焊铝合金用什么焊丝最好

基础知识

铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良好力学性能等特点，在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防等工业部门被广泛地应用。掌握铝合金的焊接性特点、焊接操作技术、接头质量和性能、缺陷的形成及防止措施等，对正确制定铝合金的焊接工艺，获得良好的接头性能和扩大铝合金的应用范围具有十分重要的意义。

铝是银白色的轻金属，密度小（2.7 g/cm3），熔点低（658℃），具有良好的塑性、导电性、导热性和耐蚀性，由于纯铝的强度较低，在工业上应用不广。

在纯铝中加入镁、锰、硅、铜及锌等元素，即形成铝合金，铝合金与纯铝相比，其强度显著提高。

1.纯铝

纯铝具有银白色金属光泽，密度小，熔点低，导电、导热性能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形。纯铝具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。

纯铝的分类：高纯铝，牌号L01～04，含铝≥99.999%；工业高纯铝，牌号L0、L00，含铝≥99.95～99.996%；工业纯铝，牌号L1～5，含铝≥99.00%～99.85%。

2.铝合金

纯铝中加入适量其他元素，如Si、Cu、Mg、Zn等即为铝合金。铝合金的分类如下：

任务实施

一、铝及铝合金的焊接性

非热处理强化变形铝合金的特点是焊接性较好，是目前铝合金焊接结构中应用最广的铝合金。热处理强化变形铝合金经处理后强度高，但焊接性差，特别在熔化焊时，开裂倾向较大。铝及铝合金焊接时常见的缺陷有以下几种：

1.易氧化

铝和氧的亲和力很大，在空气中极易与氧结合生成致密的氧化铝薄膜。氧化铝的熔点高达2 050℃，远远超过铝合金的熔点，而且密度约为铝的1.4倍。在焊接的过程中，氧化铝薄膜阻碍了金属之间的良好结合，易造成夹杂。而且氧化膜还会吸收水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，为保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化，对融化金属和处于高温下的金属进行有效保护。

2.易产生气孔

氮不溶于液态铝，铝中也不含碳，因此不会产生氮气孔和一氧化碳气孔，焊接铝合金时，使焊缝产生气孔的气体是氢气。因为氢气溶于液态铝，但几乎不溶于固态铝，熔池结晶时，原来溶解于液态铝的氢要全部析出，同时，铝和铝合金的密度小，气泡在熔池里的浮升速度较小，加上铝的导热性强，冷凝快，因此，在焊接铝时，焊缝产生气孔的倾向很大。

3.易烧穿

铝及铝合金由固态转变为液态时，没有显著的颜色变化，所以不易判断熔池的温度。另外，温度升高时，铝的机械强度降低，在370℃时仅为10 MPa。因此，焊接时常因温度过高而导致烧穿。

4.热裂纹

图9-16  铝合金的焊接热裂纹

铝的线膨胀系数比铁将近大一倍，而其凝固时的收缩率又比铁大两倍，因此，铝焊件的焊接应力大。此外，合金的成分对热裂纹的产生有很大影响，当合金的液相线和固相线的距离较大或杂质过多形成低熔点共晶体时，均容易造成热裂纹，如图9-16所示。焊接铝及铝合金时防止热裂纹应从减小焊接应力、调节熔池金属成分、改善熔池结晶条件、正确选择焊接方法及控制工艺参数等几方面来考虑。

5.接头强度低于母材

对于非热处理强化铝合金，在退火状态下焊接时，可以认为接头同母材是等强的，而在冷作硬化状态下焊接时，接头强度低于母材。解决接头软化的措施有：焊后对焊件进行热处理；选择热量集中的热源，如电子束焊、氩弧焊，使焊接热影响区变小。

二、铝及铝合金的焊接工艺

1.焊前清理

铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。

（1）化学清洗 化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。可用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用40℃～ 70℃的5%～10% Na OH溶液碱洗3～7 min（纯铝时间稍长，但不超过20 min），流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30% HNO3溶液酸洗1～3 min，流动清水冲洗，风干或低温干燥。铝合金化学清洗的参数见表9-19。

表9-19 铝合金化学清洗参数

（2）机械清理 在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦拭表面以除油，随后直接用直径为0.15～0.2 mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。

工件和焊丝经过清洗和清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜，特别是在潮湿环境下，在被酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜成长得更快。因此，工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的存放时间应尽量缩短，在气候潮湿的情况下，一般应在清理后4 h内施焊。清理后如存放时间过长（如超过24 h）应当重新处理。

2.焊前预热

薄、小铝件一般不用预热，厚度在10～15 mm时可进行焊前预热，根据不同类型的铝合金，预热温度可为100℃～200℃，可用氧—乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷。

3.焊接材料的选用

（1）焊丝 铝及铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，按容器要求应使对接接头的抗拉强度、塑性（通过弯曲试验）达到规定要求，对含镁量超过3%的铝镁合金应满足冲击韧性的要求，对有耐蚀要求的容器，焊接接头的耐蚀性还应达到或接近母材的水平。因此，焊丝的选用主要按照下列原则进行：

①纯铝焊丝的纯度一般不低于母材；

②铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近；

③铝合金焊丝中的耐蚀元素(镁、锰、硅等)的含量一般不低于母材；

④异种铝材焊接时，应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝；

⑤不要求耐蚀性的高强度铝合金（热处理强化铝合金）可采用异种成分的焊丝。

（2）保护气体 保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流加高频TIG焊时，采用大于99.9%纯氩气，直流正极性焊接宜用氦气。MIG焊时，板厚小于25 mm时宜用氩气；板厚在25～50 mm时，氩气中宜添加10%～35%的氦气；板厚在50～75 mm时，氩气中宜添加10%～35%或50%的氦气；当板厚大于75 mm时，推荐采用添加50%～75%氦气的氩气。氩气应符合GB/T 4842–2006《纯氩》的要求。氩气瓶压低于0.5MPa后压力不足，不能使用。

（3）钨极 氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。纯钨极的熔点和沸点高，不易熔化挥发，电极烧损及尖端的污染较少，但电子发射能力较差。在纯钨中加入1%～2%氧化钍的电极为钍钨极，电子发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧较稳定，但钍元素具有一定的放射性，使用时应采取适当的防护措施。在纯钨中加入1.8%～2.2%的氧化铈（杂质≤0.1%）的电极为铈钨极。铈钨极电子逸出功低，化学稳定性高，允许电流密度大，无放射性，是目前普遍采用的电极。锆钨极可防止电极污染基体金属，尖端易保持半球形，适用于交流焊接。

（4）焊剂 气焊用焊剂为钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物，可去除氧化膜。

4.焊接方法及工艺要点

铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他一些焊接方法（如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等）也可以容易地将铝合金焊接在一起。

铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表9-20所示。应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。

表9-20 铝合金常用焊接方法的特点及适用范围

5.焊后处理

（1）焊后清理 焊后留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理干净。形状简单、要求一般的工件可以用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理。要求高而形状复杂的铝件，在热水中用硬毛刷刷洗后，再在60℃～80℃左右、浓度为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗5～10 min，并用硬毛刷洗刷，然后在热水中冲刷洗涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然干燥。

（2）焊后热处理 铝容器一般焊后不要求热处理。如果所用铝材在容器接触的介质条件下确有明显的应力腐蚀敏感性，需要通过焊后热处理以消除较高的焊接应力，来使容器上的应力降低到产生应力腐蚀开裂的临界应力以下，这时应由容器设计文件提出特别要求，才进行焊后消除应力热处理。

拓展提高

铝合金的搅拌摩擦焊

铝合金的搅拌摩擦焊经历10年的研究发展，现在国外已经进入大规模的工业化应用阶段尤其在美国的宇航工业、欧洲的船舶制造工业、日本的高速列车制造等工业制造领域得到了非常成功的应用。

船舶制造和海洋工业是搅拌摩擦焊首先得到商业应用的两个工业领域，主要在如下船舶零部件上得到成功应用：甲板侧板、防水壁板和地板；铝合金型材；船体外壳和主体结构件；船用冷冻器中空平板等。在宇航制造工业，目前搅拌摩擦焊在飞机制造领域的开发和应用还处于验证阶段，在航天领域，搅拌摩擦焊已经成功应用在火箭和航天飞机助推燃料筒体的纵向对接焊缝和环向搭接接头的焊接。搅拌摩擦焊在宇航领域的工业应用范围主要为：机翼、机身、尾翼、飞机油箱。

在其他工业领域，搅拌摩擦焊也有较多应用。例如，冰箱冷却板、厨房电器和设备、白色家用物品和工具、天然器、液化气储箱和容器、家庭装饰等。