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鋁合金的焊接方法鋁合金的焊接方法很多，各種方法有其不同的應用場(chǎng)合。除了傳統的熔焊、電阻焊、氣焊方法外，其他一些焊接方法（如等離子弧焊、電子束焊、真空擴散焊等）也可以容易地將鋁合金焊接在一起。鋁合金常用焊接方法的特點(diǎn)及適用范圍見(jiàn)表1。應根據鋁及鋁合金的牌號、焊件厚度、產(chǎn)品結構以及對焊接性的要求等選擇。表1  鋁合金常用焊接方法的特點(diǎn)及適用范圍焊接方法特點(diǎn)適用范圍氣焊熱功率低，焊件變形大，生產(chǎn)率低，易產(chǎn)生夾渣、裂紋等缺陷用于非重要場(chǎng)合的薄板對接焊及補焊等手工電弧焊接頭質(zhì)量差用于鑄鋁件補焊及一般修理鎢極氬弧焊焊縫金屬致密，接頭強度高、塑性好，可獲得優(yōu)質(zhì)接頭應用廣泛，可焊接板厚1～20㎜鎢極脈沖氬弧焊焊接過(guò)程穩定，熱輸入精確可調，焊件變形量小，接頭質(zhì)量高用于薄板、全位置焊接、裝配焊接及對熱敏感性強的鍛鋁、硬鋁等高強度鋁合金熔化極氬弧焊電弧功率大，焊接速度快用于厚件的焊接，可焊厚度為50㎜以下熔化極脈沖氬弧焊焊接變形小，抗氣孔和抗裂性好，工藝參數調節廣泛用于薄板或全位置焊，常用于厚度2～12㎜的工件等離子弧焊熱量集中，焊接速度快，焊接變形和應力小，工藝較復雜用于對接焊要求比氬弧焊更高的場(chǎng)合真空電子束焊熔深大熱影響區小，焊接變形量小接頭力學(xué)性能好用于焊接尺寸較小的焊件激光焊焊接變形小，生產(chǎn)率高用于需進(jìn)行精密焊接的焊件（1）氣焊氧－乙炔氣焊火焰的熱功率低，熱量較分散，因此焊件變形大、生產(chǎn)率低。用氣焊焊接較厚的鋁焊件時(shí)需預熱，焊后的焊縫金屬不但晶粒粗大、組織疏松，而且容易產(chǎn)生氧化鋁夾雜、氣孔及裂縫等缺陷。這種方法只用于厚度范圍在0.5～10㎜的不重要鋁結構件和鑄件的焊補上。（2）鎢極氬弧焊這種方法是在氬氣保護下施焊，熱量比較集中，電弧燃燒穩定，焊縫金屬致密，焊接接頭的強度和塑性高，在工業(yè)中獲得起來(lái)越廣泛的應用。鎢極氬弧焊用于鋁合金是一種較完善的焊接方法，但鎢極氬弧焊設備較復雜，不宜在室外露天條件下操作。（3）熔化極氬弧焊自動(dòng)、半自動(dòng)熔化極氬弧焊的電弧功率大，熱量集中，熱量影響區小，生產(chǎn)效率比手工鎢極氬弧焊可提高2～3倍?？梢院附雍穸仍?0㎜以下的純鋁及鋁合金板。例如，焊接厚度30㎜的鋁板不必預熱，只焊接正、反兩層就可獲得表面光滑、質(zhì)量?jì)?yōu)良的焊縫。半自動(dòng)熔化極氬弧焊適用于定位焊縫、斷續的短焊縫及結構形狀不規則的焊件，用半自動(dòng)氬弧焊焊炬可方便靈活地進(jìn)行焊接，但半自動(dòng)焊的焊絲直徑較細，焊縫的氣孔敏感性較大。（4）脈沖氬弧焊1）鎢極脈沖氬弧焊用這種方法可明顯改善小電流焊接過(guò)程的穩定性，便于通過(guò)調節各種工藝參數來(lái)控制電弧功率和焊縫成形。焊件變形小、熱影響區小，特別適用于薄板、全位置焊接等場(chǎng)合以及對熱敏感性強的鍛鋁、硬鋁、超硬鋁等的焊接。2）熔化極脈沖氬弧焊可采用的平均焊接電流小，參數調節范圍大，焊件的變形及熱影響區小，生產(chǎn)率高，抗氣孔及抗裂性好，適用于厚度在2～10㎜鋁合金薄板的全位置焊接。（5）電阻點(diǎn)焊、縫焊可用來(lái)焊接厚度在4㎜以下的鋁合金薄板。對于質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品可采用直流沖擊波點(diǎn)焊、縫焊機焊接。焊接時(shí)需要用較復雜的設備，焊接電流大、生產(chǎn)率較高，特別適用于大批量生產(chǎn)的零、部件。（6）攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是一種可用于各種合金板焊接的固態(tài)連接技術(shù)。與傳統熔焊方法相比，攪拌摩擦焊無(wú)飛濺、無(wú)煙塵，不需要添加焊絲和保護氣體，接頭無(wú)氣孔、裂紋。與普通摩擦相比，它不受軸類(lèi)零件的限制，可焊接直焊縫。這種焊接方法還有一系列其它優(yōu)點(diǎn)，如接頭的力學(xué)性能好、節能、無(wú)污染、焊前準備要求低等。由于鋁及鋁合金熔點(diǎn)低，更適于采用攪拌摩擦焊。鋁用焊接材料（1）焊絲采用氣焊、鎢極氬弧焊等焊接鋁合金時(shí)，需要加填充焊絲。鋁及鋁合金焊絲分為同質(zhì)焊絲和異質(zhì)焊絲兩大類(lèi)。為了得到良好的焊接接頭，應從焊接構件使用要求考慮，選擇適合于母材的焊絲作為填充材料。選擇焊絲首先要考慮焊縫成分要求，還要考慮產(chǎn)品的力學(xué)性能、耐蝕性能，結構的剛性、顏色及抗裂性等。選擇熔化溫度低于母材的填充金屬，可大大減小熱影響區的晶間裂紋傾向。對于非熱處理合金的焊接接頭強度，按1000系、4000系、5000系的次序增大。含鎂3%以上的5000系的焊絲，應避免在使用溫度65℃以上的結構中采用，因為這些合金對應力腐蝕裂紋很敏感，在上述溫度和腐蝕環(huán)境中會(huì )發(fā)生應力腐蝕龜裂。用合金含量高于母材的焊絲作為填充金屬，通?？煞乐购缚p金屬的裂紋傾向。目前，鋁合金常用的焊絲大多是與基體金屬成分相近的標準牌號焊絲。在缺乏標準牌號焊絲時(shí)，可從基體金屬上切下狹條代用。較為通用的焊絲是HS311，這種焊絲的液態(tài)金屬流動(dòng)性好，凝固時(shí)的收縮率小，具體優(yōu)良的抗裂性能。為了細化縫晶粒、提高焊縫的抗裂性及力學(xué)性能，通常在絲中加入少量的Ti、V、Zr等合金元素作為變質(zhì)劑。選用鋁合金焊絲應注意的問(wèn)題如下：1）焊接接頭的裂紋敏感性影響裂紋敏感性的直接因素是母材與焊絲的匹配。選用熔化溫度低于母材的焊縫金屬，可以減小焊縫金屬和熱影響區的裂紋敏感性。例如，焊接硅含量0.6%的6061合金時(shí)，選用同一合金作焊縫，裂紋敏感性很大，但用硅含量5%的ER4043焊絲，由于其熔化溫度比6061合金低，在冷卻過(guò)程中有較高的塑性，所以抗裂性能良好。此外，焊縫金屬避免鎂與銅的組合，因為Al－Mg－Cu有很高的裂紋敏感性。2）焊接接頭的力學(xué)性能工業(yè)純鋁的強度最低，4000系列鋁合金居中，5000系列鋁合金強度最高。鋁硅焊絲雖然有較高的抗裂性能，但含硅焊絲的塑性較差，所以對焊后需要塑性變形加工的接頭來(lái)說(shuō)，應避免選用含硅焊絲。3）焊接接頭的使用性能填充金屬的選擇除取決于母材成分外，還與接頭的幾何形狀、運行中的抗腐蝕性要求以及對焊接件的外觀(guān)要求有關(guān)。例如，為了使容器具有良好的抗腐蝕能力或防止所儲存產(chǎn)品對其的污染，儲存過(guò)氧化氫的焊接容器要求高純度的鋁合金。在這種情況下，填充金屬的純度至少要相當于母材。（2）焊條鋁合金焊條型號、規格與用途見(jiàn)表2。鋁合金焊條的化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表3。表2  鋁及鋁合金焊條的型號（牌號）、規格與用途型號牌號藥皮類(lèi)型焊芯材質(zhì)焊條規格/㎜用途E1100L109鹽基型純鋁3.2，4.5345～355焊接純鋁板、純鋁容器E4043L209鹽基型鋁硅合金3.2，4.5345～355焊接鋁板、鋁硅鑄件、一般鋁合金、鍛鋁、硬鋁（鋁鎂合金除外）E3003L309鹽基型鋁錳合金3.2，4.5345～355焊接鋁錳合金、純鋁及其他鋁合金表3  鋁及鋁合金焊條的化學(xué)成分和力學(xué)性能型號牌號藥皮類(lèi)型電源種類(lèi)焊芯化學(xué)成分/%熔敷金屬抗拉強度/MPa焊接接頭抗拉強度/MPaE1100L109鹽基型直流反接Si+Fe≤0.95,Co0.05～0.20Mn≤0.05,Be≤0.0008Zn≤0.10,其他總量≤0.15Al≥99.0≥64≥80E4043L209鹽基型直流反接Si4.5～6.0,Fe≤0.8Cu≤0.30,Mn≤0.05Zn≤0.10,Mg≤0.0008其他總量≤0.15,Al余量≥118≥95E3003L309鹽基型直流反接Si≤0.6,Fe≤0.7Cu0.05～0.20,Mn1.0～1.5Zn≤0.10,其他總量≤0.15Al余量≥118≥95（3）保護氣體焊接鋁合金的惰性氣體有氬所和氦氣。氬氣的技術(shù)要求為Ar＞99.9%,氧＜0.005%，氫＜0.005%，水分＜0.02mg/L，氮＜0.015%。氧、氮增多，均惡化陰極霧化作用。氧＞0.3%，則使鎢極燒損加劇，超過(guò)0.1%使焊縫表面無(wú)光澤或發(fā)黑。鎢極氬弧焊時(shí)，交流加高頻焊接選用純氬氣，適用大厚度板；直流正極性焊接選用Ar+He或純Ar。熔化極氬弧焊時(shí)，當板厚＜25㎜時(shí)，采用純Ar。當板厚為25～50㎜時(shí)，采用添加10%～35%Ar的Ar+He混合氣體。當板厚為50～75㎜時(shí)，宜采用添加10%～35%或50%He的Ar+He混合氣體。當板厚＞75㎜時(shí)，推薦添加50%～75%He的Ar+He混合氣體。鋁合金焊接工藝1  鋁合金的氣焊氧－乙炔氣焊的熱效率低，焊接熱輸入不集中，焊接鋁及鋁合金時(shí)需采用熔劑，焊后又需清除殘渣，接頭質(zhì)量及性能也不高。因為氣焊設備簡(jiǎn)單，無(wú)需電源，操作方便靈活，常用于焊接對質(zhì)量要求不高的鋁合金構件，如厚度較薄的薄板及小零件，以及補焊鋁合金構件和鋁鑄件。（1）氣焊的接頭形式氣焊鋁合金時(shí)，不宜采用搭接接頭和T形接頭，這種接頭難以清理流入縫隙中的殘留熔劑和焊渣，應盡可能采用對接接頭。為保證焊件焊接時(shí)既焊透又不塌陷和燒穿，可以采用帶槽的墊板，墊板一般用不銹鋼或純銅等制成，帶墊板焊接可獲得良好的反面成形，提高焊接生產(chǎn)率。（2）氣焊熔劑的選用鋁合金氣焊時(shí)，為了使焊接過(guò)程順利進(jìn)行，保證焊縫質(zhì)量，氣焊時(shí)需要加熔劑來(lái)去除鋁表面的氧化膜及其他雜質(zhì)。氣焊熔劑（又稱(chēng)氣劑）是氣焊時(shí)的助熔劑，主要作用是去除氣焊過(guò)程中生成在鋁表面的氧化膜，改善母材的潤濕性能，促使獲得致密的焊縫組織等。氣焊鋁合金必須采用熔劑，一般是在焊前熔劑直接撒在被焊工件坡口上，或者沾在焊絲上加入熔池內。鋁合金熔劑是鉀、鈉、鈣、鋰等元素的氯人鹽，是粉碎后過(guò)篩并按一定比例配制的粉狀化合物。例如鋁冰晶石（Na3AlF6）在1000℃進(jìn)可以熔解氧化鋁，又如氯化鉀等可使難熔的氧化鋁轉變?yōu)橐兹鄣穆然X。這種熔劑的熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，還能改善熔化金屬的流動(dòng)性，使焊縫成形良好。（3）焊嘴和火焰的選擇鋁合金有強烈的氧化性和吸氣性。氣焊時(shí)，為使鋁不被氧化，應采用中性焰或微弱碳化焰（乙炔既過(guò)剩的碳化焰），使鋁熔池置于還原性氣氛的保護下而不被氧化。嚴禁采用氧化焰，因為用氧化性較強的氧化焰會(huì )使鋁強烈氧化，阻礙焊接過(guò)程進(jìn)行；而乙炔過(guò)多，游離的氫可能溶入熔池，會(huì )促使縫產(chǎn)生氣孔，使焊縫疏松。（4）定位焊縫為防止焊件在焊接中產(chǎn)生尺寸和相對位置的變化，焊件焊前需要點(diǎn)固焊。由于鋁的線(xiàn)膨脹系數大、導熱速度快、氣焊加熱面積大，因此，定位焊縫較鋼件應密一些。定位焊用的填充焊絲與產(chǎn)品焊接時(shí)相同，定位焊接前應在焊縫間隙內涂一層氣劑。定位焊的火焰功率比氣焊時(shí)稍大。（5）氣焊操作焊接鋼鐵材料時(shí)，可以從鋼材的顏色變化判斷加熱的溫度。但焊鋁時(shí)，卻沒(méi)有這個(gè)方便條件。因為鋁合金從室溫加熱到熔化的過(guò)程中沒(méi)有顏色的明顯變化，給操作者帶來(lái)控制焊接溫度困難。但可根據以下現象掌握施焊時(shí)機：1）當被加熱的工件表面由光亮白色變成暗淡的銀白色，表面氧化膜起皺，加熱處金屬有波動(dòng)現象時(shí)，表明即將達到熔化溫度，可以施焊；2）用蘸有熔劑的焊絲端頭及被加熱處，焊絲與母材能熔合時(shí)，即達到熔化溫度，可以施焊；3）母材邊棱有倒下現象時(shí)，母材達到熔化溫度，可以施焊。氣焊薄板可采用左焊法，焊絲位于焊接火焰之前，這種焊法因火焰指向未焊的冷金屬，熱量散失一部分，有利于防止熔池過(guò)熱、熱影響區金屬晶粒長(cháng)大和燒穿。母材厚度大于5㎜可采用右焊法，此法焊絲在焊炬后面，火焰指向焊縫，熱量損失小，熔深大，加熱效率高。氣焊厚度小于3㎜的薄件時(shí)，焊炬傾角為20～40°；氣焊厚件時(shí)，焊炬傾角為40～80°，焊絲與焊炬夾角為80～100°。鋁合金氣焊應盡量將接頭一次焊成，不堆敷第二層，因為堆敷第二層時(shí)會(huì )造成焊縫夾渣等。（6）焊后處理氣焊焊縫表面的殘留焊劑和熔渣對鋁接頭的腐蝕，是鋁接頭日后使用中引起損壞的原因之一。在氣焊后1～6h之內，應將殘留的熔劑、熔渣清洗掉，以防引起焊件腐蝕。焊后清理工序如下。1）焊后將焊件放入40～50℃的熱水槽中浸漬，最好用流動(dòng)的熱水，用硬毛刷刷焊縫及焊縫附近殘留熔劑、熔渣的地方，直至清除干凈。2）將焊件浸入硝酸溶液中。當室溫為25°以上時(shí)，溶液濃度15%～25%，浸漬時(shí)間為10～15min。室溫為10～15℃時(shí)，溶液濃度20%～25%，浸漬時(shí)間為15min。3）將焊件置于流動(dòng)熱水（溫度為40～50℃）的槽中浸漬5～10min。4）用冷水將焊件沖洗5min。5）將焊件自然晾干，也可放在干燥箱中烘干或用熱空氣吹干。2  鋁合金的鎢極氬弧焊（TIG焊）也稱(chēng)為鎢極惰性氣體保護電弧焊，是利用鎢極與工件之間形成電弧產(chǎn)生的大量熱量熔化待焊處，外加填充焊絲獲得牢固的焊接接頭。氬弧焊焊鋁是利用其“陰極霧化”的特點(diǎn)，自行去除氧化膜。鎢極及縫區域由噴嘴中噴出的惰性氣體屏蔽保護，防止焊縫區和周?chē)諝獾姆磻?div style="height:15px;">