14,2022年XNUMX月
铝合金因其具有良好的物理性能而广泛应用于工业产品中。几乎所有的焊接方法都可以用来焊接铝及铝合金，但铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同。每种焊接方法都有其自己的应用。
由于焊接方法和焊接工艺参数选择不当，造成铝合金件焊后变形严重，或因焊缝气孔、夹渣、未焊透等缺陷，焊缝金属裂纹或材料疏松，严重影响产品质量。和性能。拓发数控加工带您解析铝合金的4种焊接方法及注意事项。
内容
铝合金性能概述
铝焊接困难吗？
4 铝合金焊接工艺
铝焊接注意事项
焊接案例研究
铝合金焊接中的12种焊接缺陷及其解决方法
拓发认为铝材焊接存在问题
结论
铝合金性能概述
铝是一种非常轻的金属材料，密度仅为2.7g/cm3，约为钢密度的36%。采用铝合金制造机械零件，可以显着减轻重量，达到轻量化、节能减排的效果。
铝合金的比强度和比刚度高于45钢和ABS塑料。采用铝合金材料有利于制造刚性要求高的整体部件。
铝合金具有优良的导热性、导电性和耐腐蚀性。 A380铝合金及其他材料的性能参数如表1所示。
铝合金具有良好的切削加工性和可回收性。如果假设最易切削的镁合金的切削阻力系数为1，则其他金属的切削阻力如表所示。可见，铝合金的切削阻力小于铜、铁等材料，切削加工也相对容易。
材料
密度g /cm³
熔点℃
拉伸强度/MPa
比强度
屈服强度/MPa
伸长率％
弹性模量/GPa
比刚度
导热系数W/(m·K）
阻尼因子
A380
2.7
595
315
116
160
3
71
25.9
100
5
AZ91D
1.81
596
250
138
160
7
45
25.86
54
50
45钢
7.86
1520
517
80
400
22
200
24.3
42
15
ABS
1.03
90
96
93
60
铝焊接困难吗？
铝是一种柔软且延展性很强的金属。对于大多数结构来说，它的强度较低。要提高铝的强度，必须添加合金元素，以铜、硅、锰、镁、锌为主要添加元素，起到固溶强化作用。铝及其合金广泛应用于许多行业。
铝及铝合金的焊接难度比低碳钢大，其焊接特性也与低碳钢不同。具体表现如下：
1、焊接接头力学性能软化，耐腐蚀性能下降。
2、化学活性很强，表面易形成难熔氧化膜。
3、导热性强，焊接时易造成不溶。
4、容易出现气孔、裂纹、咬边、夹渣、焊缝成型不良等缺陷。
5、线膨胀系数大（约为低碳钢的2倍），焊接时易产生翘曲变形。
6、导热系数大（约为低碳钢的5倍），在相同焊接速度下，热输入比焊接钢大2～4倍。
铝合金焊接技术的分类
随着铝合金应用范围的扩大，越来越多的问题凸显出来。随着研究的进步，铝合金的焊接技术得到了很大的发展。目前主要有钨极氩弧焊（TIG）、熔化极惰性气体保护焊（MIG）、激光焊（LBW）、搅拌摩擦焊（FSW）等。
气体钨极弧焊
钨极惰性气体保护焊（TIG）是典型的惰性气体保护焊，也是最常用的焊接方法。焊接时，以钨极和焊接面为电极，两电极之间通入氦气或氩气作为保护气体，保护电弧，通过瞬间高压放电将焊丝和母材熔化，铝合金件的焊接成型、铸造缺陷的焊接与修复。
其主要具有以下技术特点：
1、操作方便，灵活可控，适应各种工况和环境，成本低；
2、热影响区窄，在送丝充足的情况下焊接接头变形小，接头综合性能高；
3、焊接工艺性能良好稳定，焊缝致密美观。
MIG焊接
MIG（GMA-气体金属电弧焊）和TIG都是惰性气体保护焊。区别在于TIG焊使用钨电极作为固定电极，而MIG焊则使用填充焊丝材料本身作为电极。
铝合金金属惰性气体保护焊过程中，电压和电流作用于焊丝电极端部，电极与母材之间产生瞬时高压，使母材和母材熔化。槽，焊丝末端的熔滴脱落并垂直过渡到母材。在材料的熔池上形成焊接区。
但铝合金MIG焊的应用工艺比较有限，因为铝丝较软导致送丝性差，而且焊接时铝液容易形成“挂而不滴”的现象，容易形成“挂而不滴”的现象。导致水滴飞溅。优点是MIG焊比TIG焊速度快，焊接大型工件时焊接运动范围小。通过调节送丝速度，焊接效率可达每分钟数米。
激光焊接
激光束焊接（激光束焊接LBW）使用高能激光脉冲对小区域内的材料进行局部加热。激光辐射的能量通过热传导扩散到材料内部，材料被熔化形成特定的熔池。凝固后，材料连为一体。
激光焊接的优点是焊接作用点小、大功率热源集中、能焊接厚板、热影响区窄、焊接变形小。但同时，激光焊接对焊接定位要求高，焊接设备昂贵，焊接成本高。对于铝、镁等金属材料，激光反射率较高，直接焊接难度较大。
用不同功率密度的激光照射材料表明，当工件上的功率密度达到107W/cm2以上时，加热区的金属会在很短的时间内气化，气体会汇聚成一个小孔。熔池并形成一个小孔，作为传热的中心，在小孔附近形成熔池，这就是激光深熔焊的“匙孔”效应。为了避免这种现象造成熔池不均匀，可以降低激光能量、提高焊接速度或控制熔核区的重熔，以去除熔合区的气泡，减少气孔的产生。
F搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊（FSW）是在传统摩擦焊技术基础上发展起来的一种新型固相连接技术。在待焊界面处，当搅拌头沿焊缝前进时，焊材温度升高，塑性金属在机械搅拌和镦粗的作用下发生强烈的塑性变形，形成致密的固相连接经过扩散和再结晶后。
与传统焊接方法相比，FSW技术具有以下优点：
1、焊接温度低，焊接变形小；
2、焊缝力学性能良好；
3、焊接工艺简单、经济、环保。
铝焊接注意事项
1、焊接铝合金前，应将铝合金表面清理干净。不应有油污、灰尘等，铝合金焊接表面可用丙酮清洗。厚板铝合金应先用钢丝刷清洗，然后再用丙酮清洗。
2、焊接铝合金时，应先将铝合金表面清理干净，不得有油烟、灰尘等。另外，较厚的铝合金应先用钢丝刷清理，然后再用丙酮清洗。 。
3、如果板材比较，可以对板材进行预热，这样可以防止预热不足造成焊不透，灭弧时用小电流电弧将凹坑填平。
4、焊接必须规范，按板材厚度进行焊接。
5、焊枪电缆不宜过长。太长的话，送丝会不稳定。
焊接案例研究
对焊接材料的要求：
保护气体的选择
焊接中使用的保护气体包括惰性气体氩气（Ar）和氦气（He），生产中常用氩气。用于焊接铝及铝合金的氩气必须满足以下纯度（体积分数）要求：氩气大于99.99%，氦气小于0.04%，氧气小于0.03%，水的质量分数小于0.07%。目前我国生产的氩气纯度一般都能满足这一要求，因此使用前无需进一步净化处理。
钨电极的选择
氩弧焊所用的钨电极材料有四种：纯钨、钍钨、铈钨、锆钨。纯钨的熔点和沸点较高，不易熔化和挥发，但其电子发射能力比钍钨和铈钨差。在纯钨中添加1.0%~2.0%氧化钍（Tho）电极称为钍钨电极。电子发射能力强，允许电流密度高，电弧燃烧稳定。但钍元素具有一定的放射性，这给其推广应用带来了障碍。目前广泛使用的铈钨电极（牌号WCe20）是在纯钨中添加1.8%~2.2%的氧化铈（杂质≤0.1%）制成的。铈钨电极电子逸出功低，化学稳定性高，重复引弧可靠性高，许用电流密度高（例如采用直流氩弧焊时，许用电流密度比氩弧焊高5%~8%）与钍钨电极相比），烧损率低，消除放射性。
溶剂选择
在气焊和碳弧焊过程中，熔融金属表面很容易被氧化，形成氧化膜。为了保证焊接质量，必须用焊剂去除氧化膜和其他杂质。气焊和碳弧焊所用的焊剂是多种钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。采用气焊、碳弧焊、角焊缝、搭接焊缝等接头时，往往很难彻底清除焊件上的残留焊渣。这种情况下，应根据不同的铝合金材料选择不同的焊剂。对于铝镁合金，不应使用含钠的焊剂。
焊丝的选择
在铝合金材料的焊接过程中，铝合金焊丝的选择非常重要，选择前应了解以下内容：
所有铝合金材料都可以作为焊接填充合金吗？
所有铝合金都可以焊接吗？
应该避免哪些陷阱？
如何选择焊接填充合金？
选择时应考虑什么标准？
铝合金系列需要了解的
选择什么样的焊丝？
一种母材可以焊接多种铝合金焊材，如5083-5083焊接：5356、5183、5556等焊丝均可使用。然而，每种焊丝所获得的焊接接头可能只在某种性能上是最好的。选择最佳焊丝时，主要考虑焊件的最终使用性能。总体而言，主要考察以下性能指标：
可焊性和无裂纹拉伸或剪切焊缝的延展性耐腐蚀性能高温性能阳极氧化后匹配度
对焊工的要求
应按照《铝及铝合金焊接施工工艺标准"
焊前准备
1、铝槽加工应采用机械方法（包括剪切）。若采用等离子火焰处理，应将变色部分去除不少于3mm。层、夹杂物、毛刺、闪光和氧化颜色。凹槽表面应具有银白色金属光泽；必要时对坡口及两侧不小于100mm的范围进行50%PT。
2、必须对焊丝、坡口表面及两侧不小于50mm的范围内进行表面清理（包括去除表面氧化膜、氧化皮、污染及不合格的氧化色）。打磨时可以使用φ0.15~0.2不锈钢丝盘刷、金属磨头（即电动铣刀）、手动盘铣机、锉刀（应该是铝材专用的圆弧锉刀）、刮刀和丙酮（蘸丙酮的白布要干净，不要用棉布或棉纱擦拭，以免擦拭时带出绒毛），但要注意的是，这些工具在使用前要清洗干净，还要注意不要挤压清洗时，氧化膜会渗入基材中，所以清洗时不要用力过大，但不可以用砂轮或普通砂纸打磨，因为铝材很软，砂粒会残留在基材中。铝材，焊接后容易出现气孔、夹渣等缺陷。
3、对于外购热加工件，如封头等，原则上应在进厂后对铝材表面进行100%PT，必要时对未确定的部位进行RT。
4、焊丝表面可用不锈钢丝刷或干净的油砂纸擦洗；表面氧化皮较厚的焊丝在焊前打磨后需进行化学清洗。化学清洗：在70℃、5%~10%NaOH溶液中浸泡约0.5~3min，然后用水冲洗，然后在室温下在15%HNO3溶液中浸泡约1~2min，用温水冲洗干净，然后使用a 手持式用吹风机吹干（不允许用空气压缩机，因为空气中有水和油），并在使用前放入100℃的烤箱中。铝材也可参照此方法。
5、清洗后的焊丝和焊件应保持清洁、干燥。请勿用手触摸或吹动焊接部位。焊工一般都戴白色焊接手套。不要戴脏手套，以免发生麻烦；焊接前严禁污染，否则应重新清理，局部污染可部分重新清理；最好用白纸覆盖斜角两侧。一般情况下，机械清理后应立即进行焊接。如果清洗后4小时内没有焊接，焊接前应再次清洗。
6、焊件装配应准确。如果装配不好，应考虑更换零件，而不是强行装配，以免应力过大。正式焊接前应检查坡口尺寸，合格后方可进行焊接。
7、点焊选用的焊丝及采用的工艺措施与焊接工艺相同。
8、焊件装配时尽量避免在应力集中处（如焊缝交汇处、工件上的拐角处等）进行点焊。定位焊缝长度及间距见下表：（mm）
母材厚度点焊距离每个定位焊缝的长度
6
50-80
10-12
接管或法兰
2-4点
每点3-8
9、定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷，否则必须清除并重新焊接。应在附近区域重新焊接，不得在原处点焊；当工艺中未规定对接焊缝间隙时，可为2~4mm。
10、对于将熔化成永久焊缝的点焊，必须保证熔透并清除其表面的氧化层（只允许呈银白色），并在焊缝两端做好平滑过渡，以利于引弧连接，否则应修剪。
11、焊接纵缝时，起弧板和退弧板必须放置在焊件两端。起弧板和退弧板采用与焊接件同牌号、同厚度的铝材。焊接环缝时尽量避免产生电弧坑。
12、焊接过程中，若定位焊点出现裂纹，造成板边错位或间隙变化，应立即停止焊接，修复后才能继续焊接。
13、焊接过程中，应用钢丝刷清除上焊缝表面的黑灰和氧化物。焊接时要注意燃烧器，即电弧闭合的地方。可在距离焊接起点10~20mm处起弧，然后快速返回起点进行焊接。第一层沿直线焊接。
14、铝焊焊接时变形，容易塌陷，所以焊前应有针对性地制作夹具和垫板。使用夹具时，零件的正面和背面都需要夹紧，夹具的刚性和夹紧力要适中，因为如果太小，将无法控制变形。拉紧力以350Kg/100mm为宜。软铝夹具可选用碳钢或不锈钢材质，可以减缓散热；强化铝夹具可以用铝制成，可以增强散热。纵缝夹具可为键盘式，环缝夹具可为液压胀形夹具。
纵缝拼装时，可适当加大间隙，以便焊后有收缩的余地；对于圆形缝（包括圆形法兰、翻边等），预留一些反向交错或棱边，因为焊接后法兰会塌陷变形。垫板的材质一般为不锈钢或碳钢，对于要求不高的铝焊可采用石墨制作垫板。选择背板材料时还应考虑对焊缝冷却速度的影响。
焊接要求
1、持证焊工应按焊接工艺文件及其他文件进行焊接。
2、焊接环境中出现下列情况之一时，应采取有效的防护措施，否则不允许进行焊接：
焊接环境不干净，有灰尘、烟雾；焊接环境风速大于等于1.5m/s；焊接环境相对湿度大于80%；室外雨雪天气作业； 5）焊接温度低于5℃；
3、铝制品的焊接位于特殊场地，现场应用橡胶或绒布覆盖；焊接时应远离通风口、门窗，以免影响气体保护效果。
4、手工钨极氩弧焊焊接铝一般采用交流电产生阴极雾化；熔化极氩弧焊采用直流反接。采用直流电焊接时，由于设备限制，焊缝表面一般会有一层氧化膜甚至黑灰，可用钢丝刷或抹布擦掉。焊缝表面因焊剂残留或氧化而形成的白色薄膜可用钢丝刷或抹布加热水擦掉。
5、焊前预热：由于铝的导热性较强，当手工氩弧焊厚度大于10mm时，焊前应预热，但不宜超过100℃，焊时层间温度焊接温度不应超过100°C。根据具体情况，可以用火焰或远红外线板加热。
6、焊接过程中，焊丝填充点不应位于电弧的正下方，而应位于熔池边缘，距电弧中心线约0.5~1.0mm。焊丝的填充点不应高于熔池表面或电弧内。
7、一条焊缝应尽量一次焊完，中途停焊后重焊时，应重叠10~20mm。多层焊缝的下一道焊缝前，对前一道焊缝进行表面颜色检查，只允许银白色；表面污染、夹渣等缺陷得到彻底清除。电弧坑应填满，电弧连接处应熔透。
8、A型、B型接头焊缝的钢筋高度、高差、宽差如下mm：
焊接位置
焊缝加固
焊缝补强差异
焊缝宽度差
气体钨极电弧焊
MIG
手工焊、半自动焊
自动焊接、机械化焊接
平焊
0-3
0-5
0-2
0-3
0-2
其他焊接位置
0-4
0-5
0-3
0-3
0-2
9、当壳体厚度小于或等于12mm时，连接管与壳体的D型焊缝，壳体一般应采用边缘对焊，边缘高度为25~30mm。
10、C、D类接头的焊缝厚度t应不小于角焊缝两侧构件厚度δ0.7和δ1较小值的2倍，且不应小于3mm，除非另有规定。在图中。盖板厚度不应超过10毫米（如下图所示）；当衬里或复合板与盖板组合搭接角焊缝时，盖板的厚度构成角焊缝的边长L2。边长极限，当L2≤4mm时，应要求t≥0.7 L2。
11、C、D接头焊缝应与母材平滑过渡。
12、焊缝及热影响区表面应100%检查，不应有裂纹、未熔合、气孔、弧坑、夹渣、飞溅等缺陷，外部不应有飞弧点焊缝。
13、铝制压力容器焊缝表面不应有咬边。常压容器焊缝表面咬边深度不应大于0.5mm，咬边连续长度不应大于100mm，焊缝两侧咬边总长度不应超过10焊缝长度的%。
14、换热器换热管焊接顺序：管板组装（换热管预留长度不小于4mm，以便后期加工）；管端及管板清洗；管子一端膨胀；一侧焊接管板；未焊接换热管端部的机加工；管的扩张；管端和管板的清洁；在未焊接的一侧焊接换热管。
15、铝焊接要注意坡口钝边比较大，一般为2~6mm。对于有垫板的接头，钝边可适当减少。当铝板较薄时，对接焊应考虑边缘对焊，如≤3mm时考虑边缘和无丝焊。铝焊可双面同时焊，背面有丝或无丝视具体情况而定。
焊缝修复
1、对于需要修复的缺陷，应分析原因，提出改进措施，准备好焊补工艺后才能开始修复（应考虑防止焊接变形的加工设备）（下表为焊接缺陷的一般分析及其原因）；
2、焊缝同一部位的返修次数不应超过2次。
3.一般使用金属磨头去除缺陷和斜角。如果缺陷较深，可先用规定的手工铣削磨削，然后用金属磨头磨削槽面。坡口应宽度均匀、表面光滑、坡口便于焊接。凹槽两端有一定的斜度（一般不大于1：4）。
4、返工前需要清理缺陷，一般要进行100%PT确认（如果缺陷是裂纹，则必须进行100%PT）。补焊时只需去除缺陷即可，不要挖得太深，必要时进行RT以确认缺陷已完全去除。补焊时，先不要填焊丝，利用电弧将补焊区域的金属熔化。
5、返修焊缝的性能和质量要求应与原焊缝相同；
6、铝焊接的主要焊缝缺陷是气孔和裂纹：
产生气孔的原因：铝焊接气孔主要是氢气进入焊接熔池形成的。氢气的来源包括：材料、焊丝、保护气体、送丝机构、焊工手套以及过高的环境湿度，如被污染的焊丝、材料和焊丝本身的氧化膜、送丝上的油污或汗渍等。机构等。 注意事项：
材料及焊丝中氢含量≤0.4mL/100g；应清除待焊工件表面的油污和氧化膜，存放时间不应超过4小时。表面清洁后，应用干燥、清洁、不起毛的物体覆盖凹槽及两侧；尽量使用抛光焊丝，否则处理方法同上；保护气体中杂质含量：H2≤0.001%； O2≤0.02%； N2≤0.1%； H2O≤0.02%；保护气体管道：一般采用不锈钢管或铜管，软管采用塑料管代替橡胶或其他吸水软管；焊接前应检查冷却水管，确保不漏水；环境湿度较高时，应加热保护气体吹扫管道；送丝机构：不得有油污，送丝管采用聚四氟乙烯管或尼龙管，焊接前应清理管内的污染和冷凝水；现场环境：温度不超过25℃，相对湿度不超过50%，保持环境清洁；焊工：工作服尽量选择白色，以便及时发现和清理污染。焊接时注意汗渍、油渍，以免再次污染焊件；焊接前应在试板上试焊，检查保护气体和管道是否合格；焊接过程中的注意事项：用双面焊代替单面焊；较薄的焊缝比较厚的焊缝更有利于气孔的逸出；大直径焊丝有利于减少气孔；焊前预热，焊后缓冷；降低电弧电压，增大电流，降低焊接速度，有利于降低气孔率。
裂纹产生原因：材料的焊接性较差；选择焊丝时未考虑抗裂性能；结构过于受限。预防：
对于焊接性较差的铝材，焊接前应考虑抗裂性能，而不仅仅是强度；必要时，焊件可在退火后进行焊接，焊后再进行淬火、时效处理。选择抗裂性能好的焊丝，如含有Si等低熔点元素的焊丝。尽量减少焊接接头的约束程度，合理安排焊接顺序，使焊缝有横向收缩余量，以减少焊接应力。如果不需要点焊，就不要进行点焊，如果可以进行双面点焊，就不要进行单面点焊。尝试将单面焊改为双面焊。
探伤要求
1、封头缝焊后应进行100%RT，成型后应按规定进行100%RT或100%PT。
2、A、B级焊缝一般为100%RT。
3. 容器上的C级和D级焊接接头均为100%PT。
4、铝材表面补焊缝为100%PT。
5、铝夹具及拉杆临时固定连接焊缝拆除后，对焊痕进行100%PT。
6、图纸中其他需要探伤的部位。
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