm時推薦采用添加5075氦氣的氬氣。氬氣應符合GBT 4842?995純氬的要求。氬氣瓶壓低于0.5 MPa后壓力不足，不能使用氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點和沸點高，不易熔化揮發(fā)，電極燒損及尖真?zhèn)€污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加進12氧化釷的電極為釷鎢極，電子發(fā)射能力強，答應的電流密度高，電弧燃燒較穩(wěn)定，但釷元素具有一定的放射性，使用時應采取適當的防護措施。在純鎢中加進1.82.2的氧化鈰(雜質0.1)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學穩(wěn)定性高，

11、答應電流密度大，無放射性，是目前普遍采用的電極。鋯鎢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。（1)機械清理 先用有機溶劑（汽油或丙酮）擦拭待焊處的表面，細銅絲刷或不銹鋼絲刷、各種刮刀，將待焊處的表面刷凈。 機械清理方法主要適用：去除鋁合金表面的氧化膜、各種銹蝕在鋁合金表面的污染，以及在軋制生產過程中產生的氧化皮等。常用于大尺寸的焊件表面、焊接生產周期較長、多層焊接、以及經過化學清理后又被污染的焊件清理。1.焊前清理焊前清理主要有機械清理和化學清理兩種方法。1.焊前清理 鋁及鋁合金焊接時，焊前應嚴格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質量直接影響焊接工藝與接頭質量，如焊

12、縫氣孔產生的傾向和力學性能等。常采用化學清洗和機械清理兩種方法1.焊前清理（1)化學清理 化學清洗效率高，質量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產的工件?？捎媒捶ê筒料捶▋煞N。可用丙酮、汽油、煤油等有機溶劑表面往油，用4070的510NaOH溶液堿洗3 min7 min(純鋁時間稍長但不超過20 min)，活動凈水沖洗，接著用室溫至60的30HNO3溶液酸洗1 min3 min，活動凈水沖洗，風干或低溫干燥。1.焊前清理純鋁純鋁6 6101040405050101020202 23030室溫室溫2 23 32 2風干或風干或100100150150鋁合金鋁合金6 610105050707

13、03 37 72 23030室溫室溫2 23 32 2風干或風干或100100150150被清被清洗材洗材料料（1)化學清理 1.焊前清理（2)機械清理 在工件尺寸較大、生產周期較長、多層焊或化學清洗后又沾污時，常采用機械清理。先用丙酮、汽油等有機溶劑擦試表面以除油，隨后直接用直徑為0.15 mm0.2 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，焊接時進進熔池產生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。機械清理方法主要適用：去除鋁及鋁合金表面的氧化膜、各種銹蝕在鋁及鋁合金表面的污染，以及在軋制生產過程中產生的氧化皮等。常用于

14、大尺寸的焊件表面、焊接生產周期較長、多層焊接、以及經過化學清理后又被污染的焊件清理。1.焊前清理工件和焊絲經過清洗和清理后，在存放過程中會重新產生氧化膜，特別是在濕潤環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時間應盡量縮短，在天氣濕潤的情況下，一般應在清理后4 h內施焊。清理后如存放時間過長(如超過24 h)應當重新處理。2.焊接墊板 在焊縫的背面用墊板來托住熔化、軟化的鋁合金焊件，墊板的材料有不銹鋼、石墨和碳鋼等。 鋁及鋁合金在高溫時強度很低，液態(tài)鋁的活動性能好，在焊接時焊縫金屬輕易產生下塌現象。為了保證焊透而又不致塌陷，焊接時常采用墊

15、板來托住熔池及四周金屬。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，但要求焊接操縱熟練或采取對電弧施焊能量嚴格自動反饋控制等先進工藝措施薄、小鋁件一般不用預熱，厚度10 mm15 mm時可進行焊前預熱，根據不同類型的鋁合金預熱溫度可為100200，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷3.焊前預熱鑒別溫度的方法用TEMPILSTIK溫度測試蠟筆用氧乙炔火焰的強碳化焰噴焊件的待焊處4.焊后清理 焊后清理 焊后留在焊縫及四周的殘存焊劑和焊渣等會破壞鋁表面的鈍化膜，有時還會腐蝕鋁件，應清

16、理干凈。外形簡單、要求一般的工件可以用熱水沖洗或蒸氣吹刷等簡單方法清理。要求高而外形復雜的鋁件，在熱水中用硬毛刷洗擦后，再在6080左右、濃度為23的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗5 min10 min，并用硬毛洗擦刷，然后在熱水中沖洗擦滌，用烘箱烘干，或用熱空氣吹干，也可自然干燥。4.焊后清理 焊后熱處理 鋁容器一般焊后不要求熱處理。假如所用鋁材在容器接觸的介質條件下確有明顯的應力腐蝕敏感性，需要通過焊后熱處理以消除較高的焊接應力，來使容器上的應力降低到產生應力腐蝕開裂的臨界應力以下，這時應由容器設計文件提出特別要求，才進行焊后消除應力熱處理。如需焊后退火熱處理，對于純鋁、5052、5086

17、、5154、5454、5A02、5A03、5A06等，推薦溫度為345；對于2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等，推薦溫度為415；對于2017、2A11、6A02等，推薦溫度為360，根據工件大小與要求，退火溫度可正向或負向各調2030，保溫時間可在0.5 h2 h之間。（1）點焊和縫焊的工藝要點點焊和縫焊的工藝要點1）多用于搭接接頭，厚度在4mm以下，間隙每100mm長，間 隙不大于0.3mm。2）采用鍛壓和二次脈沖電流的焊接參數3）鋁合金板材各個焊點之間，要有間隙。(鋁合金點焊最小的搭邊寬度、焊點間距和排

18、間距見表3-21。)4）點焊剛度較大的焊件時，焊前應對焊件采取預壓力的措施。5）塑性較好的合金焊接時，應采用小的焊接壓力。6）適當增加焊接壓力和焊接時間，可以防止焊接飛濺。7）鋁合金焊接時，滾盤電極的壓力與焊接同樣厚度的低碳鋼的壓力接近，焊接速度比鋼的焊接速度低，并且隨著焊件的厚度的增加而減小。8）鋁合金焊前進行清理后，在空氣中存放時間不要過長。9）縫焊參數的選擇原則上與點焊相同，但是，縫焊盡量選用硬參數，即：縫焊的電流比點焊的電流要大20%30%、通電時間要減小30%50%、而電極壓力要增大10%25%。1.氬弧焊（TIG焊） (2)熔化極氬弧焊工藝要點 焊接電流大，熱量集中，熔深大，焊接速度相應地增加，生產率比手工鎢極氬弧焊提高近20倍，適用于中等厚度較規(guī)則的縱焊縫、環(huán)焊縫及平焊位置的鋁合金的焊接。 (3)焊接參數 手工鎢極氬弧焊接參數見表3-18。純鋁、鋁鎂合金焊接參數見表3-19。純鋁、鋁鎂合金、硬鋁自動熔化極氬弧焊的焊接參數見表3-20。2.氬弧焊（TIG焊） (1)手工鎢極氬弧焊工藝要點 手工鎢極氬弧焊（手工TIG焊）焊接方法適用于焊接0.55.0mm的鋁合金焊件，機械化鎢極氬弧焊可以焊接112mm的環(huán)縫或縱縫。 1）引弧要點：鋁合金手工鎢極氬弧