铝合金的焊接方法

铝合金的焊接方法很多，不同的方法有不同的应用。除了传统的熔焊、电阻焊和气焊方法外，其他焊接方法（如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等）也可以轻松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1。应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构及焊接性要求来选择。

表1 铝合金常用焊接方法的特点及适用范围

(1）气焊

氧-乙炔气焊火焰的热功率低，热量相对分散，焊件变形，生产效率低。用气焊焊接厚铝焊件时需要预热。焊后的焊缝金属不仅晶粒粗大、组织疏松，而且容易出现氧化铝夹杂、气孔、裂纹等缺陷。此方法仅适用于厚度范围为0.5～10㎜的不重要铝结构件和铸件的焊补。

(2）tungsten 氩弧焊

这种方法是在氩气保护下焊接，热量比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头强度和塑性高，在工业上应用比较广泛氩钨弧焊是一种比较完善的铝合金焊接方法，但氩钨弧焊设备较为复杂，不适合在室外条件下操作。

(3）熔极氩弧焊

自动和半自动氩弧焊电弧功率大，热量集中，热影响面积小。与手工氩钨弧焊相比，生产效率可提高2～3倍。可焊接厚度50mm以下的纯铝及铝合金板。例如，焊接厚度为30mm的铝板不需要预热。只有前后两层才能焊接，才能获得光滑的表面和良好的焊缝质量。半自动熔化极氩弧焊适用于定位焊、断续短焊和形状不规则的焊件。半自动氩弧焊枪可以方便灵活地进行焊接，但半自动焊丝的直径相对较小。焊缝的气孔敏感性更大。

(4）脉冲氩弧焊

1）钨极脉冲氩弧焊

这种方法可以显着提高小电流焊接过程的稳定性，并且可以方便地通过调整各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝形状。焊件变形小，热影响区小。特别适用于薄板焊接、全位置焊接等场合，也适用于对热高度敏感的锻铝、硬铝、超硬铝等。

2）

可用平均焊接电流小，参数调整范围大，焊件变形及热影响区小，生产率高，抗气孔抗裂性好，适用适用于厚度为2～10mm的铝合金整片。定位焊接。

(5）电阻点焊、缝焊

可用于焊接厚度小于4mm的铝合金薄板。对于质量要求较高的产品，可采用直流冲击波点焊和缝焊。焊接需要更复杂的设备，焊接电流大，生产率高。特别适用于批量生产的零部件。

(6）搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是一种固态连接技术，可用于焊接各种合金板。与传统的熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟、无需添加焊丝和保护气体，接头无气孔或裂纹。与普通摩擦相比，不受轴类零件的限制，可采用直焊缝焊接。这种焊接方法具有接头力学性能好、节能、无污染、焊前准备要求低等一系列优点。由于铝及铝合金的熔点低，搅拌摩擦焊更适合。

铝用焊接材料

(1）焊丝

采用气焊、氩钨弧焊等焊接铝合金时，需要填充焊丝。铝及铝合金焊丝分为同种焊丝和异种焊丝两大类。为了获得良好的焊接接头，应考虑焊接部件的使用要求，选择适合母材的焊丝作为填充材料。

焊丝的选择首先要考虑焊缝的成分要求，以及产品的力学性能、耐腐蚀性、结构刚度、颜色和抗裂性。选择熔化温度低于母材熔化温度的填充金属，可以大大降低热影响区出现晶间裂纹的趋势。非热处理合金的焊接接头强度按1000系、4000系、5000系的顺序增加。

在65℃以上的结构中应避免使用含镁3%以上的5000系列焊丝，因为这些合金对应力腐蚀开裂非常敏感，在上述温度和腐蚀环境下会发生应力腐蚀开裂。使用合金含量高于母材的焊丝作为填充金属通常可以防止焊缝金属的开裂倾向。

目前常用的铝合金焊丝大多是标准级焊丝，成分与母材相似。在没有标准等级的焊丝的情况下，可以从母材上切割出窄条来替代。比较常见的焊丝是HS311。这种焊丝液态金属流动性好，凝固收缩小，抗裂性能优良。为了细化焊缝晶粒，提高焊缝的抗裂性和力学性能，通常在焊丝中加入少量的Ti、V、Zr等合金元素作为改性剂。

选择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。选择熔化温度低于母材的焊缝金属，可以降低焊缝金属和热影响区的裂纹敏感性。例如，焊接含硅量0.6%的6061合金时，采用同种合金作为焊缝，裂纹敏感性非常高。

但是，5%硅含量的ER4043焊丝的熔化温度比6061合金低，冷却时塑性更高，因此具有良好的抗裂性。此外，焊缝金属避免了镁和铜的结合，因为Al-Mg-Cu具有较高的裂纹敏感性。

2）焊接接头力学性能

工业纯铝强度最低，4000系铝合金居中，5000系铝合金强度最高。铝硅焊丝虽然抗裂性高，但含硅焊丝塑性差。因此，对于焊后需要塑性变形的接头，应避免使用含硅焊丝。

3）焊接接头的可用性性能

填充金属的选择不仅取决于母材的成分，还与接头的几何形状、操作时对耐蚀性的要求以及焊接件的外观要求有关。例如，为了使容器具有良好的耐腐蚀性或防止储存产品受到污染，储存双氧水的焊接容器需要高纯度的铝合金。在这种情况下，填充金属的纯度必须至少与母材的纯度相当。

(2）焊条

铝合金电极的型号、规格及用途见表2。铝合金电极的化学成分和力学性能见表3。

(3）保护气体

焊接铝合金的惰性气体包括氩气和氦气。氩气的技术要求为Ar＞99.9%、氧气＜0.005%、氢气＜0.005%、水分＜0.02mg/L、氮气＜0.015%。氧和氮的增加使阴极雾化效果恶化。氧气>0.3%会加剧钨电极的燃烧，超过0.1%时，焊缝表面会变暗或发黑。

在氩钨极电弧焊的情况下，交流和高频焊接使用纯氩气，适用于大厚度板；直流正极焊接使用Ar+He或纯Ar。

熔化极氩弧焊时，板厚小于25mm时，采用纯Ar。当板厚为25-50mm时，使用添加10%-35%Ar的Ar+He混合气体。当板厚为50～75mm时，宜使用含10%～35%或50% He的Ar+He混合气体。当板厚大于75mm时，建议加入50%～75% He Ar+He混合气体。

铝合金焊接工艺

1 铝合金气焊

氧-乙炔气焊热效率低，焊接热输入不集中。焊接铝及铝合金时，需使用焊剂，焊后需清除残渣，接头质量和性能不高。由于气焊设备简单，不需要电源，操作方便灵活，常用于焊接对质量要求不高的铝合金部件，如薄板、小零件，以及补焊铝合金部件和铝铸件。

(1）气焊接头形式

气焊铝合金时，不适合搭接接头和T形接头。此类接头难以清除流入间隙的残留焊剂和焊渣。应尽可能使用对接接头。为了确保焊件焊透而不会塌陷或烧穿，可以使用带槽的背板。背板一般由不锈钢或纯铜制成。与垫板焊接可以获得良好的反向成型，提高焊接生产率。 .

(2）气焊剂的选择

铝合金气焊时，为了使焊接过程顺利进行，保证焊缝质量，气焊时需要添加焊剂，去除铝表面的氧化膜等杂质。

气焊焊剂（也称气焊剂）是气焊时的焊剂。其主要作用是去除气焊过程中铝表面形成的氧化膜，提高母材的润湿性，促进获得致密的焊缝组织。铝合金气焊必须使用焊剂。一般焊前将焊剂直接洒在待焊工件的坡口上，或浸在焊丝上加入熔池中。

铝合金助焊剂是钾、钠、钙、锂等元素的亚氯酸盐。它是经粉碎、过筛后按一定比例制成的粉状化合物。例如，铝冰晶石（）可以在1000℃熔化氧化铝，氯化钾可以将难熔的氧化铝转化为可熔的氯化铝。这种焊剂熔点低，流动性好。还可以提高熔融金属的流动性，使焊缝成型良好。

(3）焊嘴和火焰选择

铝合金具有很强的氧化性和吸气性。气焊时，为防止铝被氧化，应采用中性火焰或弱碳化火焰（乙炔过量的碳化火焰），使铝熔池保持在还原气氛的保护下，不被氧化。严禁使用氧化性火焰，因为使用强氧化性火焰会强烈氧化铝，阻碍焊接过程；如果乙炔过多，游离氢可能会溶解到熔池中，促进焊缝气孔的形成，使焊缝松动。

(4）location 焊缝

为了防止焊接过程中焊件的尺寸和相对位置发生变化，焊件需要在焊接前进行点焊。由于铝的线膨胀系数大，热传导速度快，气焊受热面积大，点焊的密度应大于钢件。

用于定位焊的填充焊丝与产品焊接相同。点焊前，应在焊缝间隙涂上一层气体。点焊的火焰功率略大于气焊。

(5）气焊手术

焊接钢材时，加热温度可以从钢材的颜色变化来判断。但在焊接铝材时，就没有这样方便的条件了。由于铝合金从常温加热到熔化时颜色无明显变化，操作人员难以控制焊接温度。但是，可以根据以下现象掌握焊接时机：

1）当被加热工件表面由亮白色变为暗淡银白色时，表面氧化膜起皱，加热处金属波动，说明即将达到熔化温度，可以进行焊接；

2） 使用焊丝末端浸入焊剂和加热处。当焊丝与母材能熔合时，达到熔化温度即可进行焊接；

3）当母材边缘落下时，母材达到熔化温度即可焊接。

左焊法可用于薄板的气焊。焊丝位于焊接火焰之前。这种焊接方法会损失一部分热量，因为火焰指向未焊接的冷金属，有助于防止熔池过热，热影响区的金属晶粒长大和燃烧。穿。母材厚度大于5mm时，可采用正确的焊接方法。焊丝在焊枪后面，火焰指向焊缝。热损失小，穿透深度大，加热效率高。

气焊厚度小于3mm的薄件时，焊枪倾角为20-40°；气焊厚件时，焊枪倾角为40-80°，焊丝与焊枪夹角为80-100°。对于铝合金气焊，接头尽量一次焊一次，不要堆焊第二层，因为第二层会造成焊缝夹渣。

(6）焊后处理

气焊焊缝表面残留焊剂和熔渣引起的铝接头腐蚀是铝接头在以后使用中损坏的原因之一。气焊后1～6小时内，应清除残留焊剂和熔渣，防止腐蚀焊件。焊后清洁程序如下。

1）焊后，将焊件放入40～50℃的热水箱中浸泡。最好用流动的热水刷焊缝和焊缝附近残留焊剂和熔渣的地方。直到清除为止。

2） 将焊件浸入硝酸溶液中。室温25°以上时，溶液浓度为15%-25%，浸泡时间为10-15min。室温10～15℃时，溶液浓度20%～25%，浸泡时间15min。

3） 将焊件放入流动的热水（温度 40-50℃）浴中浸泡 5-10 分钟。

4） 用冷水冲洗焊件 5 分钟。

5） 将焊件自然晾干，或放入烘箱或用热风吹干。

2 铝合金TIG焊（TIG焊）

又称，利用钨极与工件之间形成的电弧所产生的大量热量，将被焊处熔化，并加入填充焊丝，以获得牢固的焊接接头。铝的氩弧焊利用其“阴极雾化”特性自行去除氧化膜。钨极和焊缝区被喷嘴喷出的惰性气体屏蔽保护，防止焊缝区与周围空气发生反应。

TIG焊工艺最适合焊接厚度小于3mm的薄板，工件变形明显小于气焊和手工电弧焊。交流TIG焊阴极具有去除氧化膜的清洁作用，可以去除焊剂，避免焊后残留焊剂和熔渣对接头的腐蚀。接头形式不受限制，焊缝成型好，表面光亮。

氩气流对焊区的侵蚀加速了接头的冷却，改善了接头的结构和性能，适用于全位置焊接。由于不使用助焊剂，焊前清洁要求比其他焊接方法更严格。

焊接铝合金比较合适的工艺方法是交流TIG焊和交流脉冲TIG焊，其次是直流反向TIG焊。一般采用交流焊铝合金时大连焊工招聘旅顺铆工招聘，在载流能力、电弧可控性、清弧效果等方面都能达到最佳配合。因此，铝合金的TIG焊大多使用交流电源。

采用直流正极接法（电极接负极）时，工件表面发热形成深熔深，对一定尺寸的电极可采用较大的焊接电流。即使是厚截面也不需要预热，基材几乎不变形。虽然直流反接（电极接正极）TIG焊接方法很少用于铝材的焊接，但这种方法在连续焊接或补焊管厚低于2.4的薄壁换热器及类似部件时有熔化现象㎜ 深度，弧度容易控制，弧度净化效果好。

(1）铁极

钨的熔点为3410℃，是熔点最高的金属。钨在高温下具有很强的电子发射能力。在钨电极中加入微量稀土元素钍、铈、锆等氧化物后，电子功函数显着降低焊接工艺，载流能力显着提高。在铝合金TIG焊中，钨极作为电极主要起传导电流、引弧和维持电弧正常燃烧的作用。常用的钨材料分为纯钨、钍钨和铈钨。

(2）焊接工艺参数

为了获得优良的焊缝成形和焊接质量，应根据焊件的技术要求合理选择焊接工艺参数。铝合金手工TIG焊的主要工艺参数包括电流类型、极性和电流大小、保护气体流量、钨极伸出长度、喷嘴到工件的距离等。自动TIG焊工艺参数还包括电弧电压（弧长)、焊接速度和送丝速度。

工艺参数根据焊接材料和厚度，首先确定钨电极的直径和形状，焊丝的直径，保护气体和流量，喷嘴直径，焊接电流，电弧电压和焊接速度，然后根据实际焊接效果调整相关参数。直至满足使用要求。

铝合金TIG焊接工艺参数选择要点如下。

1）喷嘴孔径和保护气体流量

铝合金TIG的喷嘴孔径为5～22mm；保护气流量一般为5～15L/min。

2）钨极延伸长度和喷嘴到工件的距离

钨极的延伸长度：对焊一般为5～6mm，角焊一般为7～8mm。喷嘴到工件的距离一般在10mm左右。

3）焊接电流和焊接电压与板厚、接头形式、焊接位置和焊工技术水平有关。

手工TIG焊接采用交流电源，焊接厚度小于6mm铝合金时，最大焊接电流可根据电极直径d根据公式I=(60～65）d. 弧压主要由弧长决定，通常使弧长近似等于钨电极直径是合理的。

4）焊接速度

为减少铝合金TIG焊接时的变形，应采用较快的焊接速度。手工TIG焊一般是指焊工根据熔池的大小、熔池的形状和两侧的熔合情况，随时调整焊接速度。一般焊接速度为8-12m/h；在自动TIG焊接的情况下焊接工艺，设置工艺参数后，焊接过程中焊接速度一般不变。

5）线径

一般由板厚和焊接电流决定，焊丝直径与两者成正比关系。

1）造口的原因

氩气纯度低或氩气管道有水分或漏气；焊前未清理焊丝或母材坡口或清理后被污物、水分等污染；焊接电流和焊接速度过高或过小；熔池保护不良、电弧不稳定、电弧过长、钨极延长线过长等。

预防措施

保证氩气管道，选择仔细清洗焊丝和焊接部位设备制造，清洗后及时焊接，防止再次污染。更新供气管路，选择合适的气体流量，调整钨电极伸出长度；正确选择焊接工艺参数。必要时可采用预热工艺，在焊接现场安装挡风板，防止现场风流。

2）破解原因

焊丝合金成分选择不当；当焊缝中镁含量小于3%，或铁、硅杂质含量超过规定时，裂纹倾向增大；当焊丝熔化温度过高时，会造成；结构设计不合理，焊缝过于集中或加热区温度过高，导致接头约束应力过大；高浊度停留时间长，结构过热；弧坑未填充，出现弧坑裂纹。

预防措施

所选焊丝的成分必须与母材相匹配；加引弧板或使用电流衰减装置填充弧坑；正确设计焊接结构，合理布置焊缝，使焊缝尽可能避免应力集中，选择合适的焊接顺序；适当降低焊接电流或提高焊接速度。

3）缺乏穿透力的原因

焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、坡口角度、焊接电流过小，钝边过大；焊前未清除工件坡口边缘的毛刺和底边的脏物；焊枪与焊丝倾斜角度不对。

预防措施

正确选择间隙、钝边、斜角和焊接工艺参数；加强对氧化膜、焊剂、渣、油的清洗；提高操作技能等

4）焊缝夹钨丝制作原因

接触点火引起；钨极端部形状和焊接电流选择不合理，导致焊嘴脱落；焊丝接触到灼热的钨电极尖端和错误使用氧化气体。

预防措施

采用高频高压脉冲点火；根据选定的电流，使用合理的钨尖形状；减小焊接电流，增大钨极直径，缩短钨极长度；更新惰性气体；提高操作技巧，不要让焊丝接触钨电极等

5）咬边的原因

焊接电流过大，弧压过高，焊枪摆动不均，焊丝过小，焊接速度过快。

预防措施

降低焊接电流和电弧电压，保持焊枪摆动均匀，适当提高送丝速度或降低焊接速度。

3 铸件常规补焊工艺

铝合金铸件的常见缺陷可采用氩弧焊工艺修复，交流TIG焊法修复效果更好。

采用补焊工艺实施铸件缺陷补焊时，除上述一般做法外，如焊前清洗焊丝及工件上待焊部位，选择合理的焊丝材料，并选择应用的短弧和小角度焊丝。除了焊接等关键点外，实践中对于不同类型缺陷的成功经验也有很多值得借鉴，比如尽量选择小电流焊接；

补焊时焊丝的合金成分高于母材，以补充补焊过程中烧损的合金，使焊缝成分与母材一致；对有裂纹缺陷的铸件进行修补前，将两端放置在修补前止裂孔；焊接时，应先将待焊部位加热，采用左焊法填焊丝，便于观察焊缝熔化情况。焊缝熔化后，填充焊丝，形成完全润湿的熔池；

为了提高缺陷尺寸较大时的焊接效率，在传统TIG焊接前，可在焊接位置表面涂一层很薄的表面活性剂（简称ATIG活性剂），活性剂在焊接过程中引起焊接。电弧收缩或熔池中金属流动状态的变化增加了焊缝熔深。铝合金交流TIG焊时，在焊缝表面涂一层SiO2活化剂，改变焊缝熔深，减少预热程序。并降低焊接难度。

6 结束语

铝合金的焊接和补焊通常可以采用方便、低成本的TIG和方法。采用高能束焊、搅拌摩擦焊等新型铝合金焊接工艺时，可有效避免合金元素燃烧、接头软化、焊接变形等问题，特别是搅拌摩擦焊作为固相连接，具有以下特点：绿色环保。

采用常规补焊方法对铝合金铸件的缺陷进行补焊时，为避免出现焊接缺陷，应注意焊前清理、选择合理的焊丝填料和正确的焊接工艺规范。通常推荐使用交流氩弧焊补焊。

当铸件缺陷特殊且条件允许时，可结合实际情况采用特殊补焊方法，提高铝合金铸件补焊质量。

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