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。
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
基本的铝合金知识和MIG 焊技巧
铝合金越来越多的用于机械制造行业. 随之而来的是对铝合金焊接的要求也越来越高。目前国外MIG 焊铝的技术工艺日趋成熟, 主要用于全焊接铝合金游轮、火车及汽车箱体、摩托车架、压力容器、轨道交通、工作平台及飞机等。
这里仅介绍基本的铝合金知识和MIG焊技巧 (所有材料牌号参照AWS 标准)。
1.铝合金分类及对应焊材
1.1. 纯铝 (1xxx 系列), 可焊性很好, 对应焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 铝铜合金 (2xxx 系列), 可焊性较差, 对应焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 铝锰合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 对应焊材: ER4043、ER5356
1.4. 铝硅合金 (4xxx 系列), 一般用于制造焊丝 (4043、4047)
1.5. 铝镁合金 (5xxx 系列), 高强度, 可焊性很好, 对应焊丝: ER5356、ER5183 等
1.6. 铝镁硅合金 (6xxx 系列), 应用广, 可焊性好, 对应焊丝: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 铝锌合金 (7xxx 系列), 高强度, 用于飞机制造业, 可焊性很差易裂, 对应焊丝: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它铝合金 (8xxx 系列), 可焊性很差
2.铝合金MIG 焊对焊接设备的要求
2.1. 直流CV 焊接电源或脉冲电源
2.2. 送丝机构及推拉式焊枪
2.3. 铝焊接用导电嘴 (孔径比碳钢用稍大)
2.4. 连接电缆
2.5. Ar 及流量计 (也有Ar+He 混合气)
3.焊前准备工作 (非常重要)
3.1. 清理工件待焊处油污 (擦拭)
3.2. 用不锈钢丝刷或砂轮去除待焊处氧化膜 (至少20毫米范围)
3.3. 如用水冷焊枪, 确保无漏水
3.4. 确保焊丝处于干净无损坏状态
3.5. 确保送丝轮, 送丝软管处于良好状态
4. 焊接参数 (仅供参考)
4.1. 根据不同的材料和板厚选用不同型号的焊丝和直径
4.2. 常用焊接规范:
4.2.1. 0.8 毫米焊丝 (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 毫米焊丝 (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 毫米焊丝 (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 毫米焊丝 (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 毫米焊丝 (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. 角焊比对接焊规范稍大, 立焊和仰焊规范比上述稍小
4.3.2. ER4043 (ER4XXX) 焊丝取下限值, ER5356 (ER5XXX) 取上限值
4.3.3. 保护气流量: 10-20L/MIN, 仰焊时多一些, 用粗焊丝时多一些
4.3.4. 焊丝干伸长度: 12-15mm
4.3.5. 过渡方式: 喷射过渡 (Spray arc transfer)
4.3.6. 极性: DC+ (直流反接)
5. 操作技巧
5.1. 半自动焊时总是左焊法 (右焊时焊缝成型很差, 表面发黑, 易产生未熔合缺陷),收弧时回焊接10 毫米左右以消除弧坑裂纹
5.2. 立焊时总是立向上焊
5.3. 自动焊时焊枪与焊缝轴线在行走方向 (无论左右) 成95-100度角。
总之, MIG 焊铝合金比焊一般钢材难一些, 但是如果准备充分, 材料设备匹配, 操作方法得当, 就可以得到很好的效果。
镍基合金焊丝焊接注意事项:
1、焊接处须油污、铁锈、水份等表面杂质。
2、焊接时，采用小线能量，建议采用较低的道间温度。
3、所使用的氩气的纯度要在以上且气体的流量控制要适当，通常焊接电流在100-200A时，气体流量约为10-15L/min。
4、施焊时有适当的设施，否则保护气体易受风的影响而致气体保护不良。使焊道劣化而发生气孔。
5、适当选择喷嘴及控制钨电的恰当伸岀长度。