生铝焊丝操作方法

铝及铝合金在现代工程技术所用的各种材料中占有举足轻重的地位，它在世界年产量仅次于钢铁而居第二位，在有色金属中则居位。如果说铝合金初是在航空工业中崭露头角的话，那么近几十年来，除航空工业外，在航天、汽车、船舶、桥梁、机械制造、电工、化学工业及低温装置中已大量应用铝及铝合金，以制造各种部件、油箱、耐蚀容器及导线等。目前铝合金焊接结构中应用广的是防锈铝合金，即铝镁合金和铝锰合金。


▷保护气体的选择◁
焊接时所用的保护气体有惰性气体氩气（Ar）和氦气（He），生产上普遍使用氩气。用于焊接铝及铝合金的氩气满足下列纯度（体积分数）要求：氩气大于99.99%，氦气小于0.04%，氧气小于0.03%，水的质量分数小于0.07%。目前国内生产的氩气，其纯度一般能达到此要求，故在使用前不需再进行提纯处理。
▷钨电极的选用◁


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，不容易熔化挥发，但电子发射能力比钍钨、铈钨要差。在纯钨中加入质量分数为1.0%~2.0%的氧化钍（Tho）电极称为钍钨极。它的电子发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧稳定。
▷溶剂的选择◁
在气焊、碳弧焊过程中，熔化的金属表面极易氧化而形成氧化膜，为焊接质量，用熔剂去除氧化膜及其他杂质。气焊、碳弧焊用的熔剂是各种钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
▷焊丝的选用◁
在铝合金材料的焊接过程中，铝合金用焊丝的选用至关重要，选取前应该了解以下内容：
•是否所有的铝合金材料都可用作焊接填充合金？
•是否所有的铝合金都可以焊接？
•应避免发生的缺陷有哪些？
•如何选择焊接填充合金？
•选择时应当考虑的标准是什么？
▷铝合金系列需要了解◁
选择什么样的焊丝？
一种母材可以用多种铝合金焊材完成焊接 ，如5083-5083的焊接：可用 5356，5183，5556 等焊丝。但是每一种焊丝得到的焊接接头可能只能在某一个性能方面是佳的。选择佳的焊丝时，主要应考虑焊接件的终使用性能。整体来说，主要考察以下几个性能指标：


总之，选择铝合金焊丝过程中，只有在对铝件焊接及其应用中的许多相关变量进行了充分分析后，才能选择出合适的合金填料。

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、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 尽量面焊为双面焊。
探伤要求：
1.封头拼缝焊后应进行RT，成形后再按规定RT或PT。
2.A、B类焊缝一般进行RT。
3.容器上的C、D类焊接接头进行PT。
4.铝材表面补焊焊缝进行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PT。
6.其他图样要求探伤的部位。

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》）：

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PT。



2.焊丝、坡口表面及其两侧不少于50 mm范围内进行表面清理（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（应是铝弧形锉刀）、刮刀和（沾的白布应干净，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；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.对于会熔入焊缝的定位焊缝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，以始焊点焊透。



11.焊接纵缝时，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，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。垫板尺寸可按下图：



材料及尺寸
A
B
C

不锈钢或碳钢




石 墨




铝及铝合金焊丝广泛应用于铝合金氩弧焊及气焊。焊丝选用主要根据母材的种类、接头的抗裂性能、机械性能、抗腐蚀性能及经阳极化处理后焊缝与母材的色彩协调等方面的要求综合考虑。一般来说,焊接铝及铝合金都采用与母材相同或相近牌号的焊丝,这样可以获得较好的耐蚀性;但焊接热裂倾向大的热处理强化合金时,选择焊丝时则主要考虑抗裂性。铝镁合金焊接时,为弥补焊接过程中镁的烧损,应避开焊缝易出现裂纹的镁含量临界点(2%),一般采用含镁量比基材高1%～2%的焊丝。另外,采用含Ｍｇ量高的铝合金焊丝焊接高Ｚｎ铝合金时可提高焊缝的抗裂性。以6005Ａ型材为例,其镁含量为0.65%、硅含量为0.70%,采用ＥＲ5356铝合金焊丝可以满足上述要求。依据美国ＡＬＣＯＴＥＣ铝焊接研究所提供的技术资料,并参照德国、日本等国文献报道,焊接7005铝合金型材时可选用的焊丝牌号有ＥＲ5356、ＥＲ5183,接头综合性能均较高;二者比较,ＥＲ5356接头强度稍差,但延伸率较大。综合国外铝合金车辆的成功制造经验,选择ＥＲ5356焊丝焊接7005基材较好
目前国内研制的用铝合金焊丝线坯的生产主要采用立式半连续铸造-挤压法,其特点是产品质量好、性能稳定,所用设备也可用于生产其它铝合金线材(如铆钉线等),但设备投资较大,工序多,占地面积大,工模具消耗和能耗较高,生产过程中的几何废料也高,产品成品率相对较低;国外铝合金焊丝线坯的生产多采用连铸连轧法,设备投资适中,产品单重大、成材率高(90%以上)、质量相对稳定;水平连铸连拉法的特点是设备投资少,线材的成品率高(90%以上),在纯铝焊丝线坯的生产中优势明显,有取代其它工艺的趋势,但这种方法目前还有一些工艺问题有待解决。
铝及铝合金焊丝可用于线轴或纵向切口的 MIG或 TIG的焊接加工，按其成分可分为纯
铝、铝硅和铝镁焊丝，通过一定方法加工成盘状（卷状）或棒状（直条状）供货，广泛应用于建筑、装饰和设备、冶金、管道、纺纱器具、船舶、钻井装备、火车、汽车、储存罐和压力容器等行业的焊接加工等行业。

铝焊丝如何选择
为了得到性能良好的焊接接头，应从焊接构件使用目的考虑，选择适合于母材的铝焊丝作填充材料。
（1）焊缝金属的裂纹敏感性
选择具有熔化温度低于母材的填充金属，可大大减小热影响区中晶间裂纹倾向。故用合金含量母材的焊丝作填充金属，通常可防止焊缝金属裂纹。如含0.6%硅的6061合金，如果用6061作填充金属，裂纹敏感性很大，但用含5%硅的4043焊丝作填充金属，熔化温度比母材低，在冷却过程中比母材具有更好的塑性以消除引起裂纹的收缩应力，所以抗裂性良好。还应注意避免产生对裂纹敏感的焊缝金属成分，如在铝合金焊缝中不希望有镁与铜的组合，因此5000系列焊丝还应用于焊接2000系列母材；面2219焊丝不应用于5000系列的母材。
（2）接头强度
焊接接头的强度随着焊丝的合金元素含量变化。即对于非热处理合金的焊接接头强度，按1000系、4000系和5000系的次序。在5000系中随镁、锰等含量增加，焊接接头强度按5554、5654、5356、5183、5556的顺序增加。
（3）接头的加工性（塑性）
需要弯曲加工的焊接接头，一般加工性受塑性的影响，而塑性随着强度的而降低。特别是含3%镁以上的母材（5154、5056、5082、5182、5083、5086）避免使用含硅的焊丝（4043、4047）。这种组合形成大量的Mg2Si，塑性下降。
(4)阳极氧化处理后的色差
为了提高耐蚀性，焊后常进行阳极氧化处理，若焊缝金属的成分明显不同于母材，或焊缝金属的铸造组织不同于母材的压延组织，焊缝金属在阳极氧化工艺处理后产生色差。例如含硅的4000系焊丝的焊缝阳极氧化处理后呈灰黑色，2000第、5000系和6000系母材呈银白色。所以若外观颜色匹配是重要指标时，选择焊丝时考虑所形成焊缝组织的成分及组织。
(5)高温下接头的力学性能及耐蚀性
含3%镁以上的5000系焊丝（5654、5356、5556、5183）应避免在使用温度65摄氏度以上的结构中采用，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。