1 铝及铝合金的焊接特点

1.1 氧化皮问题

铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。

（1）焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，xx其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。

（2）钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。

（3）气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。

（4）在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。

1.2 导热性问题

（1）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。

（2）在焊接过程中，大量的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，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著。

（3）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，有时也可采用预热等工艺措施。

1.3 热膨胀问题

（1）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。

（2）铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。

（3）铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。

（4）在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。 根据生产经验，当含硅5%～6%时可不产生热裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5%～6%)焊丝会有更好的抗裂性。

1.4 焊穿问题

铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。

1.5 气孔问题

铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。

1.6 烧损问题

合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。

1.7 时效问题

母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。

1.8 相变问题

铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。

2 铝合金焊接方法

2.1 概说

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。

2.2 气焊与弧焊

气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。

（1）气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。

（2）焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。

（3）铝及铝合金气焊时不宜采用搭接接头和T形接头，因为这些接头易于残留气焊熔剂和焊渣，不便焊后清理，其接头形式见下图：

图1 铝合金焊接接头形式

（4）火焰和焊嘴号码 ：气焊时火焰可采用中性焰 （或轻微碳化焰），焊嘴号码根据铝板厚度进行选择，见表1。

表1   铝及铝合金气焊焊接工艺参数

（5）定位焊：定位焊时的工艺参数见表2。

表2   铝及铝合金气焊定位焊工艺参数

（6）焊嘴和焊丝倾角：焊薄板时，焊嘴倾角约为30°～45°，焊丝倾角约为40°～50°；焊厚板时，焊嘴倾角应为50°左右，焊丝倾角为40°～50°。

2.3 氩弧焊

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。

（1）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。

（2）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。

（3）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）。

（4）MIG焊铝常采用亚射流过渡——在射流过渡的电弧成分中调试出3-5%的短路过渡成分，以保证电弧长度较短、电弧不漂移、气体保护和阴极雾化效果好、产生气孔的倾向小、焊缝内在质量高。

（5）MIG焊铝的工艺难题主要有：a. 铝及铝合金的熔点低（纯铝 660℃），表面生成高熔点氧化膜（ AL2O3     2050℃），容易造成焊接不熔合。b. 低熔点共晶物和焊接应力，容易产生焊接热裂纹。c. 母材、焊材氧化膜吸附水分，焊缝容易产生气孔。d. 铝的导热性是钢的3倍，焊缝熔池的温度场变化大，控制焊缝成型的难度较大。e. 焊接变形较大。

（6）MIG焊铝时，因焊丝的熔化速度很快，送丝速度高；铝焊丝刚性小，比较软，推丝送进时，细焊丝容易堆丝打弯，影响正常焊接。所以一般使用Φ1.2/Φ1.6铝焊丝。

（7）TIG交流和MIG直流反接焊铝时，负电极（母材）表面上集中发射电子的光亮微小区域—“阴极雾化区”，此区域为清洁宽度，以有效清理铝表面氧化膜。

2.4 焊丝的选用  

铝及铝合金用焊丝牌号见表3。其中HS311是一种通用焊丝，采用这种焊丝焊接时，金属流动性好，有较高的抗热裂性能，并能保证一定的强度。但在焊接铝镁合金时，焊缝中会出现脆性化合物Mg₂Si，降低接头的塑性和耐腐蚀性。焊接铝镁合金时应采用HS331。

表3 铝及铝合金用焊丝牌号

2.5 焊接接头及坡口形式 

下图为铝合金TIG焊接坡口形式。

图2 铝合金TIG焊接坡口形式

2.6 工艺参数

（1）手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊的焊接工艺参数，分别见表4、5。

表4   铝及铝合金手工钨极氩弧焊焊接工艺参数

表5   铝及铝合金自动钨极氩弧焊焊接工艺参数

（2）熔化极氩弧焊的焊接工艺参数

自动及半自动熔化极氩弧焊焊接铝及铝合金时的焊接工艺参数，分别见表6、图3。焊接电源采用直流反接。

表6  铝及铝合金自动熔化极氩弧焊焊接工艺参数

 图3 纯铝MIG工艺参数

3  焊前准备  

3.1 表面清理

清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污，这是防止产生气孔、夹渣的重要措施。

（1）化学清洗  

效率高、质量稳定、适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的焊件。化学清洗分浸洗法和擦洗法两种，清洗剂及清洗工艺，见表5。

表5  铝及铝合金的化学清洗法

（2）机械清理  

先用有机溶剂（丙酮、松香或汽油）擦拭焊件表面的油污，然后用细铜线刷至表面露出金属光泽，或者用刮刀清理表面。清理后的焊件应在4h内施焊，否则应重新清理。

3.2 垫板  

（1）为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷，焊前可在接缝下面安放垫板。

（2）垫板材料可采用石墨、不锈钢或碳钢，表面开一圆弧形槽，以保证反面焊缝成形。

3.3 预热  

（1）对薄、小的焊件一般可以不用预热。

（2）焊接厚度超过5mm的焊件时，为了使接缝附近达到所需要的温度，焊前应对焊件进行预热，预热温度为100～300℃。

4 焊后清理

焊件焊后留在焊缝及邻近的残存熔剂和焊渣，需要及时清理干净，否则在空气、水分的作用下，残存的溶剂和焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜，激烈的腐蚀焊件。因此，焊后应立即严格xx焊件上残存的污物。

常用的清渣方法和步骤：

（1）在热水中用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头。

（2）将焊件在温度为60～80℃、质量分数为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5～10min，并用硬毛刷仔细洗刷。或者将焊件放于15～20℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗10～20min。

（3）在热水中冲刷洗涤焊件。

（4）将焊件用热空气吹干或在100℃干燥箱内烘干。