铝用焊接材料
（1）焊丝 采用气焊、钨极氩弧焊等焊接铝合金时，需要加填充焊丝。
铝及 铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两大类。 为了得到良好的焊接接 头，应从焊接构件使用要求考虑，选择适合于母材的焊丝作为填充材 料。 选择焊丝首先要考虑焊缝成分要求，还要考虑产品的力学性能、 耐蚀性能，结构的刚性、颜色及抗裂性等。选择熔化温度低于母材的 14 填充金属，可大大减小热影响区的晶间裂纹倾向。对于非热处理合金 的焊接接头强度，按 1000 系、4000 系、5000 系的次序增大。含镁 3%以上的 5000 系的焊丝， 应避免在使用温度 65℃以上的结构中采用， 因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感， 在上述温度和腐蚀环境中会发 生应力腐蚀龟裂。用合金含量高于母材的焊丝作为填充金属，通常可 防止焊缝金属的裂纹倾向。 目前， 铝合金常用的焊丝大多是与基体金属成分相近的标准牌号 焊丝。在缺乏标准牌号焊丝时，可从基体金属上切下狭条代用。较为 通用的焊丝是 HS311，这种焊丝的液态金属流动性好，凝固时的收缩 率小，具体优良的抗裂性能。为了细化缝晶粒、提高焊缝的抗裂性及 力学性能， 通常在丝中加入少量的 Ti、 Zr 等合金元素作为变质剂。 V、 选用铝合金焊丝应注意的问题如下。
1） 焊接接头的裂纹敏感性 影响裂纹敏感性的直接因素是母材 与焊丝的匹配。选用熔化温度低于母材的焊缝金属，可以减小焊缝金 属和热影响区的裂纹敏感性。 例如， 焊接硅含量 0.6%的 6061 合金时， 选用同一合金作焊缝，裂纹敏感性很大，但用硅含量 5%的 ER4043 焊 丝，由于其熔化温度比 6061 合金低，在冷却过程中有较高的塑性， 所以抗裂性能良好。此外，焊缝金属避免镁与铜的组合，因为 Al－ Mg－Cu 有很高的裂纹敏感性。
2）焊接接头的力学性能 工业纯铝的强度最低，4000 系列铝 合金居中，5000 系列铝合金强度最高。铝硅焊丝虽然有较高的抗裂 性能，但含硅焊丝的塑性较差，所以对焊后需要塑性变形加工的接头 15 来说，应避免选用含硅焊丝。
3）焊接接头的使用性能 填充金属的选择除取决于母材成分 外，还与接头的几何形状、运行中的抗腐蚀性要求以及对焊接件的外 观要求有关。例如，为了使容器具有良好的抗腐蚀能力或防止所储存 产品对其的污染，储存过氧化氢的焊接容器要求高纯度的铝合金。在 这种情况下，填充金属的纯度至少要相当于母材。
（2）焊条 铝合金焊条型号、规格与用途铝合金焊条的化学成分 和力学性能铝及铝合金焊条的型号（牌号） 、规格与用途。
铝及铝合金的焊接工艺
铝及铝合金的焊接工艺方法
（一） 、铝合金的气焊 氧－乙炔气焊的热效率低，焊接热输入不集中，焊接铝及铝合金 时需采用熔剂，焊后又需清除残渣，接头质量及性能也不高。因为气 焊设备简单，无需电源，操作方便灵活，常用于焊接对质量要求不高 的铝合金构件，如厚度较薄的薄板及小零件，以及补焊铝合金构件和 铝铸件。
(1)接头型式和坡口准备 铝及其合金焊接接头的一般型式如图4—5所示。铝及铝合金气焊时，一般不宜采用搭接接头和丁字接头，因为这些接头易于残留气焊熔剂和焊渣，引起工件腐蚀。薄铝板(板厚在3～5mm)的接头型式详见图5—9。对于简单的对接焊缝，可-以留成斜角形间隙，详见图5一10。在图5—10中，间隙a2=a1+(0.01～0.02)l(a1约为1mm)。气焊铝及铝合金的坡口型式及接头间隙详见第四章第三节。
板厚在1.5～2mm以下时，可用卷边接头。在卷边焊时，背面必须焊透、焊匀，如背面有坑，也容易残留熔剂和焊渣。 (2)气焊工艺参数的选择 气焊铝及其合金时，应采用中性焰或轻微碳化焰，过大的碳化焰会引起气孔及焊缝组织的疏松。氧化焰会使铝强烈氧化，因此绝不允许使用氧化焰。火焰能率应根据焊件的厚度和大小、坡口的型式和焊接位置来决定。由于铝及其合金熔点低，易烧穿，在焊接较薄的铝板时，应采用比焊接同样厚度钢板时小一些的火焰能率。气焊铝及其合金时，焊炬型号和焊嘴的号码应根据焊件的厚度选择，详见表5—23。 表5-23铝及其合金气焊时焊炬、焊嘴的选择 焊件厚度(mm) 焊炬型号 焊嘴号数 <1.5 1.5—3.0 3～4 H01—6 2～4 4～10 10～20 H01—6 H01—6 1 1～2 H01—12 H01一12 1～3 3～4 气焊铝及其合金选用焊丝的牌号、成分和用途详见表3—7。也可以用母材的切条。焊丝直径可根据焊件厚度进行选择，详见表5—24。 表5-24铝及其合金焊丝直径的选择 (mm) 焊件厚度 1.5 1.5～3 I 3～5 5～7 4～4.5 7～10 4.5～5.5 焊丝直径 1.5～2 2～3 I 3～4 气焊铝及其合金用的气焊熔剂为气剂401(CJ401)，其化学成分详见表3—11。 气焊铝及其合金时，焊嘴和焊丝的倾角：焊薄板时，焊嘴倾角为30°～45°，焊丝倾角为40°～50°；当焊厚板时，焊嘴倾角应为50°左右，焊丝倾角为40°～50°。起焊时，由于工件温度较低，一开始不易焊透，所以焊嘴的倾角比上述规定应大些；焊接终了时，由于工件已被加热到较高的温度，为保证焊缝成型，焊嘴倾角比上述规定要小些。一般应避免焊嘴倾角过大，以免吹不开熔渣，造成夹渣缺陷。 (3)气焊工艺过程 1．焊前清理。焊前清理是保证铝及其合金焊接质量的重要措施，应严格清除焊接处及焊丝表面的氧化层和油污。实际生产中常采用化学清洗或机械清理两种方法。 (1)化学清洗。化学清洗效率高、质量稳定，适于清洗焊丝及尺寸不大、成批生产的焊件。常用的清洗剂及清洗工艺如下：用汽油等有机溶剂浸泡或擦拭除油，再用热水清洗，接着在50～60℃的氢氧化钠(NaOH)溶液(浓度为30％左右)中清洗，而后用热水或冷水清洗，最后用30％的硝酸溶液中和出光处理，再用清水冲洗。 (2)机械清理。对于尺寸较大的工件常用机械清理。清理方法是先用有机溶剂(汽油、丙酮)或松香擦拭表面以除油，随后直接用细不锈钢丝刷刷除氧化层，直至露出金属光泽为止。 经上述方法清理的焊件和焊丝不应搁置时间太长，采用化学清洗，冲洗至焊接时间最多不超过2天，否则，必须重新清洗。 2．准备垫板。为保证焊件在焊接过程中既可焊透，又不致塌陷烧穿，在焊接时可用垫板来托住熔化金属。垫板材料可用不锈钢或碳钢等。垫板表面应开一圆弧形槽，以保证焊缝反面成形。 3．预热。铝及其合金的气焊，气焊薄小焊件时，一般不要预热；当焊接厚度大于5mm及结构复杂的焊件时，为减少焊接变形及避免裂纹，可以预热，但预热温度一般不得超过250℃。预热的方法可采用火焰或电炉加热。 4．定位焊和起焊点的选择。为了固定焊件的相对位置和防止变形，需对焊件进行定位焊，即点固。定位焊点的间距可参照表5—25。在定位焊时，应采用比焊接时稍大的火焰，并快速进行施焊，以减少热变形。定位焊时，火焰与对缝的夹角为50°左右。在焊接非封闭的焊缝时，为避免起焊处出现裂纹，可以从距端头约30mm处开始焊接，并焊到头，然后再向相反方向焊到另一头，并且在接头处应重叠20～30mm。 表5-25铝及其合金定位焊点间距(mm) 焊件厚度 <1.5 1.5～3 3～5 30～50 5～10 10～20 80～150 焊点间距 10～20 20～30 50～80 5．操作技术。当焊件厚度小于5mm时，一般采用左焊法，以避免熔池过热、烧穿和防止晶粒长大；焊件厚度大于5mm时，可采用右焊法，以便于观察熔池的温度和流动情况。在焊接时，整条焊缝尽可能一次焊完，如中断时，应在焊缝上重叠约20mm处开始起焊，以保证焊透；在焊接结束或中断时，火焰应慢慢离开熔池，并要填加一些焊丝，以保证焊接质量。 由于铝在高温时颜色不变，为掌握好金属开始熔化时间及起焊时机，可用焊丝试探性地拨动加热处的金属表面，当感到加热处已带粘性，并且焊丝端头落下的熔化金属与加热处金属能熔合在一起，说明该处已达熔化温度，这时应立即进行焊接。还可以采用下述方法掌握起焊时机：铝受热后表面光亮的银白色逐渐变暗，随温度升高，最后变成暗淡的银灰色；被焊处表面的氧化铝薄膜微微起皱，说明加热处接近熔点，这时便可开始加热焊丝。当火焰下面的氧化铝薄膜和基本金属出现波动现象时，说明已达到熔点，这时即可施焊。 焊接时，焊嘴一边前进，一边上下跳动。当焊嘴运动到下方时，火焰加热基本金属使其熔化，并利用火焰吹力形成熔池。当焊嘴运动到上方时，火焰加热焊丝使其端部熔化，形成熔滴，这样，焊丝与坡口处的基本金属周期性地受热、熔化，从而形成焊缝。送丝时，焊丝末端应插入熔池前部，并随即将焊丝向熔池外拖出，但应特别注意，拖出时应使焊丝端部仍在火焰范围内，以避免氧化。依靠上述填加焊丝的机械作用，即能有效地搅动熔化金属，使杂质浮出，又能破坏熔池表面的氧化膜，使熔滴金属很好地与熔池金属熔合。 当两种厚度或熔点不同的铝合金材料焊在一起时，一般应将火焰指向厚度大的和熔点高的材料。焊前，应将厚度大的材料先用焊炬预热到一定温度后再焊。薄铝板单向焊时，焊前在背面均匀地刷上一层熔剂，有助于获得背面成型良好的焊缝。 6．焊后清洗。焊后残留在焊缝表面及边缘附近的熔渣和熔剂，能与金属起化学反应，引起腐蚀。焊后的清洗方法如下：在60～80℃的热水中，用毛刷在正反面刷洗焊缝周围，重要焊件在刷洗后，还应放入60～80℃、2％～3％的铬酐水溶液中浸洗5～10min，然后再用热水冲洗，并干燥。清洗后，观察表面有无白色附着物，或把2％的硝酸银溶液滴在焊缝上，若没有出现白色沉淀物，则说明焊件已清洗干净。
(4)操作实例 导电铝排的焊接。铝排为纯铝材料，为保证焊后导电性能良好，要求焊缝金属致密无缺陷。其焊接工艺如下：
1．焊炬选用H01—12型、3号焊嘴，焊丝选用丝301，熔剂为气剂401(CJ401)，火焰性质为中性焰或轻微碳化焰。 2．板厚为10mm时，采用70°左右的V形坡口，钝边为2mm，受热后的组对间隙为2.5mm。焊前用钢丝刷将坡口及坡口边缘20～30mm范围内的氧化膜清除掉，并涂上熔剂。
3．正面分两层施焊。第一层用Φ3mm焊丝焊接。为防止起焊处产生裂纹，焊接第一层时，起焊点位置如图5一11所示，即从A处焊至端头①，再从B处向相反方向焊至端头②；第二层用Φ4mm焊丝，焊满坡口。然后将背面焊瘤熔化平整，并用Φ3mm焊丝薄薄地焊一层，最后在焊缝两侧面进行封端焊。
4．焊炬的操作方式如图5—12所示。
5．焊后用60～80℃热水和硬毛刷冲洗熔渣及残留的熔剂，以防残留物腐蚀铝金属。
（二）铝合金的钨极氩弧焊（TIG 焊） 也称为钨极惰性气体保护电弧焊， 是利用钨极与工件之间形成电 弧产生的大量热量熔化待焊处，外加填充焊丝获得牢固的焊接接头。 氩弧焊焊铝是利用其“阴极雾化”的特点，自行去除氧化膜。钨极及 缝区域由喷嘴中喷出的惰性气体屏蔽保护， 防止焊缝区和周围空气的 反应。
TIG 焊工艺最适于焊接厚度小于 3 ㎜的薄板，工件变形明显小于 气焊和手弧焊。交流 TIG 焊阴极具有去除氧化膜的清理作用，可以不 用熔剂，避免了焊后残留熔剂、熔渣对接头的腐蚀。接头形式可以不 受限制，焊缝成形良好、表面光亮。氩气流对焊接区的冲刷使接头冷 21 却加快， 改善了接头的组织和性能， 适于全位置焊接。 由于不用熔剂， 焊前清理的要求比其他焊接方法严格。
焊接铝合金较适宜的工艺方法是交流 TIG 焊和交流脉冲 TIG 焊， 其次是直流反接 TIG 焊。通常，用交流焊接铝合金时可在载流能力、 电弧可控性以及电弧清理作用等方面实现最佳配合， 故大多数铝合金 的 TIG 焊都采用交流电源。采用直流正接（电极接负极）时，热量产 生于工件表面，形成深熔透，对一定尺寸的电极可采用更大的焊接电 流。即使是厚截面也不需预热，且母材几乎不发生变形。虽然很少采 用直流反接（电极接正极）TIG 焊方法来焊接铝，但这种方法在连续 焊或补焊薄壁热交换器、管道厚在 2.4 ㎜以下的类似组件时有熔深 浅、电弧容易控制、电弧有良好的净化作用等优点。
1）钨极 钨的熔点是 340℃，是熔点最高的金属。钨在高温时有强烈的电 子发射能力，在钨电极加入微量稀土元素钍、铈、锆等的氧化物后， 电子逸出功显著降低，载流能力明显提高。铝合金 TIG 焊时，钨极作 为电极主要起传导电流、引燃电弧和维持电弧正常燃烧的作用。常用 钨极材料分纯钨、钍钨及铈钨等。
2）焊接工艺参数 为了获得优良的焊缝成形及焊接质量，应根据焊件的技术要求， 合理地选定焊接工艺参数。
铝合金手工 TIG 焊的主要工艺参数有电流 种类、极性和电流大小、保护气体流量、钨极伸出长度、喷嘴至工件 的距离等。自动 TIG 焊的工艺参数还包括电弧电压（弧长） 、焊接速 22 度及送丝速度等。 工艺参数是根据被焊材料和厚度，先确定钨极直径与形状、焊 丝直径、保护气体及流量、喷嘴孔径、焊接电流、电弧电压和焊接速 度，再根据实际焊接效果调整有关参数，直至符合使用要求为止。
铝合金 TIG 焊工艺参数的选用要点如下。 ①喷嘴孔径与保护气体流量 铝合金 TIG 的喷嘴孔径为 5～22 ㎜；保护气体流量一般为 5～15L/min。 ②钨极伸出长度及喷嘴至工件的距离 钨极伸出长度：对接焊缝 时一般为 5～6 ㎜，角焊缝时一般为 7～8 ㎜。喷嘴至工件的距离一般 取 10 ㎜左右为宜。 ③焊接电流与焊接电压 与板厚、接头形式、焊接位置及焊工技 术水平有关。手工 TIG 焊时，采用交流电源，焊接厚度小于 6 ㎜铝合 金时，最大焊接电流可根据电极直径 d 按公式 I=（60～65）d 确定。 电弧电压主要由弧长决定，通常使弧长近似等于钨极直径比较合理。 ④焊接速度 铝合金 TIG 焊时，为了减小变形，应采用较快的焊 接速度。手工 TIG 焊一般是焊工根据熔池大小、熔池形状和两侧熔合 情况随时调整焊接速度， 一般的焊接速度为 8～12m/h;自动 TIG 焊时， 工艺参数设定之后，在焊接过程中焊接速度一般不变。 ⑤焊丝直径 呈正比关系。
交流电特点是负半波（工件为负）时，有阴极清理作用，正半 波（工件为正）时，钨极因发热量低，不容易熔化。为了获得足够的 23 一般由板厚和焊接电流确定，焊丝直径与两者之间 熔深和防止咬边、焊道过宽和随之而来的熔深及焊缝外形失控，必须 维持短的电弧长度，电弧长度大约等于钨极直径。
为了防止起弧处及收弧处产生裂纹缺陷，有时需要加引弧板和 熄弧板。当电弧稳定燃烧，钨极端部被加热到一定的温度后，才能将 电弧移入焊接区。 钨极脉冲惰性气体保护焊扩大了 TIG 焊的应用范围，特别适用 于焊接精密零件。在焊接时，高脉冲提供大电流值，这是在留间隙的 根部焊接时为完成熔透所需的；低脉冲可冷却熔池，这就可防止接头 根部烧穿。脉冲作用还可以减少向母材的热输入，有利于薄铝件的焊 接。交流钨极脉冲氩弧焊有加热速度快、高温停留时间短、对熔池有 搅拌作用等优点，焊接薄板、硬铝可得到满意的焊接接头。交流钨极 脉冲氩弧焊对仰焊、立焊、管子全位置焊、单面焊双面成形，可以得 到较好的焊接效果。铝合金交流脉冲 TIG 焊的工艺参数见表
TIG 焊常见缺陷及防止措施
①气孔 产生原因 氩气纯度低或氩气管路内有水分、漏气等；焊丝或母 材坡口附近焊前未清理干净或清理后又被污物、水分等沾污；焊接电 流和焊速过大或过小；熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸 24 出过长等。 防止措施 保证氩气的管路，选择认真