铝和铝合金的焊接

（3）热裂倾向大 线膨胀系数大，约为碳素钢和低合金钢的两倍。体积收缩 率较大，达6.5%左右,铁约为3.5% 。这样由于过大的收缩 内应力而导致焊接熔池凝固时容易产生缩孔、热裂纹。生 产中可采取调整焊丝的成分与焊接工艺的措施防止热裂纹。 （4）气孔敏感性高 铝和铝合金熔池很易吸收氢等气体，高温下溶入的大量气 体在焊后泠却凝固过程中来不及析出，聚集在焊缝中会形 成气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面的氧化 膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。采取的措施： 焊前清理母材坡口及焊丝。
铝和铝合金焊接
表1：针对不同的材料和性能要求选择焊丝
按不同性能要求推荐的焊丝 材料 要求高强度 SAlSi-1 SAlCu SAlMn 要求高延性 SAl-1 SAlCu SAl-1 要求焊后阳极化 后颜色匹配 SAl-1 SAlCu SAl-1 要求抗海水腐蚀 SAl-1 SAlCu SAl-1 要求焊接时裂 纹倾向低 SAlSi-1 SAlCu SAlSi-1
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2) 熔化极氩弧焊 (MIG焊) 熔化极氩弧焊（分为自动及半自动）适用于中等厚度、 大厚度铝及铝合金板材的焊接，焊接时采用直流反接。采 用该方法焊接时焊接速度快，焊接接头热影响区和焊件的 变形量小。焊前焊件不必预热，例如厚度达30mm的铝板仅 需正、反面各焊接一层。 自动熔化极氩弧焊时，气孔的敏感性较大，这与焊丝 直径有显著关系，为此，常选用粗的焊丝及较大的焊接电 流值，焊丝直径越粗，焊丝的比表面积就越小，反之，越 大。用细焊丝焊接时，由铝丝表面带入熔池的氧化膜及表 面吸附水等杂质的数量要高于粗丝焊，因此容易产生气孔 缺欠。6mm的铝板对接焊时开I形坡口，间隙小于0.5mm，厚 度大于8mm的铝板，需加工成V形坡口。
5、焊接方法
1）气焊 气焊的热功率比电弧焊低，热量分散，因而焊件变形大， 生产效率低。且焊缝金属晶粒粗大，组织疏松，容器产生 夹渣。实际上被氩焊所取代。 2）焊条电弧焊 焊条电弧焊的接头质量较差，工业中应用较少，主要用于 焊补。 3）手工钨极氩弧焊 优点：热量比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊 接接头的强度和塑性较高，接头质量较优，可焊接的板厚 度为1mm~20mm，是焊接铝和铝合金最普通的方法。 缺点：此方法不宜在露天操作。



焊接纯铝时，可采用同型号纯铝焊丝； 焊接铝-锰合金时，可采用同型号铝-锰合金焊丝或纯铝 SAl-1焊丝； 焊接铝-镁合金时，如果含镁量在3%以上，可采用同系型 号焊丝；如果含镁量在3%以下，如5A01及5A02合金，由 于其热裂倾向强，应采用高Mg含量的SAlMg5或ER5356 焊丝；焊接铝-镁-硅合金时，由于生成焊接裂纹的倾向强， 一般应采用SAlSi-1焊丝，如果焊缝与母材颜色不匹配， 在结构拘束度不大的情况下，可改用SAlMg-5焊丝； 焊接铝-铜-镁、铝-铜-镁-硅合金时，如硬铝合金2A12、 2A14，由于焊接时热裂倾向强，一般应采用抗热裂性能 好的SAlSi-1、ER4145或BJ-380A焊丝。
（2）较高的热导率和比热容大 铝和铝合金的热导率和比热容均为碳素钢和低合金钢的两 倍多。在焊接过程中，由于高的热导率使热量能被迅速传 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，有时采用预热的措施。
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b)清除氧化膜 氧化膜的清理有机械清理及化学清理两种方法。 ① 机械清理 在去除油污后，可用不锈钢丝轮、铜丝轮或刮 刀，将焊件坡口两侧表面刮净。这种方法较简便，但清理的质 量较差，主要用于焊缝质量要求不高、焊件尺寸较大、不易用 化学方法清理或化学清理后又被局部污染的焊件。这种方法难 于清除焊丝表面的氧化膜。
英国 (BS) S1 1A 1B 3L54 1C N4 N5 N8 N6 N61 N3 H16 38S H20 H19 3L86
法国 (NF) 1070A 1050A 1100 1200 5052 5083 3003 2618A 2014 4032 6061 -
4 焊接材料
焊接材料的选择 铝及铝合金的焊接材料包括电焊条、焊丝、焊剂、电极和 保护气体。 1） 焊丝 按我国国标88及GB10858-2008，焊丝分为电焊条芯及焊 丝两个类别。按美国国标ANSI/AWS A5.10-92，焊丝分为 电极丝（代号E）及填充丝（代号R）和电极丝、填充丝 两者兼用丝（ER）。
铝和铝合金的焊接
石油化工铝制料仓施工质量验收规范 SH/T 3513—2009 石油化工铝制料仓施工技术规程 SH/T 3605—2009
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应用 1）大型空分装置冷箱中主塔（分馏塔）等塔类设备均为 铝镁合金材质。 2）铝料仓 3） 煤化工装置中的工艺管道等。
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2、焊接特性分析
1） 强的氧化能力 铝和氧的亲和力很强,在空气极易生成致密的Al2O3薄膜, Al2O3的熔点高达2050℃,远远超过铝和铝合金的熔点 (500℃～600℃)。Al2O3的相对密度较大，在焊接过程中 阻碍金属之间的良好的结合，引起氧化膜夹渣或未熔合。 氧化膜还会吸附水份，焊接时会促使焊缝生成气孔。在横 焊或仰焊的特定位置下，这些气孔在凝固过程中上升至焊 缝上部熔合线附近，被上部固态金属阻挡而无法逸出，因 而在焊缝上部形成链状气孔。
7、铝及铝合金焊接时常见的缺欠 铝及铝合金焊缝中常见的缺欠有焊缝成形不良、基体 金属的咬边、裂纹、气孔、未焊透、烧穿、夹渣等。 1.焊缝成形不良 焊缝成形不良表现在熔宽尺寸不一，成 形粗糙，且不光亮；接头太多；焊缝中心突起，两边平 坦或凹陷；焊缝满溢等。这些缺欠的形成原因主要是与 焊工的操作不够熟练，焊接工艺参数选择不当，焊炬角 度不正确，氧乙炔火焰或电弧没有严格对准坡口，导电嘴
5）固态液化时无色泽变化 焊接时熔池金属由固态变成液态时，没有明显的色泽变化， 给焊接者带来不便。 （6）低的高温强度和塑性 由于高温下的强度和塑性较低，以致于不能支承住液体金 属从而导致变形或塌陷。采取的措施：加垫板。
3 铝与铝合金牌号的分类 L-----纯铝（L1~L6） LF 防锈铝(Al-Mn、Al-Mg)(LF1~LF7、LF10、 LF11、LF21) LT 特殊铝（Al-Si）（LT1） LD 锻铝（LD1、LD2、LD5~LD10） LY 硬铝 （LY1、LY2） LC 超硬铝（LC2、LC4）
中国 (GB) LG5 LG2 LG1 L1 L2 L3 L5-1 L5 LF2 LF3 LF4 LF5-1 LF5 LF21 LD2 LD7 LD9 LD10 LD11 LD30 LD31 LY1
国际 (ISO) Al99.8 Al99.7 Al99.5 Al99.0 AlMg2.5 AlMg3 AlMg4.5Mn0.7 AlMg5 AlMg5Mn0.4 AlMn1Cu AlCu2MgNi AlCu4SiMg AlMg1SiCu AlMg0.7Si AlCu2.5Mg
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6 焊接工艺 1) 手工钨极氩弧焊 手工钨极氩弧焊时，采用交流电源，利用“阴极破 碎作用”清除焊接部位表面上的氧化膜。氩气的纯度必 须大于99.99%，含氮量小于0.04%、含氧量小于0.03%、 水分小于0.07%，当氮气超过标准值时，焊缝表面会产 生淡黄色或草绿色的化合物（氮化物）及气孔，给焊工 的操作带来困难；而且当氧气过量时，在熔池表面上还 会出现密集的黑点，使电弧不稳定，飞溅较大，水分会 导致熔池沸腾，并形成气孔。
原苏联 (ΓOCT) AB000 AB1 AB2 A00 A0 A1 A2 AMr AMr3 AMr4 Amr5 AMu AB AK4 AK2 AK8 AK9 AΠ33 AΠ31 AΠ18
德国 (DIN) Al99.98R Al99.9 Al99.8 Al99.7 Al99.5 Al99.0 Al99 AlMg2.5 AlMg3 AlMg4.5Mn AlMg5 AlMnCu AlCuSiMg AlMg1SiCu AlMgSi0.5 AlCu2.5Mg0.5
② 化学清理 铝及铝合金板材、管子及铝丝化学清理时， 先把铝板、铝管及铝丝放入温度为40~60℃、浓度8~10%的 氢氧化钠溶液中侵蚀，保持10~15min（对于铝合金只需 5min）后取出，用冷水冲洗2min；再置于30%的硝酸溶液 中进行光化处理，以中和余碱，避免碱液继续腐蚀铝板、 铝管、铝丝；再用流动的冷水冲洗2~3min。 清理工作完成后，铝丝应置于150~200℃的烘箱内， 随用随取。清理过的焊件、焊丝必须妥善保管，不准随意 乱放。铝板坡口清理后宜立即进行装配、焊接，一般不得 超过24h。
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3）焊丝、焊件的清洗
在焊前必须将铝丝、铝板表面上的油污、氧化膜等污物 清洗掉。清洗方法如下： a) 去油污 在清除氧化膜之前，先将铝丝表面、铝板坡口及其两侧 (各30mm内)的油污、脏物清洗干净。在生产上一般采用汽油 或丙酮、醋酸乙酯、松香水、四氯化碳等溶剂。也可配制一 种化学混合液进行脱脂处理，其步骤如下： ① 在温度为(60～70)℃的混合溶液(工业磷酸三钠(40～ 50)g，碳酸钠(40～50)g，水玻璃(20～30)g，水1L)中加热 (5～8)min； ② 在50℃左右的热水中冲洗2min； ③ 冷水中冲洗2min。
美国 (AA) 1199 1090 1080 1070 1060 1050 1100 1200 5052 5154 5083 5056 5456 3003 6165 2618 2018 2014 4032 6061 6063 2217
日本 (JIS) 1N99 1N90 A1080 A1070 A1060 A1100 A1200 A5052 A5154 A5083 A5056 A3003 A6165 2N01 A2018 A2014 A4032 A6061 A6063 A2217
4 ）熔化极氩弧焊 优点：以焊丝为电极，电流比较大，电弧功率大，热量集 中，焊接速度快，生产效率高。可焊接厚度为小于50mm。 缺点：焊丝直径受送丝系统的限制，且焊缝的气孔敏感性 较大。 5）熔化极脉冲钨极氩弧焊 焊接电流小，参数调节范围广，焊件变形小，适用于薄板 焊和全位置焊。常用于2~12mm。 6）其它不常用的焊接方法 等离子弧焊、真空电子束焊、激光焊、电阻焊等。
1100 2A16 3A21
5A02
5A05 5083 5086 6A02 6063 7005 7039
SAlMg-5
LF14 ER5183 ER5356 SAlMg-5 ER5356 ER5356 ER5356
SAlMg-5
LF14 ER5356 ER5356 SAlMg-5 ER5356 ER5356 ER5356
2）焊接材料选用原则 ①焊接时生成焊接裂纹的倾向低； ②焊接时生成焊缝气孔的倾向低； ③焊缝及焊接接头的力学性能（强度、延性）好； ④焊缝及焊接接头在使用环境条件下的耐蚀性能好； ⑤焊缝金属表面颜色与母材表面颜色能相互匹配。 焊丝的性能表现及其适用性需与其预定用途联系起来，以便 针对不同的材料和主要的性能要求来选择焊丝。
铝和铝合金焊接
a) 大于3mm厚的焊件需加工成V形坡口，厚度超过14mm的焊 件宜开双V形坡口，厚度超过3mm的管子也应加工成V形坡口。
b)组对方式通常有不留间隙、留间隙加垫板和较大间隙（对 弧焊)。钨极端部通常烧结成球珠形以利于电弧稳定燃烧。
c)板厚超过10mm的焊件焊接时或重要结构定位焊时，应采取 预热措施。预热温度的选择主要取决于焊件大小及焊缝金属的 冷却速度。板材愈厚，预热温度愈高。一般预热温度控制在 200～250℃。多层焊时，要保证层间温度不低于预热温度。
SAlMg-5
SAlMg-5 ER5356 ER5356 SAlMg-5 ER5356 ER5356 ER5356
SAlMg-5
SAlMg-5 ER5356 ER5356 SAlSi-1 SAlSi-1 ER5356 ER5356
SAlMg-5
LF14 ER5183 ER5356 SAlSi-1 SAlSi-1 X5180 X5180