鋁及鋁合金在現(xiàn)代工程技術所用的各種材料中占有舉足輕重的地位，它在世界年產(chǎn)量僅次于鋼鐵而居第二位，在有色金屬中則居位。如果說鋁合金初是在航空工業(yè)中嶄露頭角的話，那么近幾十年來，除航空工業(yè)外，在航天、汽車、船舶、橋梁、機械制造、電工、化學工業(yè)及低溫裝置中已大量應用鋁及鋁合金，以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導線等。目前鋁合金焊接結構中應用廣的是防銹鋁合金，即鋁鎂合金和鋁錳合金。


?保護氣體的選擇?
焊接時所用的保護氣體有惰性氣體氬氣（Ar）和氦氣（He），生產(chǎn)上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿足下列純度（體積分數(shù)）要求：氬氣大于99.99%，氦氣小于0.04%，氧氣小于0.03%，水的質量分數(shù)小于0.07%。目前國內生產(chǎn)的氬氣，其純度一般能達到此要求，故在使用前不需再進行提純處理。
?鎢電極的選用?


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，不容易熔化揮發(fā)，但電子發(fā)射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質量分數(shù)為1.0%~2.0%的氧化釷（Tho）電極稱為釷鎢極。它的電子發(fā)射能力強，允許的電流密度高，電弧燃燒穩(wěn)定。
?溶劑的選擇?
在氣焊、碳弧焊過程中，熔化的金屬表面極易氧化而形成氧化膜，為焊接質量，用熔劑去除氧化膜及其他雜質。氣焊、碳弧焊用的熔劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
?焊絲的選用?
在鋁合金材料的焊接過程中，鋁合金用焊絲的選用至關重要，選取前應該了解以下內容：
?是否所有的鋁合金材料都可用作焊接填充合金？
?是否所有的鋁合金都可以焊接？
?應避免發(fā)生的缺陷有哪些？
?如何選擇焊接填充合金？
?選擇時應當考慮的標準是什么？
?鋁合金系列需要了解?
選擇什么樣的焊絲？
一種母材可以用多種鋁合金焊材完成焊接 ，如5083-5083的焊接：可用 5356，5183，5556 等焊絲。但是每一種焊絲得到的焊接接頭可能只能在某一個性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時，主要應考慮焊接件的終使用性能。整體來說，主要考察以下幾個性能指標：


總之，選擇鋁合金焊絲過程中，只有在對鋁件焊接及其應用中的許多相關變量進行了充分分析后，才能選擇出合適的合金填料。

表1 同牌號鋁焊接用焊絲
同牌號母材牌號
焊 絲
同牌號母材牌號
焊 絲

1060
SAL-3
5052
SAlMg-1

1050A
SAL-3
5A02
SAlMg-1

5A03
SAlMg-2

1200
SAL-1
5083
SAlMg-3

3003
SAlMn
5A05
SAlMg-5

3004
SAlMn
6061
SAlMg-1
SAlMg-5
SAlSi-1




表2 異種鋁焊絲焊接用焊絲
異種母材
焊 絲

純鋁+鋁錳合金
SAlMn

純鋁、鋁錳合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5

純鋁、鋁錳合金+5A03
SAlMg-2

純鋁、鋁錳合金+5083、5086
SAlMg-3

純鋁、鋁錳合金+5A06、5A05
SAlMg-5




表3 針對不同的材料和性能要求選擇焊絲
材 料
按不同性能要求推薦的焊絲

要求高強度
要求高延性
要求焊后陽極化后顏色匹配
要求高強度
要求焊接時裂紋傾向低

1100
SAlSi-1
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1

2A16
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu

3A21
SAlMn
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1

5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5

5A05
LF14
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14

5083
ER5183
ER5356
ER5356
ER5356
ER5183

5086
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356

6A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1

6063
ER5356
ER5356
ER5356
SAlSi-1
SAlSi-1

7005
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180

7039
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180



注：ER鋁焊絲為美國標準ANSI/AWS A5.10。



表4 一般用途焊接時焊絲選用


母材之一
母材之二
7005
6A02
6061
6063
5083
5086
5A05
5A06
5A03
5A02
3A21
3003
2A16
2B16
2A12
2A




與母材配用的焊絲




SAlMg-5
SAlSi-1
ER5356
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMn
-
-
SAl-1
SAl-2
SAl-3

2A12
2A14
-
-
-
-
-
-
-
-
SAlSi-1
BJ-380A


2A16
2B16
-
-
-
-
-
-
-
SAlCu


3A21
3003
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMn
SAlMg-3


5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5


5A03
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5


5A05
5A06
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
LF14


5083
5086
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5


6A02
6061
6063
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1


7005
X5180



鋁及鋁合金資料密度低，強度高，熱電導率高，耐腐蝕才能強，具有的物理特性和力學功能，因而廣泛應用于工業(yè)商品的焊接構造上。長期以來，因為焊接辦法及焊接技術參數(shù)的選擇不當，構成鋁合金零件焊接后因應力過于會集發(fā)生嚴峻變形，或因為焊縫氣孔、夾渣、未焊透等缺點，致使焊縫金屬裂紋或原料疏松，嚴峻影響了商品質量及功能。
1.鋁合金焊絲材料特點
鋁是銀白色的輕金屬，具有的塑性、較高的導電性和導熱性，一起還具有抗氧化和抗腐蝕的才能。鋁很簡單氧化發(fā)生三氧化二鋁薄膜，在焊縫中簡單發(fā)生夾雜物，然后損壞金屬的連續(xù)性和均勻性，降低其機械功能和耐腐蝕功能。常見鋁合金母材和焊絲的化學成分及機械功能。
2.鋁合金資料的焊接難點
(1)很簡單氧化。在空氣中，鋁簡單同氧化合，生成細密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μm)，熔點高(約2050℃)，遠遠鋁及鋁合金的熔點(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，它阻止根本金屬的熔合，很簡單構成氣孔、夾渣、未熔合等缺點，引起焊縫功能降低。
(2)易發(fā)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時發(fā)生氣孔的首要原因是氫，因為液態(tài)鋁可溶解很多的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因而當熔池溫度疾速冷卻與凝結時，氫來不及逸出，簡單在焊縫中構成氣孔。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。實踐，即便氬氣按GB/T4842標準需求，純度到達99.99%以上，但當水分含量到達20ppm時，也會呈現(xiàn)很多的細密氣孔，當空氣相對濕度80%時，焊縫就會顯著呈現(xiàn)氣孔。
(3)焊縫變形和構成裂紋傾向大。鋁的線脹大系數(shù)和結晶縮短率約比鋼大兩倍，易發(fā)生較大的焊接變形的內應力，對剛性較大的構造將促進熱裂紋的發(fā)生。
(4)鋁的導熱系數(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，比焊鋼要耗費更多的熱量。
(5)合金元素的蒸騰的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素(如鎂、鋅、錳等)，在高溫電弧效果下，很簡單蒸騰燒損，然后改動焊縫金屬的化學成分，使焊縫功能降低。
(6)高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低，損壞了焊縫金屬的成形，有時還簡單構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)轉為液態(tài)時，無顯著的色彩改變，使操作者難以把握加熱溫度。

鋁及鋁合金焊接篇
Q ：為什么叫純鋁？它們是如何分類的？
A：工業(yè)純鋁：含鋁量≥99.00% 。
國產(chǎn)牌號：L1、L2、L3、L4、L5
國際型號：1060、1035、1100、1200、1370等
國產(chǎn)焊絲牌號：HS301
Q： 為什么叫鋁合金？它們是如何分類的？
A ：在鋁材中加入鎂、硅、錳、銅、鋅等合金元素，形成不同的組織和性能，形成不同系列的鋁合金材料，如：
〈1〉鋁銅合金LY19、2014、2219、2024
〈2〉鋁錳合金
LF21、3003、3005、3105國產(chǎn)焊絲牌號：HS321
〈3〉鋁硅合金
LT1、4A11、4043、4047國產(chǎn)焊絲牌號：HS311
〈4〉鋁鎂合金
LF2--LF16、5005、5052、5182、5356國產(chǎn)焊絲牌號： HS331
〈5〉鋁鎂硅合金LD2、LD31、6061、6063、6070
〈6〉鋁銅鎂鋅合金7005、7050、7075、7475
〈7〉鋁銅鎂鋰合金8090等
Q ：為什么MIG焊鋁要用亞射流過渡？
A：亞射流過渡—在射流過渡的電弧成分中調試出3—5%的短路過渡成分，電弧長度較短，電弧不漂移，氣體保護和陰極霧化效果好，產(chǎn)生氣孔的傾向小，焊縫內在質量高。
Q ：為什么MIG焊鋁的工藝難題較多？
A：MIG焊鋁的工藝難題主要有：
〈1〉鋁及鋁合金的熔點低（純鋁660℃），表面生成高熔點氧化膜（AL2O3 2050℃），容易造成焊接不熔合。
〈2〉低熔點共晶物和焊接應力，容易產(chǎn)生焊接熱裂紋。
〈3〉母材、焊材氧化膜吸附水分，焊縫容易產(chǎn)生氣孔。
〈4〉鋁的導熱性是鋼的3倍，焊縫熔池的溫度場變化大，控制焊縫成型的難度較大。
〈5〉焊接變形較大。
Q ：為什么MIG焊鋁要用Φ1.2/Φ1.6焊絲？


A ：MIG焊鋁時，因焊絲的熔化速度很快，送絲速度高；鋁焊絲剛性小，比較軟，推絲送進時，細焊絲容易堆絲打彎，影響正常焊接。所以一般使用Φ1.2/Φ1.6鋁焊絲。
Q： 什么叫清潔寬度？


A ：TIG交流和MIG直流反接焊鋁時，負電極（母材）表面上集中發(fā)射電子的光亮微小區(qū)域—“陰極霧化區(qū)”，此區(qū)域為清潔寬度，清理鋁表面氧化膜。

基本的鋁合金知識和MIG 焊技巧
鋁合金越來越多的用于機械制造行業(yè). 隨之而來的是對鋁合金焊接的要求也越來越高。目前國外MIG 焊鋁的技術工藝日趨成熟, 主要用于全焊接鋁合金游輪、火車及汽車箱體、摩托車架、壓力容器、軌道交通、工作平臺及飛機等。


這里僅介紹基本的鋁合金知識和MIG焊技巧 (所有材料牌號參照AWS 標準)。


1.鋁合金分類及對應焊材


1.1. 純鋁 (1xxx 系列), 可焊性很好, 對應焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 鋁銅合金 (2xxx 系列), 可焊性較差, 對應焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 鋁錳合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 對應焊材: ER4043、ER5356
1.4. 鋁硅合金 (4xxx 系列), 一般用于制造焊絲 (4043、4047)
1.5. 鋁鎂合金 (5xxx 系列), 高強度, 可焊性很好, 對應焊絲: ER5356、ER5183 等
1.6. 鋁鎂硅合金 (6xxx 系列), 應用廣, 可焊性好, 對應焊絲: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 鋁鋅合金 (7xxx 系列), 高強度, 用于飛機制造業(yè), 可焊性很差易裂, 對應焊絲: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它鋁合金 (8xxx 系列), 可焊性很差


2.鋁合金MIG 焊對焊接設備的要求


2.1. 直流CV 焊接電源或脈沖電源
2.2. 送絲機構及推拉式焊槍
2.3. 鋁焊接用導電嘴 (孔徑比碳鋼用稍大)
2.4. 連接電纜
2.5. Ar 及流量計 (也有Ar+He 混合氣)


3.焊前準備工作 (非常重要)


3.1. 清理工件待焊處油污 (擦拭)
3.2. 用不銹鋼絲刷或砂輪去除待焊處氧化膜 (至少20毫米范圍)
3.3. 如用水冷焊槍, 確保無漏水
3.4. 確保焊絲處于干凈無損壞狀態(tài)
3.5. 確保送絲輪, 送絲軟管處于良好狀態(tài)


4. 焊接參數(shù) (僅供參考)


4.1. 根據(jù)不同的材料和板厚選用不同型號的焊絲和直徑


4.2. 常用焊接規(guī)范:
4.2.1. 0.8 毫米焊絲 (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 毫米焊絲 (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 毫米焊絲 (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 毫米焊絲 (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 毫米焊絲 (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. 角焊比對接焊規(guī)范稍大, 立焊和仰焊規(guī)范比上述稍小
4.3.2. ER4043 (ER4XXX) 焊絲取下限值, ER5356 (ER5XXX) 取上限值
4.3.3. 保護氣流量: 10-20L/MIN, 仰焊時多一些, 用粗焊絲時多一些
4.3.4. 焊絲干伸長度: 12-15mm
4.3.5. 過渡方式: 噴射過渡 (Spray arc transfer)
4.3.6. 極性: DC+ (直流反接)


5. 操作技巧


5.1. 半自動焊時總是左焊法 (右焊時焊縫成型很差, 表面發(fā)黑, 易產(chǎn)生未熔合缺陷),收弧時回焊接10 毫米左右以消除弧坑裂紋
5.2. 立焊時總是立向上焊
5.3. 自動焊時焊槍與焊縫軸線在行走方向 (無論左右) 成95-100度角。


總之, MIG 焊鋁合金比焊一般鋼材難一些, 但是如果準備充分, 材料設備匹配, 操作方法得當, 就可以得到很好的效果。

純鎳焊絲特點
1、具有可焊性，較高的導電性，適宜的線膨脹系數(shù)。
2、高溫下強度較好，電阻率較低 。
3、熔點高、耐蝕、機械性能好，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、機械制造、化學工業(yè)，是真空電子器件中重要的結構材料。 純鎳絲根據(jù)材質可分為N4和N6。