铝及铝合金

出处：按学科分类—工业技术河南科学技术出版社《焊接技术手册》第583页（3729字）

工业纯铝、非热处理强化变形铝镁和铝锰合金，以及铸造铝合金中的铝硅和铝镁合金具有良好的可焊性；可热处理强化变形铝合金的可焊性较差，如超硬铝合金LC4，因焊后热影响区变脆，故不推荐弧焊。铸铝合金ZL1、ZL4及ZL5可焊性较差。某些铝及铝合金可焊性见表10－49。

表10－49 几种铝及铝合金的可焊性

注：①厚度大于10mm时，推荐采用熔化极氩弧焊。

1．焊接特点

(1)铝极易氧化生成氧化铝(Al₂O₃)薄膜，厚度0．1～0．2μm，熔点高(约2025℃)，组织致密，它保护着基本金属表面，在680～720℃间仍有良好的保护性能，焊接时如不将其清除，将会阻碍基本金属熔化和熔合，而且氧化膜比重大(约为铝的1．4倍)，不易浮出熔池而形成焊缝夹杂。

(2)铝导热系数大，约为钢的4倍。要达到与钢相同的焊速，焊接线能量应为钢的2～4倍。铝的导电性好，电阻焊时比焊钢需更大功率的电源。

(3)铝的高温强度低，塑性差(纯铝在640～656℃间的延伸率＜0．69%)，线胀系数大(22×10^－6～26×10^－6／℃)，以及焊接所需线能量大等特点，造成焊接时焊件产生较大的热应力、变形和裂纹倾向；液态铝能溶解大量氢，而固态铝则几乎不溶解。氢在焊接熔池快速冷却和凝固过程中易在焊缝中聚集形成气孔。

(4)铝由固态转变为液态时，无塑性过程及颜色变化，使操作者难掌握加热温度。

2．焊接方法

铝及铝合金焊接方法的选择除考虑它的特点外，还应根据牌号、焊接厚度、生产条件以及对焊接质量的要求而定。表10－49可供参考。

3．焊接材料

各种牌号铝或铝合金的焊接通常可选用若干牌号的填充焊接材料。填充材料如选用不当，往往是产生热裂纹和接头强度、塑性低以及耐腐蚀性不良的重要原因。推荐的焊接材料见表10－50～表10－52。

表10－50 同种牌号的铝及铝合金焊接用焊丝

表10－51 异种牌号铝及铝合金焊接用焊丝

表10－52 统一牌号的铝及铝合金焊丝化学成分

氩弧焊用氩气纯度一般应大于99．9%，氩中加入少量氧气(0．2%～0．5%)作保护气体，在大规范焊接时有助于消除纯铝焊缝中的气孔。

气焊、碳弧焊需用焊粉以除去氧化膜及其他杂质，焊粉一般是含钾、钠、锂等元素的氯化物和氟化物，如粉401。

4．焊接接头形式

一般可参照钢的接头形式。当采用大电流密度熔化极氩弧焊时，对接接头钝边可增大，坡口可减小。对接不等厚度铝板，厚板待焊边缘须加工削薄，平缓过渡到与薄板等厚。搭接或T型接头最好不用单边焊缝，而采用焊角稍小的双边连续焊缝。

焊薄板所用的临时垫板可用碳钢，如需导热性低些可用不锈钢，反之用铝、铜。磁性材料做垫板，有时会造成电弧飘移。铜垫板镀铬、铝垫板阳极氧化硬膜，使用效果均好。

5．焊件和焊丝清理

应除去表面油污、脏物、氧化膜及有碍焊接质量的杂质。焊丝应整体浸洗。熔焊焊件应清洗或清理坡口及其两侧不小于20mm处。可采用化学法或机械法(表10－53、表10－54)。铝锰合金气焊后1h内须经热水、铬酸水溶液清洗，然后热水洗净、烘干，以免被残留焊剂腐蚀。

表10－53 铝及铝合金的焊前清理

注：清理后到焊接的间隔时间一般不超过24h。

表10－54 变形铝合金接触焊零件焊前表面清理

6．焊接工艺及参数的选择

钨极氩弧焊焊厚大于5mm，熔化极氩弧焊焊厚大于25mm，或焊件温度低于－10℃时，应考虑采用预热。一般预热100℃便足以保证起始时熔透，而不必在焊接时另调整电流。变形铝合金一般预热不超过150～200℃。大型或形状复杂的铸件须预热至420℃左右。焊后缓冷。含镁4%～5．5%的铝镁合金不得预热至100～230℃，因经此温度处理后，其抗应力腐蚀裂纹的能力下降。

(1)氩弧焊：焊接质量好，不存在残留焊剂腐蚀问题。熔化极氩弧焊采用射流过渡时，电弧挺度好，便于全位置焊且熔深大。利用大电流自动焊大于16～45mm对接接头时，可用大钝边双V形坡口，两层焊(正、反各一层)。工艺参数见表10－55、表10－56。熔化极脉冲氩弧焊工艺参数见表10－57。

表10－55 铝及铝合金对接接头熔化极半自动氩弧焊工艺参数