金属焊接方法之铝及铝合金的焊条电弧焊
铝和铝合金的焊接
铝和铝合金焊接
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。
（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。
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）。
铝和铝合金焊接
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。
铝及其合金的焊接
铝及其合金的焊接第一节铝及其合金的类型和特性一、铝及其合金的类型根据铝合金的化学成分和制造工艺可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
在变形铝合金中又可分为非热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。
非热处理强化铝台金通过加工硬化、固溶强化来提高力学性能。
二、铝及其合金特性特点：与低碳钢相比较，具有密度小，电阻率小，线膨胀系数大(约为低碳钢线膨胀系数的2倍)，导热系数大(铝及其合金熔合区的冷却速度为高强钢熔合区冷却速度的(4～7)倍)、良好的耐蚀性、较高的比强度，优异的低温韧性，但强度低。
抗拉强度一般不超过100MPa，热处理后能达到400 MPa。
1. 纯铝：高耐蚀性、较好的塑性2. 防锈铝：强度中等，塑性和耐蚀性好，焊接性也好，是目前焊接结构中应用最广泛的铝合金。
典型牌号：LF4、LF5铝锰合金：Mn1.0～1.6%。
大于1.6%脆性化合物增加。
LF21铝镁合金：铝镁合金的强度随含镁量的增高而增高，但含镁量增多（大于7%）出现脆性相(Mg2Al3) 使合金的塑性、耐蚀性、特别是抗应力腐蚀性能下降。
Si的存在形成脆性相Mg2Si塑性、耐蚀性下降、Mn加入0.15～0.8%耐蚀性增加，强度提高。
Ti、V加入0.1%左右，能获得细晶粒组织。
3.硬铝：典型牌号LY12，成分Al-Cu-Mg系。
Cu、Si、Mg等元素，形成溶解于铝的化合物，促使合金热处理时强化，耐蚀性差，焊接性不良，热裂倾向大。
4. 超硬铝：LC4 ，成分Al-Zn-Mg-Cu系。
抗拉强度可达588Mpa，塑性较差。
非时效强化铝合金的强度比纯铝高、塑性及耐磨性好，特别是焊接性好，所以广泛用作焊接结构材料。
时效强化铝合金的焊接性较差，焊接时容易出现裂纹，所以在焊接结构中应用较少。
铸造铝合金的铸造性能良好，强度较高，焊接性也较好，其铸造缺陷可以焊补。
第二节铝及其合金的焊接性分析铝及铝合金与黑色金属不同，由于它容易氧化、导热性强、热容量和线膨胀系数大，熔点低及高温强度小等特性，所以给焊接工作带来一些困难。
铁铝铜钛合金的焊接方法
铁铝铜钛合金的焊接方法低碳钢含碳量少，塑性好，可以制备成各种形式的接头和构件。
在焊接过程中，不容易产生淬硬组织，产生裂纹的倾向也很小，同时又不容易产生气孔，它是最好焊的材料。
采用气焊、手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等方法焊接低碳钢，都能获得良好的焊接接头。
采用气焊时不要长时间加热，否则热影响区的晶粒容易变大。
在接头刚度很大，周围气温较低时，应把工件预热到100~150℃，以免产生裂纹。
如何焊接中碳钢?由于中碳钢含碳量较高，焊缝及其热影响区容易产生淬硬组织而造成裂纹，所以焊前应预热到300℃左右，并且焊后需要缓冷。
它可以采用气焊、手弧焊及气体保护焊等方法施焊。
焊接材料应选用结506、结507等抗裂纹性能比较好的焊条。
如何焊接铝及铝合金?铝及铝合金在焊接中特别容易产生比重大、熔点高的氧化膜，这种氧化膜还能吸附大量的水分，因此在焊接中容易产生夹渣，熔合不好和气孔等缺陷，此外铝合金还容易产生热裂纹。
焊接铝及铝合金可以采用气焊或手弧焊。
但气焊热量不集中，铝传热很快，所以生产效率低，工件变形大，除薄板外很少采用。
目前大量采用交流氩弧焊的方法来焊接铝及铝合金，因为它热量集中，焊缝美观，变形小，有氩气保护，能防止夹渣和气孔。
如采用手工电弧焊焊铝，适合4mm以上的厚板。
所用焊条牌号为铝109、铝209、铝309。
它们都属盐基型焊条，稳弧性能不好，要求用直流反接电源。
如何焊接钛及钛合金?钛是非常活泼的元素，在液态和高于600℃的固态下，极易和氧、氮、氢等气体作用，生成有害的杂质，使钛发生脆化。
因此，钛及钛合金不能采用氧-乙炔气焊、手工电弧焊或其它气体保护焊，而只能采用氩弧焊，真空电子束焊和接触焊等方法。
采用氩弧焊焊3mm以下的薄板，电源用直流正接、氩气纯度不低于99.98%，喷嘴要尽量靠近工件，焊接电流要小，焊接速度要快，焊后一般要进行低温退火处理，以改善结晶组织和消除焊接应力。
如何焊接铜及铜合金?铜及铜合金的焊接有许多困难，因为它们的导热性特别好，所以容易造成焊不透和熔合不好等缺陷。
铝合金的焊接方法和材料选用大全
铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。
除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他一些焊接方法（如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等）也可以容易地将铝合金焊接在一起。
铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表1。
应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。
（1）气焊氧－乙炔气焊火焰的热功率低，热量较分散，因此焊件变形大、生产率低。
用气焊焊接较厚的铝焊件时需预热，焊后的焊缝金属不但晶粒粗大、组织疏松，而且容易产生氧化铝夹杂、气孔及裂缝等缺陷。
这种方法只用于厚度范围在0.5～10㎜的不重要铝结构件和铸件的焊补上。
（2）钨极氩弧焊这种方法是在氩气保护下施焊，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高，在工业中获得起来越广泛的应用。
钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完善的焊接方法，但钨极氩弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下操作。
（3）熔化极氩弧焊自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大，热量集中，热量影响区小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高2～3倍。
可以焊接厚度在50㎜以下的纯铝及铝合金板。
例如，焊接厚度30㎜的铝板不必预热，只焊接正、反两层就可获得表面光滑、质量优良的焊缝。
半自动熔化极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短焊缝及结构形状不规则的焊件，用半自动氩弧焊焊炬可方便灵活地进行焊接，但半自动焊的焊丝直径较细，焊缝的气孔敏感性较大。
（4）脉冲氩弧焊1）钨极脉冲氩弧焊用这种方法可明显改善小电流焊接过程的稳定性，便于通过调节各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。
焊件变形小、热影响区小，特别适用于薄板、全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。
2）熔化极脉冲氩弧焊可采用的平均焊接电流小，参数调节范围大，焊件的变形及热影响区小，生产率高，抗气孔及抗裂性好，适用于厚度在2～10㎜铝合金薄板的全位置焊接。
（5）电阻点焊、缝焊可用来焊接厚度在4㎜以下的铝合金薄板。
铝及铝合金在焊接时容易出现哪些问题
铝及铝合金在焊接时容易出现哪些问题？1、极易敏化铝不论是固态或液态都极易氧化，生成三氧化二铝薄膜。
氧化膜熔点很高，为2050℃，而铝的熔点仅为658℃。
A1203具有很高的电阻，在电弧焊中，相当于电弧与工件之间有一层绝缘层，使电弧燃烧不稳定。
氧化膜妨碍焊接过程的顺利进行，而且氧化铝的密度大于铝，因此造成焊缝夹渣和成形不良。
2、熔化时无颜色变化铝从固体到液体的升温过程中没有颜色变化，温度稍高就会造成金属塌陷和熔池烧穿。
再者，由于高熔点的氧化膜覆盖在熔池表面，给观察母材的熔化、熔合情况带来困难。
这样就增加了焊接工艺上控制温度的难度，稍不注意，整个接头就会塌落，所以铝的焊接比钢材焊接要困难得多。
3、易变形由于铝的导热系数是铁的2倍，凝固时的收缩率比铁大2倍，所以铝焊件变形大，如果措施不当就会产生裂纹；并且在焊接时，因导热性好，需要较大的焊接热量才能熔化接头。
因此，一般要求对焊件预热，并采用强规范，由此也恶化了焊接工艺条件。
4、易产生气孔铝及铝合金在焊接时，在空气中马上氧化生成A1203，不但阻碍金属熔合，还会吸收一定的水分。
焊丝表面和母材表面氧化膜吸收的水分，在电弧作用下分解出来的氢被液态金属铝吸收。
此外，焊条药皮中的潮气、空气中的水分也都是氢的来源。
铝合金的一个特征是，氢在液态金属中的溶解度随温度变化的幅度大，又由于铝导热性能好，焊缝凝固快，因此来不及逸出的氢气便形成很多气孔。
铝的纯度愈高，产生气孔的倾向就愈大。
5、易开裂铝合金的凝固不是在某一温度下进行，而是在一温度区间进行。
在开始凝固时温度较高，焊缝呈液-固状态，液态金属比较多，此时的收缩量可由未凝固的液态金属补充；在最后凝固之前，焊缝呈固液状态，液态金属已很少，以间层状存在，由于此时温度处于凝固温度区间的下限，已产生很大的收缩，这样就会在液态的层间处拉开，若无液体补充，便形成裂纹。
一般说，纯铝不易产生凝固裂纹，防锈铝合金裂纹倾向也很小，但硬铝、超硬铝等经热处理强化的铝合金的热裂纹倾向较大。
常用的焊接方法
常用的焊接方法焊接是一种连接金属材料的常用工艺，广泛应用于工业生产和制造中。
在焊接过程中，有多种常用的焊接方法，本文将对这些方法进行介绍和说明。
1. 电弧焊接（Arc Welding）电弧焊接是最常见的焊接方法之一，它利用电弧的高温来熔化金属材料并形成焊缝。
电弧焊接可分为手工电弧焊、气体保护电弧焊、手工焊条电弧焊等多种类型。
这种焊接方法简单易学，适用于各种金属材料的焊接。
2. 氩弧焊接（Tungsten Inert Gas Welding）氩弧焊接是一种常用的气体保护电弧焊接方法，它使用惰性气体（如氩气）来保护熔化的金属材料，防止其与空气中的氧气和氮气反应。
氩弧焊接适用于焊接不锈钢、铝合金等高反应性金属材料，具有焊接质量高、焊缝美观的优点。
3. 气体保护焊接（Gas Shielded Welding）气体保护焊接是一种利用惰性气体或活性气体来保护焊缝的焊接方法。
它可分为气体保护电弧焊、气体保护焊丝焊接、气体保护焊剂焊接等多种类型。
气体保护焊接适用于焊接薄板、不锈钢、铝合金等材料，具有焊接速度快、焊缝质量高的特点。
4. 点焊（Spot Welding）点焊是一种通过在金属材料表面施加高电流和低电压来实现焊接的方法。
点焊主要用于焊接薄板金属，如汽车制造中的车身焊接。
点焊速度快，焊接效果好，但只适用于金属板材之间的连接。
5. 摩擦焊接（Friction Welding）摩擦焊接是一种利用摩擦产生的热量来熔化金属材料并进行焊接的方法。
摩擦焊接适用于焊接类似或不同材料之间的连接，如钢与铝合金的焊接。
摩擦焊接速度快，焊缝强度高，但设备成本较高。
6. 激光焊接（Laser Welding）激光焊接是一种利用激光束的高能量来熔化金属材料并进行焊接的方法。
激光焊接适用于焊接高反应性材料、薄板材料等，具有焊接速度快、热影响区小的优点。
激光焊接设备精密复杂，适用于高精度焊接。
7. 爆炸焊接（Explosion Welding）爆炸焊接是一种利用爆炸冲击波来实现金属材料连接的方法。
铝及铝合金焊接施工工艺标准
铝及铝合金焊接施工工艺标准1 适用范围本工艺标准适用于铝及铝合金的手工钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊的焊接。
2 施工准备2.1 铝及铝合金的焊接除应执行本工艺标准外，还应符合国家颁布的有关标准、法律法规及规定。
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是不注日期的引用文件其最新版本适用于本标准《铝及铝合金轧制板材》GB/T-3880-1997《铝及铝合金热挤压管》第一部分：无缝圆管GB/T4437.1-2000《铝及铝合金拉（轧）制无缝管》GB/T6893-2000《铝及铝合金焊丝》GB/T10858《铝及铝合金焊接管》GB/T10571《铝制焊接容器》JB/T4734-20022.2 材料2.2.1 一般规定工程中使用的母材和焊丝应具备出厂质量合格证或质量复验合格报告，并优先选用已列入国家标准或行业标准的母材和焊丝，母材和焊丝应妥善保管，防止损伤、污染和腐蚀。
当选用国外材料时，其使用范围应符合相应标准的规定，并应有该材料的质量证明书。
2.2.2 母材2.2.2.1 工程选用的母材应符合现行的国家标准规定。
2.2.2.2 当对母材有特殊要求时，应在设计图样或相应的技术条件上标明。
2.2.2.3 施工单位对设备、容器和管道的材料的代用，必须事先取得原设计单位的设计修改证明文件，并对改动部位作详细记载。
2.2.2.4 损伤和锈蚀严重的母材不得在工程中使用。
2.2.3 焊接材料2.2.3.1 母材焊接所选用的焊丝应符合现行的国家标准《铝及铝合金焊丝》GB/T10858的规定。
2.2.3.2 选用焊丝时应综合考虑母材的化学成分、力学性能及使用条件因素，并应符合下列规定。
（1）焊接纯铝时应选用纯度与母材相同或比母材高的焊丝。
（2）焊接铝锰合金时应选用含锰量与母材相近的焊丝或铝硅合金焊丝。
（3）焊接铝镁合金时应选用含镁量与母材相同或比母材高的焊丝。
（4）异种铝及铝合金的焊接应选用与抗拉强度较高的母材相应的焊丝2.2.3.3 焊接时所使用的氩气应符合现行的国家标准《纯氩》GB4842的规定。
焊接标准(铝和钢)
第一铝材焊接的标准焊接方法：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钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。
铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、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(氩气或氩/氦混合气) 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;1)化学清洗：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40℃～70℃的5%～10%NaOH溶液碱洗3 min～7 min(纯铝时间稍长但不超过20 min)，流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1 min～3 min，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0.15 mm～0.2 mm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、锉刀等清理待焊表面。
清理后如存放时间过长(如超过24 h)应当重新处理。
2、垫板: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。
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铝及铝合金的焊条电弧焊
铝及铝合金的焊条电弧焊
铝及铝合金由于导热性好、热容量大、线胀系数大，熔点低、极易氧化、高温强度及塑性低等特点，所以很少用焊条电弧焊方法焊接铝及铝合金，只是少量地用在铸件的补焊上。
铝及铝合金焊条电弧焊的施焊要点，见下表
铝及铝合金焊条电弧焊的施焊要点
施焊要点简要说明
焊前烘干焊条铝及铝合金焊条药皮是以氯化物和氟化物为主的盐基型，极易吸潮，所以焊前应在150℃左右烘干1~2h再使用
焊前仔细清理焊件待焊处焊件焊前必须仔细清理待焊处表面的油污、氧化物等，防止在焊接过程中焊缝产生夹渣及气孔等焊接缺陷
焊件焊前要预热铝及铝合金导热性好，焊接时不仅要求大的焊接热输入，而且还要将焊件预热到200~300℃
焊接时，焊缝背面加垫板铝及铝合金固态和液态色泽不易区别，焊接时掌握温度较困难。
同时，铝及铝合金在高温时强度很低，焊接过程中容易引起金属塌陷或下漏，为此，焊接时焊缝背面要采用垫板
焊接操作正确焊接过程中，焊条要垂直焊件表面，电弧尽可能短，焊条不作横向摆动，更换焊条必须迅速
控制焊接变形铝及铝合金膨胀系数比铁大1倍，凝固时收缩率比铁大2倍，所以，焊接时变形较大，应采用适当的焊接工艺措施减少焊接变形和避免产生焊接裂纹
焊后去除焊渣应及时清理干净，焊后停留在焊缝及附近的残存焊渣，否则在空气，水分作用下焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜。