鋁及鋁合金焊接規(guī)程詳解
本規(guī)程規(guī)定了鋁及鋁合金焊接的基本要求，適用于鋁及的手工鎢極氬弧焊或氣焊或熔化極氬弧焊等焊接的鋁及鋁合金制單層容器、襯鋁容器的鋁焊接工藝。
一、焊接用材料：
1.焊接用氬氣純度≥99.99%，≤-55℃，并應(yīng)符合GB/T4842或GB10624的規(guī)定。當(dāng)瓶裝氬氣的壓力≤0.5Mpa時(shí)不宜使用。（氬氣內(nèi)含氮量≥0.04%，否則焊縫表面上會(huì)產(chǎn)生淡或草綠色的氮化鎂及氣孔；含氧量≥0.03%，否則熔池表面上可發(fā)現(xiàn)密集的黑點(diǎn)、電弧不穩(wěn)和飛濺較大；含水量≥0.07%，熔池將沸騰并焊縫內(nèi)產(chǎn)生氣孔）。
2.手工鎢極氬弧焊電極采用鈰鎢電極。電極直徑應(yīng)根據(jù)焊接電流大小來選擇（使用時(shí)一般比焊接電流所要求的規(guī)格大一號(hào)的鎢極），電極端部應(yīng)為半球形（制作半球形方法：用比焊接電流所要求的規(guī)格大一號(hào)的鎢極，將端部磨成錐形，垂直夾持電極，用比所用鎢極要求的電流大20~30A的電流在試板上起弧并維持幾秒鐘，鎢極端頭即呈半球形。如果鎢極被鋁污染，則重新打磨或更換鎢極；輕微污染時(shí)，可電流使電弧在試板燃燒一會(huì)，即能燒掉污染物）：鈰鎢電極直徑mm
2
2.5
3.2
4.0
5.0
（正接時(shí)）焊接電流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675

（反接時(shí)）焊接電流A
15~25
17~30
20~35
35~50
50~70

（交流時(shí)）焊接電流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3.用MIG焊鋁合金時(shí)，由于鋁焊絲比較軟，為避免咬傷焊絲，送絲輪不允許用帶齒輪的送絲輪，不宜用推絲式；送絲軟管不準(zhǔn)用彈簧管而是用聚四氟乙烯或尼龍制品，不然由于磨削而污染或堵塞軟管。MIG通常用直流反極性。
4.焊劑主要作用是去除氧化膜和其它一些雜質(zhì)，使用時(shí)可用無水酒精調(diào)成糊狀或直接將焊劑粉放在坡口和兩側(cè)。當(dāng)焊接角焊縫時(shí)應(yīng)選用那些焊后容易清除熔渣的焊劑；鋁鎂合金用焊劑不宜含有鈉的組成物。
5.不同牌號(hào)的鋁材相焊時(shí)，當(dāng)圖紙和工藝都沒有規(guī)定時(shí)，按耐腐蝕性能較好和強(qiáng)度級(jí)別較低的母材去選擇焊絲材料。在焊接鋁鎂合金或鋁錳合金等耐蝕鋁合金時(shí)，宜采用含鎂量或含錳時(shí)與母材相近或比母材稍高的焊絲。焊絲可從GB/T10585《鋁及鋁合金焊絲》選取，也可從GB/T3190《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》和GB/T3197《焊條用鋁及鋁合金線材》中選取。焊絲選用時(shí)可參考下面幾個(gè)表（表3和表4摘自《焊接手冊(cè)》）：

焊接要求：
1.持證焊工應(yīng)按焊接工藝文件和其它文件焊接。



2.在焊接環(huán)境出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)采取有效防護(hù)措施，否則不準(zhǔn)施焊：
1) 焊接環(huán)境不清潔，有灰塵、煙霧；
2) 焊接環(huán)境風(fēng)速大于或等于1.5m/s；
3) 焊接環(huán)境相對(duì)濕度大于80%；
4) 下雨、下雪的室外作業(yè)；
5) 焊接溫度低于5℃；



3.鋁材產(chǎn)品焊接設(shè)在的場(chǎng)地，場(chǎng)地應(yīng)鋪設(shè)橡膠或絨布；焊接時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離通風(fēng)口和門窗以避免影響氣體保護(hù)效果。



4.用手工鎢極氬弧焊焊接鋁材一般都使用交流，以便產(chǎn)生陰極霧化的作用；熔化極氬弧焊則用直流反接。當(dāng)由于設(shè)備所限采用直流焊接時(shí)，焊縫表面一般有一層氧化膜甚至是黑灰，這時(shí)可用鋼絲刷或抹布擦去。對(duì)焊縫表面由于焊劑熔劑殘留物或氧化而形成的白色膜可用鋼絲刷或抹布醮熱水擦去。



5.焊前預(yù)熱：由于鋁材導(dǎo)熱性能很強(qiáng)，因此一般手工鎢極氬弧焊焊接大于10mm厚度時(shí)，焊前都應(yīng)預(yù)熱，但不超過100℃，焊時(shí)層間溫度也不超過100℃。可視具體情況用火焰或遠(yuǎn)紅外線板進(jìn)行加熱。



6.在焊接過程中焊絲的填入點(diǎn)不應(yīng)位于電弧正下方，而應(yīng)位于熔池邊部，距電弧中心線約0.5~1.0mm處，焊絲填入點(diǎn)不得熔池表面或在電弧下橫向擺動(dòng)，以避免影響母材熔化，破壞氣體保護(hù)而使金屬氧化；焊絲回撤時(shí)勿使焊絲未端露體保護(hù)區(qū)外，以免焊絲未端被氧化后再度送進(jìn)時(shí)隨之帶入熔池。焊接時(shí)若鎢極碰到焊縫金屬應(yīng)立即停止焊接，用金屬磨頭清除污染，并修磨鎢極；無論焊前還是焊接過程中，都應(yīng)先切除焊絲端部已氧化的部分再焊。



7. 一條焊縫應(yīng)盡量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接時(shí)，應(yīng)重疊10~20 mm。多層焊縫在進(jìn)行下一道焊縫前，對(duì)前道焊縫進(jìn)行表面顏色檢查，只允許銀白色；并清除表面污染、夾渣等缺陷?；】討?yīng)填滿，接弧處應(yīng)熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法：收弧時(shí)勻速抬高電弧，同時(shí)加速填充焊絲，直至電弧熄滅，使熄弧處焊縫局部凸出，必要時(shí)打磨超標(biāo)的余高。在焊機(jī)上有衰減裝置時(shí)，此熄弧方法效果更好。



8.A、B類接頭焊縫的余高、余高差及寬度差下表 mm：
焊縫位置
焊縫余高
焊縫余高差
焊縫寬度差

鎢極氬弧焊
熔化極氬弧焊
手工焊、半自動(dòng)焊
自動(dòng)焊、機(jī)械化焊

平焊
0~3
0~5
0~2
0~3
0~2

除平焊外的其他焊縫位置
0~4
0~5
0~3
0~3
0~2




9.接管與殼體的D類焊縫當(dāng)殼體厚度≤12mm時(shí)，一般應(yīng)將殼體扳邊對(duì)接焊，扳邊高度為25~30mm。



10.C、D類接頭的焊縫厚度t，在圖樣上無其他規(guī)定時(shí)，應(yīng)不小于組成角焊縫兩邊構(gòu)件厚度δ1、δ2較小值的0.7倍，且不應(yīng)小于3mm，在一般情況下不超過10 mm（按下圖）；在襯里或復(fù)合板復(fù)合采用蓋板搭接角焊縫時(shí)，蓋板厚度構(gòu)成了角焊縫的一側(cè)邊長(zhǎng)度L2一般較薄，使得焊腳長(zhǎng)度受到側(cè)邊長(zhǎng)度的限制，當(dāng)L2≤4mm時(shí)，應(yīng)要求t≥0.7 L2。



11.C、D類接頭的焊縫與母材應(yīng)呈圓滑過渡。



12.焊縫和熱影響區(qū)表面應(yīng)進(jìn)行檢查，不得有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾渣和飛濺物等缺陷，焊縫外不應(yīng)有打弧點(diǎn)。



13.鋁材壓力容器焊縫表面不應(yīng)有咬邊。常壓容器焊縫表面的咬邊深度不應(yīng)大于0.5mm，咬邊連續(xù)長(zhǎng)度不應(yīng)大于100mm，焊縫兩側(cè)咬邊的總長(zhǎng)度不應(yīng)超過該焊縫長(zhǎng)度的10%。



14.換熱器換熱管焊接順序：管板組裝（換熱管預(yù)留長(zhǎng)度應(yīng)不少于4mm，以便后面的機(jī)加工）；管端及管板清理；一端脹管；焊接一面管板；機(jī)加工未焊換熱管管端；脹管；管端及管板清理；焊接未焊一面的換熱管。焊接時(shí)層一般不加絲焊（層是否進(jìn)行PT或氣密性檢測(cè)按規(guī)定），但其它層應(yīng)加絲焊。



15.鋁焊接應(yīng)注意坡口鈍邊較大，一般為2~6mm。對(duì)有墊板的接頭，鈍邊可適當(dāng)減小。當(dāng)鋁板較薄時(shí)，對(duì)接焊都應(yīng)考慮扳邊對(duì)接焊，如當(dāng)≤3mm考慮扳邊和不加絲焊。鋁焊接可采用雙面同時(shí)焊，背面加絲或不加絲視具體情況而定。

焊前準(zhǔn)備：
1.鋁材坡口加工應(yīng)采用機(jī)械方法（含剪切），如采用等離子火焰方法加工應(yīng)從變色部分機(jī)械加工去掉不少于3mm，加工后的坡口表面應(yīng)平整、光滑，不得有裂紋、分層、夾雜、毛刺、飛邊和氧化色。坡口表面應(yīng)呈銀白色的金屬光澤；必要時(shí)對(duì)坡口及兩側(cè)不少于50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行PT。



2.焊絲、坡口表面及其兩側(cè)不少于50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行表面清理（包括去表面氧化膜、鱗片、污染和不合格的氧化色）。打磨可用φ0.15~0.2不銹鋼絲盤刷、金屬磨頭（即電動(dòng)銑刀）、手工盤銑機(jī)、銼刀（應(yīng)是鋁弧形銼刀）、刮刀和（沾的白布應(yīng)干凈，不要使用棉布或棉紗，以避免擦拭時(shí)帶出毛絨），但應(yīng)注意這些工具在使用前應(yīng)被清理干凈，清理時(shí)也應(yīng)注意不要把氧化膜以壓入母材內(nèi)，因此清理時(shí)不要太用力；但不準(zhǔn)用砂輪或普通砂紙打磨，因?yàn)殇X材很軟而導(dǎo)致砂粒留在鋁材里，焊后就易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。



3.對(duì)于外委熱加工的部件，如封頭等，原則上在進(jìn)廠后應(yīng)對(duì)鋁材表面進(jìn)行PT，必要時(shí)對(duì)不能確定的部位進(jìn)行RT。



4.焊絲表面可用不銹鋼絲刷或干凈的油砂紙擦洗；對(duì)表面氧化皮較厚的焊絲在焊前打磨后還需要化學(xué)清理。化學(xué)清理：用70℃、5%~10%的NaOH溶液浸泡0.5~3min左右后用清水沖洗，接著用15%左右的HNO3溶液在常溫下浸泡約1~2min后用溫水沖洗，再用手持式吹風(fēng)機(jī)（不能用空氣壓縮機(jī)，因?yàn)榭諝庵杏兴陀停┐蹈稍俜湃牒嫦渲?00℃烘干即可使用。對(duì)鋁材也可參考此法。



5.清理干凈的焊絲和焊件應(yīng)保持清潔和干燥，不得用手觸摸和口吹焊接部位，焊工一般戴白色的焊工手套，不要因?yàn)榕侣闊┒髋K手套；焊前嚴(yán)禁污染，否則應(yīng)重新進(jìn)行清理，局部污染可局部重新清理；好用白紙覆蓋在坡口用兩側(cè)。一般機(jī)械清理后應(yīng)立即焊接，如清理后4h之內(nèi)未焊，焊前就應(yīng)重新清理。



6.焊件裝配應(yīng)準(zhǔn)確，如果裝配不良時(shí)，應(yīng)考慮換部件，而不得強(qiáng)行組對(duì)，以避免造成過大的應(yīng)力。在正式焊接前應(yīng)對(duì)坡口尺寸進(jìn)行檢查，合格后方可施焊。



7.定位焊選用的焊絲及采取的工藝措施與焊接工藝相同。



8.焊件組對(duì)時(shí)在應(yīng)力集中處（如焊縫交叉處和工件上的轉(zhuǎn)角處等）盡量避免進(jìn)行定位焊，定位焊縫長(zhǎng)度和間距可按下表：（mm）
母材厚度
定位焊間距
每段定位焊縫長(zhǎng)度

＜3
3~6
＞6
接管或法蘭
40~50
50~60
50~80
2~4點(diǎn)
4~6
5~10
10~12
每點(diǎn)3~8




9.定位焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，否則清除重焊。重焊應(yīng)在附近區(qū)域進(jìn)行，而不要在原處點(diǎn)焊；對(duì)接焊縫間隙在工藝沒規(guī)定時(shí)，可按2~4mm。



10.對(duì)于會(huì)熔入焊縫的定位焊縫焊透和清除其表面的氧化層（只允許銀白色），并使焊縫兩端平滑過渡以便于接弧，否則就應(yīng)修整。在冷態(tài)零件上施焊時(shí)，電弧應(yīng)在始焊稍作停留一下，待母材邊緣開始熔化時(shí)，再及時(shí)加絲焊接，以始焊點(diǎn)焊透。



11.焊接縱縫時(shí)，在焊件兩端放置引弧板和退弧板，引弧板和退弧板采用與被焊件相同牌號(hào)和厚度的鋁材。焊接環(huán)縫時(shí)盡量避免產(chǎn)生弧坑。



12.焊接過程中定位焊點(diǎn)開裂，造成板邊錯(cuò)位或間隙變化，應(yīng)立即停止焊接，經(jīng)修復(fù)后才能繼續(xù)施焊。



13.在焊接過程中，應(yīng)先鋼絲刷清理上層焊縫表面的黑灰和氧化物。焊時(shí)注意處理火口，即收弧處。引弧可在離焊接始端10~20mm，再迅速回始端焊接，層采用直線焊接，為了獲得良好的成形，其它層焊時(shí)可以橫向擺動(dòng)，并在兩側(cè)稍停一下，以便熔合。



14.鋁焊接變形和焊時(shí)易產(chǎn)生塌陷，因此在焊前應(yīng)有針對(duì)性地制作夾具和墊板。采用夾具時(shí)一般零件正都需要夾緊，并且夾具的剛性和夾緊力大小要適中，因?yàn)檫^小取不到控制變形作用，過大則焊縫拘束度太強(qiáng)易導(dǎo)致焊縫開裂，夾緊力按350Kg/100mm為宜。軟性鋁材夾具可為碳鋼或不銹鋼，可以減緩散熱；強(qiáng)化鋁材可用鋁材制造夾具，這樣可以加強(qiáng)散熱?？v縫夾具可用琴鍵式，環(huán)縫可用液壓脹形夾具。縱縫裝配時(shí)可適當(dāng)間隙，以便焊后有收縮余地；環(huán)縫（包括圓形凸緣、法蘭等）則留些反向錯(cuò)邊或扳邊，因?yàn)楹负笸咕墪?huì)塌陷變形。墊板材料一般為不銹鋼或碳鋼，對(duì)要求不高的鋁材焊接可用石墨制作墊板。選擇墊板材料還應(yīng)考慮對(duì)焊縫冷卻速度的影響。當(dāng)鋁板較厚或墊板裝配間隙較大時(shí)，可用粘土泥封住間隙，焊后去掉即可。墊板尺寸可按下圖：



材料及尺寸
A
B
C

不銹鋼或碳鋼




石 墨




鋁及鋁合金焊絲廣泛應(yīng)用于鋁合金氬弧焊及氣焊。焊絲選用主要根據(jù)母材的種類、接頭的抗裂性能、機(jī)械性能、抗腐蝕性能及經(jīng)陽極化處理后焊縫與母材的色彩協(xié)調(diào)等方面的要求綜合考慮。一般來說,焊接鋁及鋁合金都采用與母材相同或相近牌號(hào)的焊絲,這樣可以獲得較好的耐蝕性;但焊接熱裂傾向大的熱處理強(qiáng)化合金時(shí),選擇焊絲時(shí)則主要考慮抗裂性。鋁鎂合金焊接時(shí),為彌補(bǔ)焊接過程中鎂的燒損,應(yīng)避開焊縫易出現(xiàn)裂紋的鎂含量臨界點(diǎn)(2%),一般采用含鎂量比基材高1%～2%的焊絲。另外,采用含Ｍｇ量高的鋁合金焊絲焊接高Ｚｎ鋁合金時(shí)可提高焊縫的抗裂性。以6005Ａ型材為例,其鎂含量為0.65%、硅含量為0.70%,采用ＥＲ5356鋁合金焊絲可以滿足上述要求。依據(jù)美國(guó)ＡＬＣＯＴＥＣ鋁焊接研究所提供的技術(shù)資料,并參照德國(guó)、日本等國(guó)文獻(xiàn)報(bào)道,焊接7005鋁合金型材時(shí)可選用的焊絲牌號(hào)有ＥＲ5356、ＥＲ5183,接頭綜合性能均較高;二者比較,ＥＲ5356接頭強(qiáng)度稍差,但延伸率較大。綜合國(guó)外鋁合金車輛的成功制造經(jīng)驗(yàn),選擇ＥＲ5356焊絲焊接7005基材較好
目前國(guó)內(nèi)研制的用鋁合金焊絲線坯的生產(chǎn)主要采用立式半連續(xù)鑄造-擠壓法,其特點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量好、性能穩(wěn)定,所用設(shè)備也可用于生產(chǎn)其它鋁合金線材(如鉚釘線等),但設(shè)備投資較大,工序多,占地面積大,工模具消耗和能耗較高,生產(chǎn)過程中的幾何廢料也高,產(chǎn)品成品率相對(duì)較低;國(guó)外鋁合金焊絲線坯的生產(chǎn)多采用連鑄連軋法,設(shè)備投資適中,產(chǎn)品單重大、成材率高(90%以上)、質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定;水平連鑄連拉法的特點(diǎn)是設(shè)備投資少,線材的成品率高(90%以上),在純鋁焊絲線坯的生產(chǎn)中優(yōu)勢(shì)明顯,有取代其它工藝的趨勢(shì),但這種方法目前還有一些工藝問題有待解決。
鋁及鋁合金焊絲可用于線軸或縱向切口的 MIG或 TIG的焊接加工，按其成分可分為純
鋁、鋁硅和鋁鎂焊絲，通過一定方法加工成盤狀（卷狀）或棒狀（直條狀）供貨，廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾和設(shè)備、冶金、管道、紡紗器具、船舶、鉆井裝備、火車、汽車、儲(chǔ)存罐和壓力容器等行業(yè)的焊接加工等行業(yè)。

鋁及鋁合金資料密度低，強(qiáng)度高，熱電導(dǎo)率高，耐腐蝕才能強(qiáng)，具有的物理特性和力學(xué)功能，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)商品的焊接構(gòu)造上。長(zhǎng)期以來，因?yàn)楹附愚k法及焊接技術(shù)參數(shù)的選擇不當(dāng)，構(gòu)成鋁合金零件焊接后因應(yīng)力過于會(huì)集發(fā)生嚴(yán)峻變形，或因?yàn)楹缚p氣孔、夾渣、未焊透等缺點(diǎn)，致使焊縫金屬裂紋或原料疏松，嚴(yán)峻影響了商品質(zhì)量及功能。
1.鋁合金焊絲材料特點(diǎn)
鋁是銀白色的輕金屬，具有的塑性、較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，一起還具有抗氧化和抗腐蝕的才能。鋁很簡(jiǎn)單氧化發(fā)生三氧化二鋁薄膜，在焊縫中簡(jiǎn)單發(fā)生夾雜物，然后損壞金屬的連續(xù)性和均勻性，降低其機(jī)械功能和耐腐蝕功能。常見鋁合金母材和焊絲的化學(xué)成分及機(jī)械功能。
2.鋁合金資料的焊接難點(diǎn)
(1)很簡(jiǎn)單氧化。在空氣中，鋁簡(jiǎn)單同氧化合，生成細(xì)密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μm)，熔點(diǎn)高(約2050℃)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)鋁及鋁合金的熔點(diǎn)(約600℃擺布)。氧化鋁的密度3.95-4.10g/cm3，約為鋁的1.4倍，氧化鋁薄膜的外表易吸附水分，焊接時(shí)，它阻止根本金屬的熔合，很簡(jiǎn)單構(gòu)成氣孔、夾渣、未熔合等缺點(diǎn)，引起焊縫功能降低。
(2)易發(fā)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時(shí)發(fā)生氣孔的首要原因是氫，因?yàn)橐簯B(tài)鋁可溶解很多的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因而當(dāng)熔池溫度疾速冷卻與凝結(jié)時(shí)，氫來不及逸出，簡(jiǎn)單在焊縫中構(gòu)成氣孔。氫氣孔目前難于完全避免，氫的來歷很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲外表吸附空氣中的水分等。實(shí)踐，即便氬氣按GB/T4842標(biāo)準(zhǔn)需求，純度到達(dá)99.99%以上，但當(dāng)水分含量到達(dá)20ppm時(shí)，也會(huì)呈現(xiàn)很多的細(xì)密氣孔，當(dāng)空氣相對(duì)濕度80%時(shí)，焊縫就會(huì)顯著呈現(xiàn)氣孔。
(3)焊縫變形和構(gòu)成裂紋傾向大。鋁的線脹大系數(shù)和結(jié)晶縮短率約比鋼大兩倍，易發(fā)生較大的焊接變形的內(nèi)應(yīng)力，對(duì)剛性較大的構(gòu)造將促進(jìn)熱裂紋的發(fā)生。
(4)鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大(純鋁0.538卡/Cm.s.℃)。約為鋼的4倍，因而，焊接鋁和鋁合金時(shí)，比焊鋼要耗費(fèi)更多的熱量。
(5)合金元素的蒸騰的燒損。鋁合金中含有低沸點(diǎn)的元素(如鎂、鋅、錳等)，在高溫電弧效果下，很簡(jiǎn)單蒸騰燒損，然后改動(dòng)焊縫金屬的化學(xué)成分，使焊縫功能降低。
(6)高溫強(qiáng)度和塑性低。高溫時(shí)鋁的強(qiáng)度和塑性很低，損壞了焊縫金屬的成形，有時(shí)還簡(jiǎn)單構(gòu)成焊縫金屬塌落和焊穿表象。
(7)無色彩改變。鋁及鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時(shí)，無顯著的色彩改變，使操作者難以把握加熱溫度。

純鎳焊絲特點(diǎn)
1、具有可焊性，較高的導(dǎo)電性，適宜的線膨脹系數(shù)。
2、高溫下強(qiáng)度較好，電阻率較低 。
3、熔點(diǎn)高、耐蝕、機(jī)械性能好，在熱冷狀態(tài)下都有較好的壓力加工性，易除氣，適用于無線電、電光源、機(jī)械制造、化學(xué)工業(yè)，是真空電子器件中重要的結(jié)構(gòu)材料。 純鎳絲根據(jù)材質(zhì)可分為N4和N6。