鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)
1 易氧化
鋁和氧的親和力很強(qiáng)。在常溫下，鋁表面就能被氧化成厚度約0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密，能防止金屬的繼續(xù)氧化，對(duì)自然防腐有利，但它給焊接帶來(lái)了困難，這是由于氧化鋁的熔點(diǎn)(2050℃)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鋁的熔點(diǎn)(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過(guò)程中，會(huì)阻礙金屬之間的熔合，易形成夾渣，而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份，焊接時(shí)會(huì)促使焊縫生成氣孔。
2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容
鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍，因此，焊接鋁材管時(shí)，比鋼管焊接要消耗更多的熱量，為得到的焊接接頭，必需采用能量集中，功率大的熱源。
3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要?dú)錃饪?。鋁在液態(tài)時(shí)能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g，而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g，前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大，在相同的焊接工藝條件下，其冷卻速度為鋼的4～7倍，使金屬結(jié)晶加快，焊接熔池在快速冷卻過(guò)程中，氫的溶解度急劇下降，此時(shí)析出大量過(guò)飽和氣體，氫氣來(lái)不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接鋁材時(shí)，焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。

5A02 飛機(jī)油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件。
5A03 中等強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來(lái)代替5A02合金。
5A05 焊接結(jié)構(gòu)件，飛機(jī)蒙皮骨架。
5A06 焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機(jī)蒙皮骨部件。
5A12 焊接結(jié)構(gòu)件，甲板。

焊接工藝
1焊接材料的選擇
焊絲原則上選擇與母材成分相同的鋁及鋁合金焊絲或板條。氬氣純度＞99.95%，盡量選用大直徑焊絲。在Al-Mg系鋁合金的弧焊中，通常都是推薦使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條，對(duì)Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。
2 組對(duì)與點(diǎn)固焊
由于鋁及鋁合金管導(dǎo)熱快、熔池結(jié)晶快，所以.組對(duì)時(shí)不留間隙、鈍邊，應(yīng)避免強(qiáng)制進(jìn)行，以減少焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，定位焊縫長(zhǎng)度10-15mm為易。定位焊位置在管的7點(diǎn)、9點(diǎn)、12點(diǎn)處。定位焊焊縫常做為正式焊縫保留，因此發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。焊前對(duì)定位焊表面黑粉、氧化膜進(jìn)行清除，并將兩端修成緩坡型。焊件不需要預(yù)熱.焊前在試板上試焊，當(dāng)確認(rèn)無(wú)氣孔后再進(jìn)行正式焊接。采用高頻引弧，起弧點(diǎn)應(yīng)越過(guò)中心線20mm左右，并停留不動(dòng)約2-3秒。然后在焊透的情況下，采用大電流、快速焊。焊絲不擺動(dòng)，焊絲端部不應(yīng)離開氬氣保護(hù)區(qū)。如離開氬氣保護(hù)區(qū).焊絲端部應(yīng)剪掉。焊絲與焊縫表面的夾角宜在15O右。焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80O～90O之間。為氬氣保護(hù)區(qū)和增強(qiáng)保護(hù)效果，可采用大直徑焊槍瓷嘴，加大焊槍氬氣流量。當(dāng)噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著時(shí)。將飛濺物清除或更換噴嘴。當(dāng)鎢極端部出現(xiàn)污染，形狀不規(guī)則等現(xiàn)象時(shí).修整或更換。鎢極不宜伸出噴嘴外。焊接溫度的控制主要是焊接速度和焊接電流大小的控制。試驗(yàn)結(jié)果表明，大電流、快速焊能有效防止氣孔的產(chǎn)生。這主要是由于在焊接過(guò)程中以較快速度焊透焊縫，熔化金屬受熱時(shí)間短，吸收氣體的機(jī)會(huì)少。收弧時(shí)，注意填滿弧坑,縮小溶池,避免產(chǎn)生縮孔,終點(diǎn)的結(jié)合處應(yīng)焊過(guò)20~30mm。停弧后，要延遲停氣6秒?？尚D(zhuǎn)的鋁及鋁合金管對(duì)接平焊時(shí).焊炬應(yīng)處于稍帶上坡焊位置。這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時(shí)?？刹惶罴雍附z。但以后的焊層需加焊絲。

鋁合金是以鋁為基體元素和加入一種或多種合金元素組成的合金。一般采用交直流方波鎢極氬弧焊和脈沖MIG焊進(jìn)行焊接，脈沖MIG焊又分為一脈一滴脈沖MIG焊和高速脈沖MIG焊。脈沖MIG焊采用焊絲分為：純鋁焊絲301；鋁硅焊絲4043；鋁鎂焊絲5356；保護(hù)氣采用高純度氬氣：99.99%Ar。
鋁合金具有重量輕、抗腐蝕、易成型等優(yōu)點(diǎn)；隨著新型硬鋁、超硬鋁等材料的出現(xiàn)使得這類材料的性能不斷提高，因而在航空、航天、高速列車、高速艦艇、汽車等工業(yè)制造領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

由于鋁及其合金化學(xué)活潑性很強(qiáng)和自身的屬性，使得在焊接時(shí)較困難，對(duì)焊縫的質(zhì)量控制要求較高，主要為：
1、鋁及其合金，表面易形成氧化膜：Al2O3或MgO，且多具有難熔性質(zhì)（Al2O3熔點(diǎn)約為2050℃，MgO熔點(diǎn)約為2500℃）。
2、氧化膜(Al2O3或MgO)密度同鋁的密度極其接近，所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。
3、氧化膜（MgO）可以吸收較多的水分而形成焊縫氣孔。
4、鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)容易造成不熔合現(xiàn)象。
5、鋁及其合金的線膨脹系數(shù)大約為碳鋼的2倍；導(dǎo)熱性又強(qiáng)，比鋼約大一倍多；凝固時(shí)的體積收縮率較大，約為6.5％，而鐵為3.5％。焊接后容易產(chǎn)生變形、熱裂紋以及熱影響區(qū)的軟化、強(qiáng)度降低等問(wèn)題。
針對(duì)以上問(wèn)題，采用四川瑪瑞焊業(yè)發(fā)展有限公司高速脈沖MIG焊機(jī)可以很好的解決以上問(wèn)題，同時(shí)獲得的焊接質(zhì)量。
高速脈沖MIG焊機(jī)焊接時(shí)電弧過(guò)度脈沖頻率為3kHz—5kHz，自動(dòng)形成壓縮電弧，電弧電流密度大，從而使焊接時(shí)：
① 電弧更集中，小電流焊接時(shí)可以代替TIG焊
② 穿透力更強(qiáng)，不易造成未熔合
③ 攪拌力更大和更深，不易造成氣孔和夾渣
④ 高速脈沖對(duì)Al2O3破除效果好
⑤ 焊接速度更快，熱影響區(qū)小、變形小

另外，還得注意氣孔的形成原因和焊接參數(shù)匹配。焊縫氣孔的出現(xiàn)一般多為氫氣孔。氫氣孔的形成主要為：
1、弧柱氣氛中的水分: 弧柱空間總是或多或少存在一定數(shù)量的水分，尤其在潮濕季節(jié)或濕度大的地區(qū)進(jìn)行焊接時(shí)，由弧柱氣氛中水分分解而來(lái)的氫，溶入過(guò)熱的熔融金屬中，可成為焊縫氣孔的原因。
2、焊絲、母材表面氧化膜的吸附水份：鋁合金焊絲、母材的表面氧化膜中含有不致密的MgO或Al2O3，焊接時(shí)，在熔透不足的情況下，母材坡口端部未除凈的氧化膜中所吸附的水分，常常是產(chǎn)生焊縫氣孔的主要原因。
3、保護(hù)氣體不純：保護(hù)氣體多為氬氣，氬氣中含有水份或雜質(zhì)，焊接時(shí)造成焊縫氣孔。
一般說(shuō)來(lái)，鋁及其合金焊接線能量越大，焊縫性能下降的趨勢(shì)也越大。對(duì)于熔合區(qū)，除了防止晶粒粗化，還可能因晶界液化而產(chǎn)生顯微裂紋。所以，熔合區(qū)的變化主要是惡化塑性。因而焊接工藝參數(shù)應(yīng)選用既不造成未熔合又不過(guò)燒的合理參數(shù)才能確保鋁及其合金的焊接質(zhì)量。

合　金
典　型　用　途

2014
應(yīng)用于要求高強(qiáng)度與硬度（包括高溫）的場(chǎng)合。飛機(jī)重型、鍛件、厚板和擠壓材料，車輪與結(jié)構(gòu)元件，多級(jí)火箭級(jí)燃料槽與航天器零件，卡車構(gòu)架與懸掛系統(tǒng)零件

2019
是個(gè)獲得工業(yè)應(yīng)用的2XXX系合金，目前的應(yīng)用范圍較窄，主要為鉚釘、通用機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸工具結(jié)構(gòu)件，螺旋槳與配件

2024
飛機(jī)結(jié)構(gòu)、鉚釘、構(gòu)件、卡車輪轂、螺旋槳元件及其他種種結(jié)構(gòu)件

2048
航空航天器結(jié)構(gòu)件與兵器結(jié)構(gòu)零件

2124
航空航天器結(jié)構(gòu)件

2218
飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪和壓縮機(jī)環(huán)

2219
航天火箭焊接氧化劑槽，超音速飛機(jī)蒙皮與結(jié)構(gòu)零件，工作溫度為-270~300攝氏度。焊接性好，斷裂韌性高，T8狀態(tài)有很高的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力

2618
模鍛件與自由鍛件?；钊秃娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)零件

2A02
工作溫度200~300攝氏度的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向壓氣機(jī)葉片

2A06
工作溫度150~250攝氏度的飛機(jī)結(jié)構(gòu)及工作溫度125~250攝氏度的結(jié)構(gòu)鉚釘

2A10
強(qiáng)度比2A01合金的高，用于制造工作溫度小于等于100攝氏度的結(jié)構(gòu)鉚釘

2A11
飛機(jī)的中等強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件、螺旋槳葉片、交通運(yùn)輸工具與建筑結(jié)構(gòu)件。的中等強(qiáng)度的螺栓與鉚釘

2A12
蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、鉚釘?shù)?，建筑與交通運(yùn)輸工具結(jié)構(gòu)件

2A14
形狀復(fù)雜的自由鍛件與模鍛件

2A16
工作溫度250~300攝氏度的航天零件，在室溫及高溫下工作的焊接容器與氣密座艙

2A17
工作溫度225~250攝氏底的零件

2A50
形狀復(fù)雜的中等強(qiáng)度零件

2A60
發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)輪、導(dǎo)風(fēng)輪、風(fēng)扇、葉輪等

2A70
飛機(jī)蒙皮，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、導(dǎo)風(fēng)輪、等

2A80
航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、葉輪、活塞、漲圈及其他工作溫度高的零件

2A90
航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞

3A21
飛機(jī)油箱、油路導(dǎo)管、鉚釘線材等；建筑材料與食品等工業(yè)裝備等

5052
此合金有良好的成形加工性能、抗蝕性、可燭性、疲勞強(qiáng)度與中等的靜態(tài)強(qiáng)度，用于制造飛機(jī)油箱、油管，以及交通車輛、船舶的鈑金件，儀表、街燈支架與鉚釘、五金制品等

5056
鎂合金與電纜護(hù)套鉚釘、拉鏈、釘子等；包鋁的線材廣泛用于加工農(nóng)業(yè)捕蟲器罩，以及需要有高抗蝕性的其他場(chǎng)合

5083
用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強(qiáng)度的場(chǎng)合，諸如艦艇、汽車和飛機(jī)板焊接件；需嚴(yán)格防火的壓力容器、致冷裝置、電視塔、鉆探設(shè)備、交通運(yùn)輸設(shè)備、元件、裝甲等

5086
用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強(qiáng)度的場(chǎng)合，例如艦艇、汽車、飛機(jī)、低溫設(shè)備、電視塔、鉆井裝置、運(yùn)輸設(shè)備、零部件與甲板等

5A02
飛機(jī)油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件

5A03
中等強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來(lái)代替5A02合金

5A05
焊接結(jié)構(gòu)件，飛機(jī)蒙皮骨架

5A06
焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機(jī)蒙皮骨部件

6005
擠壓型材與管材，用于要求強(qiáng)高大于6063合金的結(jié)構(gòu)件，如梯子、電視天線等

6009
汽車車身板

6010
薄板：汽車車身

6061
要求有一定強(qiáng)度、可焊性與抗蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)性，如制造卡車、塔式建筑、船舶、電車、家具、機(jī)械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材

6A02
飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件，形狀復(fù)雜的鍛件與模鍛件

7049
用于鍛造靜態(tài)強(qiáng)度與7079-T6合金的相同而又要求有高的抗應(yīng)力腐蝕開裂勇力的零件，如飛機(jī)與零件——起落架液壓缸和擠壓件。零件的疲勞性能大致與7075-T6合金的相等，而韌性稍高

7050
飛機(jī)結(jié)構(gòu)件用中厚板、擠壓件、自由鍛件與模鍛件。制造這類零件對(duì)合金的要求是：抗剝落腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂能力、斷裂韌性與抗疲勞性能都高

7075
用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)及 他要求強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)件、模具制造

7175
用于鍛造用的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)性。T736材料有良好的綜合性能，即強(qiáng)度、抗剝落腐蝕與抗應(yīng)力腐蝕開裂性能、斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度都高

7178
供制造航空航天器的要求抗壓屈服強(qiáng)度高的零部件

7475
機(jī)身用的包鋁的與未包鋁的板材，機(jī)翼骨架、桁條等。其他既要有高的強(qiáng)度又要有高的斷裂韌性的零部件

7A04
飛機(jī)蒙皮、螺釘、以及受力構(gòu)件如大梁桁條、隔框、翼肋、起落架等




焊前預(yù)備
(1)焊前清理 鋁及鋁合金焊接時(shí)，焊前應(yīng)嚴(yán)格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質(zhì)量直接影響焊接工藝與接頭質(zhì)量，如焊縫氣孔產(chǎn)生的傾向和力學(xué)性能等。常采用化學(xué)清洗和機(jī)械清理兩種方法。
1）化學(xué)清洗 化學(xué)清洗，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產(chǎn)的工件?？捎媒捶ê筒料捶▋煞N?？捎谩⑵?、煤油等表面往油，用40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液堿洗3 min～7 min(純鋁時(shí)間稍長(zhǎng)但不超過(guò)20 min)，活動(dòng)凈水沖洗，接著用室溫至60℃的30％HNO3溶液酸洗1 min～3 min，活動(dòng)凈水沖洗，風(fēng)干或低溫干燥。
2）機(jī)械清理 在工件尺寸較大、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、多層焊或化學(xué)清洗后又沾污時(shí)，常采用機(jī)械清理。先用、汽油等擦試表面以除油，隨后直接用直徑為0.15 mm～0.2 mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金屬光澤為止。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時(shí)進(jìn)進(jìn)熔池產(chǎn)生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。
工件和焊絲經(jīng)過(guò)清洗和清理后，在存放過(guò)程中會(huì)重新產(chǎn)生氧化膜，特別是在濕潤(rùn)環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長(zhǎng)得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時(shí)間應(yīng)盡量縮短，在天氣濕潤(rùn)的情況下，一般應(yīng)在清理后4 h內(nèi)施焊。清理后如存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(如超過(guò)24 h)應(yīng)當(dāng)重新處理。
(2)墊板 鋁及鋁合金在高溫時(shí)強(qiáng)度很低，液態(tài)鋁的活動(dòng)性能好，在焊接時(shí)焊縫金屬輕易產(chǎn)生下塌現(xiàn)象。為了焊透而又不致塌陷，焊接時(shí)常采用墊板來(lái)托住熔池及四周金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板表面開一個(gè)圓弧形槽，以焊縫成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要求焊接操縱熟練或采取對(duì)電弧施焊能量嚴(yán)格自動(dòng)反饋控制等工藝措施。
(3)焊前預(yù)熱 薄、小鋁件一般不用預(yù)熱，厚度10 mm～15 mm時(shí)可進(jìn)行焊前預(yù)熱，根據(jù)不同類型的鋁合金預(yù)熱溫度可為100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預(yù)熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。

1070純鋁焊絲，鋁含量≥99.5%,有的抗腐蝕性能，很高的導(dǎo)熱與導(dǎo)電性能，以及的可加工性能。對(duì)經(jīng)陽(yáng)極化處理 的材料，需要配色時(shí)十分理想，推薦用于焊接1000系列鋁合金。 典型化學(xué)成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003，AL余量用途廣泛用于鐵路機(jī)車、電力、化學(xué)、食 品等行業(yè)。 執(zhí)行GB10858-89標(biāo)準(zhǔn)鋁及鋁合金焊絲廣泛應(yīng)用于鋁及鋁合金氬弧焊及氧 -乙炔氣焊時(shí)作填充材料。 焊絲的選擇，主要根據(jù)母材的種類，對(duì)接頭的抗裂性能、力學(xué)性能及抗腐蝕性能等方面的要求綜合考慮
鋁材具有的物理特性和力學(xué)性能，其密度低、強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高，耐蝕能力強(qiáng)。鋁材廣泛用于容器、機(jī)械、電力、化工、航空、航天等焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品上。
（一）鋁材的分類及牌號(hào)表示方法
1. 鋁材的分類
（1）按有無(wú)合金成分，鋁材分為純鋁及鋁合金。鋁合金按合金系列又分為Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等。
（2）按壓力加工能力，可分為變形鋁和非變形鋁（例如：鑄鋁）。
（3）按能否熱處理強(qiáng)化，鋁合金又分為非熱處理強(qiáng)化鋁和熱處理強(qiáng)化鋁。鋁沒(méi)有同素異構(gòu)體，純鋁、鋁錳合金、鋁鎂合金等不可能通過(guò)熱處理相變來(lái)進(jìn)步強(qiáng)度。但是，鋁銅和鋁鎂硅等合金可通過(guò)固溶時(shí)效析出強(qiáng)化相進(jìn)步強(qiáng)度，稱為可熱處理強(qiáng)化鋁。不能通過(guò)固溶時(shí)效析出強(qiáng)化相進(jìn)步強(qiáng)度的稱為不可熱處理強(qiáng)化鋁。
2. 牌號(hào)表示方法和狀態(tài)代號(hào)
（1）四位數(shù)字體系牌號(hào)命名方法 1997年1月1號(hào)，我國(guó)開始實(shí)施GB/T16474?996《變形鋁和鋁合號(hào)表示方法》標(biāo)準(zhǔn)。新的牌號(hào)表示方法采用變形鋁和鋁合金國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)組織推薦的國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)命名方法，例如產(chǎn)業(yè)純鋁有1070、1060等，Al-Mn合金有3003等，Al-Mg合金有5052、5086等。
（2）四位字符體系牌號(hào)命名方法 1997年1月1號(hào)前，我國(guó)采用前蘇聯(lián)的牌號(hào)表示方法。一些老牌號(hào)的鋁及鋁合金化學(xué)成分與國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)不完全吻合，不能采用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)代替，為保存國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的非國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)，不得不采用四位字符體系牌號(hào)命名方法，以便逐步與國(guó)際接軌。例如：老牌號(hào)LF21的化學(xué)成分與國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)3003不完全吻合，于是，四位字符體系表示的牌號(hào)為3A21。
四位數(shù)字體系和四位字符體系牌號(hào)個(gè)數(shù)字表示鋁及鋁合金的種別，其含義如下：
1）1XXX系列棗產(chǎn)業(yè)純鋁；
2）2XXX系列棗Al-Cu、Al-Cu-Mn合金，；
3）3XXX系列棗Al-Mn合金；
4）4XXX系列棗Al-Si合金；
5）5XXX系列棗Al-Mg合金；
6）6XXX系列棗Al-Mg-Si合金；
7）7XXX系列棗Al-Mg-Si-Cu合金；
8）8XXX系列棗其它。