铝和铝合金焊接特点和焊接方法详解

铝和铝合金焊接特点和焊接方法详解全套铝及铝合金的焊接特点1铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝AI2O3熔点高、非常稳定，不易去除阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜在焊接过程加强保护，防止其氧化铝极氮弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理作用，去除氧化膜气焊时，采用去除氧化膜的焊剂在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氮弧热量大，利用氨气或氮氨混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要阴极清理〃2铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施a.化学清洗是使用碱和酸清洗工件表面，该法既可去除氧化膜，还可以除油污,具体工艺过程如下体积分数为6%〜10%的氢氧化钠溶液,在7CTC左右浸泡

0.5min-水洗一体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡Imin进行中和处理-水洗-温水洗一干燥洗好后的表面为无光泽的银白色b.机械清理可以采用风动或电动铳刀，还可以采用刮刀、锂刀等工具对于较薄的氧化膜也可采用不锈钢丝刷或细钢丝刷子刷，直到露出金属光泽清理后最好立即施焊，如果停放时间超过4h,应重新清理对于焊丝清理更为重要焊丝的供应状态应是清理干净和经光亮处理的盘丝焊丝，通常采用塑料袋密封包装每当开封后应尽快用完否则污染的焊丝难以再用3铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金在铝硅合金中含硅

0.5%时热裂倾向较大，随着硅含量增加,合金结晶温度范围变小,流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小根据生产经验，当含硅5%~6%时可不产生热裂，因而采用SAISi条硅含量

4.5%~6%焊丝会有更好的抗裂性4铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿5铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成6合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降7母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降8铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒焊接方法几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊）焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊惰性气体保护焊（TIG或MIG方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法铝及铝合金薄板可采用铝极交流筑弧焊或铝极脉冲氮弧焊铝及铝合金厚板可采用铝极氮弧焊、氮氨混合铝极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氨气或氮/氮混合气）铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光-电弧复合焊、电子束焊针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法，几种工艺均具有优越性，并可对厚板铝合金进行焊接铝合金焊接的难点铝合金由于重量轻、比强度高、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%以上铝合金焊接有几大难点:

①铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍;

②铝合金表面易产生难熔的氧化膜（AI2O3其熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；

③铝合金焊接容易产生气孔；

④铝合金焊接易产生热裂纹；

⑤线膨胀系数大，易产生焊接变形；

⑥铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2~4倍因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法焊接材料

（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、镒、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环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SAISi-1等（注意强度可能低于母材）

（2）保护气体保护气体为氮气、氨气或其混合气交流加高频TIG焊时，＜采用大于

99.9%纯氮气，直流正极性焊接宜用氮气MIG焊时，板厚25mm时宜用氮气;板厚25mm〜50mm时氮气中宜添加10%〜35%的氨气；板＞厚50mm-75mm时氯气中宜添加10%〜35%或50%的氨气；当板厚75mm时推荐采用添加50%〜75%氨气的氮气氨气应符合GB/T4842995《纯氮》的要求氮气瓶压低于

0.5MPa后压力不足，不能使用

（3）铝极氮弧焊用的铝极材料有纯铝、社铝、锦铝、错铝四种纯铝极的熔点和沸点高，不易熔化挥发，电极烧损及尖端的污染较少，但电子发射能力较差在纯铝中加入1%〜2%氧化社的电极为社铝极，电子发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧较稳定，但社元素具有一定的放射性，使用时应采取适当的防护措施在纯德中加入

1.8%〜

2.2%的氧化铀（杂质

40.1%）的电极为铺铝极铺铝极电子逸出功低，化学稳定性高，允许电流密度大，无放射性，是目前普遍采用的电极错皆极可防止电极污染基体金属，尖端易保持半球形，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，可去除氧化膜焊前准备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枇学清洗化学清洗效率高，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丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用40070€的5%~10%NaOH溶液碱洗3min~7min纯铝时间稍长但不超过20min,流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1min~3min，流动清水冲洗,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丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为

0.15mm~

0.2mm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，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷另外也可用刮刀、铿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，特别是在潮湿环境下，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，在气候潮湿的情况下，一般应在清理后4h内施焊清理后如存放时间过长如超过24h应当重新处理2垫板铝及铝合金在高温时强度很低，液态铝的流动性能好，在焊接时焊缝金属容易产生下塌现象为了保证焊透而又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔池及附近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，以保证焊缝反面成型也可以不加垫板单面焊双面成型，但要求焊接操作熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等先进工艺措施3焊前预热薄、小铝件一般不用预热，厚度10mm~15mm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℃,可用氧一乙焕焰、电炉或喷灯等加热预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷焊后处理1焊后清理焊后留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理干净形状简单、要求一般的工件可以用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理要求高而形状复杂的铝件,在热水中用硬毛刷刷洗后，再在60580＜左右、浓度为2%~3%的铭酢水溶液或重铭酸钾溶液中浸洗5min-10min,并用硬毛刷洗刷，然后在热水中冲刷洗涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然干燥

（2）焊后热处理铝容器一般焊后不要求热处理如果所用铝材在容器接触的介质条件下确有明显的应力腐蚀敏感性，需要通过焊后热处理以消除较高的焊接应力，来使容器上的应力降低到产生应力腐蚀开裂的临界应力以下，这时应由容器设计文件提出特别要求，才进行焊后消除应力热处理如需焊后退火热处理，对于纯铝、

5052、

5086、

5154、

5454、5A

02、5A

03、5A06等，推荐温度为3450c;对于

2014、

2024、

3003、

3004、

5056、

5083、

5456、

6061、

6063、2A

12、2A

24、3A21等,推荐温度为415℃;对于

2017、2A

11、6A02等，推荐温度为360℃,根据工件大小与要求，退火温度可正向或负向各调20℃〜30℃,保温时间可在

0.5h〜2h之间焊铝及铝合金工艺特点MIG铝及铝合金比较活泼，与氧的亲合力很大，极易与氧结合而生成AI2O3,其熔点为2050℃,大约为铝的熔点的3倍另外，在室温下铝表面形成一层牢固而致密的氧化膜这层氧化膜是不利于焊接的，妨碍接头的结合为此必须排除氧的影响，首先，MIG焊的保护气体，必须是惰性气体，可以应用纯氮或Ar+He混合气体，不得混入氧化性气体（02或CO2）其次，应采用直流反极性（DCRP），使工件为阴极，依靠阴极破碎作用将焊缝及其附近的金属氧化膜（Ar2O3薄膜）在焊接过程中去除，同时还能保证熔滴过渡稳定再次，MIG焊铝时，电弧温度较高（尤其在大电流时），电弧中充满金属蒸气，当该蒸气失去气体保护时，与空气中的氧相作用生成Ar2O3等氧化物，在近缝区，甚至在焊缝表面上将形成黑粉试验表明，采用脉冲MIG焊，可以大大减少黑粉熔滴和熔池在液态下极易吸潮而生成气孔所以焊前应仔细清理焊丝与材料表面，同时应注意保护气体的纯度因铝及铝合金导热快和热膨胀系数大，使得焊接变形大，易产生未熔合及未焊透而MIG焊时，恰恰热量比较集中，因此比较适于焊铝但是焊接大厚度工件时，为了减少变形，应采取预热措施，一般应在夹具中焊接焊铝前，怎样清洗母材和焊丝？MIG铝及铝合金焊件在焊前应对其表面进行清理目的是去除氧化膜和油污,以防止在焊缝中产生气孔和夹渣生产中常用的清理方法有清理油污和去氧化膜两道工序1）油污的清理对工件表面的油污，可以用汽油、四氯化碳、三氯乙烯和丙酮等擦拭，擦拭时宜采用清洁白布蘸上溶剂清理，注意不得用棉纱2）氧化膜的清理表面氧化膜利用上述溶剂清理是无效的，只能采用化学清洗和机械清理。