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(lái)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(wú)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(méi)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)》）：

5183（鋁焊條／鋁焊絲）特性如下：主要元素合金有：鎂、錳、鉻。不可以熱處理，熔化溫度為：579℃～638℃，抗腐蝕能力：A（Gen）A（Sc c ），，密度：2.66克／㎝3，陽(yáng)極化處理后為白色。5183鋁焊條于1957年被發(fā)明，用于5083及類似的高強(qiáng)度的鋁合金材料的焊接，它的焊接強(qiáng)度要5356.


鋁和鋁合金管焊接特點(diǎn)和方法
鋁合金由于重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、無(wú)磁性、成形性好及低溫性能好等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50 %以上。因此，鋁及鋁合金除廣泛的應(yīng)用于航空、航天和電工等領(lǐng)域外，同時(shí)還越來(lái)越多的應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)。濮陽(yáng)中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金(主要有：5083、5183、5A02相當(dāng)于舊牌號(hào)中的LF2、LF4)。但是鋁及鋁合金在焊接過(guò)程中，易出現(xiàn)氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問(wèn)題。此類材質(zhì)是被公認(rèn)為焊接難度較大的被焊接材料，特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此，解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過(guò)程中解決的問(wèn)題。
2、鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)
2.1 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。

2.2 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。
2.3 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。
2.4 易形成熱裂紋
鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率比鋼大約一倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形和應(yīng)力，加上某些雜質(zhì)或合金元素的不利影響，在剛性較大的接頭中將導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。
2.5 燒穿和塌陷
鋁及鋁合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí).由于沒(méi)有明顯的顏色變化，所以，不易判斷熔池的溫度。焊接時(shí)，常因溫度過(guò)高不易被察覺(jué)而導(dǎo)致燒穿或嚴(yán)重塌陷。 3 焊前準(zhǔn)備

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(pán)刷、金屬磨頭（即電動(dòng)銑刀）、手工盤(pán)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?；瘜W(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(guò)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(méi)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(guò)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(kāi)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(guò)程中定位焊點(diǎn)開(kāi)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(guò)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?jiàn)A具的剛性和夾緊力大小要適中，因?yàn)檫^(guò)小取不到控制變形作用，過(guò)大則焊縫拘束度太強(qiáng)易導(dǎo)致焊縫開(kāi)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。縱縫夾具可用琴鍵式，環(huán)縫可用液壓脹形夾具?？v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

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