鋁及鋁合金常用焊接材料與被焊材料1焊接保護氣體1.1保護氣體類型在鋁及鋁合金的氬弧焊中，焊接材料主要指焊絲、保護氣體（氬氣、氬氣和氦氣的混合氣）等。1.1.1氬氣氬氣（Ar）是惰性氣體，既不與金屬起反應又不溶于液態金屬，同時能量損耗低，電弧燃燒穩定。在TIG焊和MIG焊中都能保證沒有飛濺或最小飛濺。由于其密度比空氣大，所以保護效果非常好。對氬氣純度的要求：在生產實際中，鋁合金焊接時，氬氣的純度應大于99.9%以上，其中雜質氧和氫含量小于0.005%，氮含量小于0.015%，水分控制在0.02mg/L以下。否則就會造成合金元素燒損，焊縫出現氣孔，表面無光澤、發渣或發黑，成形不良等現象。此外，還會影響電弧的穩定性，導電嘴回燒頻率加大，使焊絲與母材熔合不好。焊接鋁合金薄板時，主要使用純氬氣保護，這主要是因為純氬氣保護時的熱輸入量較小、熔深淺的原故。1.1.2氦氣氦氣（He）也是惰性氣體，焊接過程中，吸熱小，熔池停留時間長，因此氦氣保護焊接時氣孔傾向小。但由于純氦氣保護焊接時，電弧穩定性差、短路過渡形式等缺點，故一般不單獨使用。1.1.3氬－氦混合氣體采用氬氣保護時，可使熔滴過渡非常穩定，但采用氬氣和氦氣混合氣體可改善熔深和抗氣孔性能。采用氦氣混合氣可降低預熱所需費用或者甚至不用預熱。氬－氦混合氣體，其組成為70％的氬氣和30％的氦氣。使用氬氦混合氣體的優勢在于它綜合了兩種保護氣體的優點，既氬氣的電弧穩定、能形成射流過渡、保護效果好以及氦氣的熱輸入量大、抗氣孔能力強。如果用于大厚度鋁合金板材的焊接或散熱系數更大的銅合金的焊接時，可以增加氦氣的含量，常用的氦氣加入量為50％和70％。目前市場上已經開始使用含有微量O2或N2的氦氬混合氣體，其組成通常為1.5%氮氣（或氧氣）、30％氦氣、其余為氬氣。雖然O2或N2不能改善焊透性能，但電離狀態下，屬于發熱氣體，可以進一步增加焊接熱輸入量，減小預熱溫度，改善焊縫成型。1.2焊接保護氣體成份對焊接效果的影響當進行鋁及鋁合金焊接時，焊接保護氣體的選擇對生產效率和最終焊縫質量都有著重要影響。由于鋁合金對氫氣和氧氣的高敏感性，因此要采用氬氣和氦氣做保護氣體。由于成本問題,氬氣是鋁合金焊接最廣泛使用的保護氣體，但是使用氦、氬混合氣體也另有優點,在重要結構中,要選擇使用。這些優點包括：（1）增加熔深和改善焊縫成形；（2）提高焊接速度；（3）可焊接厚度范圍大；（4）降低預熱溫度；（5）減少氣孔等焊接缺陷。焊接保護氣體在不同的條件下，按如下原則使用：氬氣一般焊接工作保護氣體。氬氣70/He30可以減少氣孔性，在中厚壁焊接中，廣泛采用。氬氣50/He50適合更大壁厚。純氬氣保護焊接鋁合金時，噪音小，金屬過渡穩定，但是在焊透性和氫感應氣孔方面不如氬氦混合物。當提高氦、氬混合氣體中氦的含量時，焊縫熔深將會從較圓的形狀變為狹窄的指狀。也會使焊縫余高降低、熔深增加。對于任何厚度的材料，都可以通過向氬氣中添加氦氣來提高焊接速度。含氦成分越高，所需相同電弧長度的弧電壓越高。使用含氦較高的混合氣所產生的高熱量輸入也促進了對較厚工件的焊接。然而，除了自動焊以外，高氦含量的混合氣通常不推薦使用在厚度小于3mm的材料上。氦氣流量越高，焊縫的寬度越寬和越平坦。焊縫不再是“手指形狀”了，當它與氬氣結合時，反而形狀變得更圓、更深。更合理的焊透性能可以保證電弧熔透焊根區，并允許更快的焊接速度。表1-1說明了氣體成份對表面成型的影響。表1-1在氬氣保護焊接鋁合金的過程中，增加氦氣比例對其它因素的影響保護氣體的成分100%Ar________100%He電弧性能越來越平滑焊縫寬度增加焊縫的平坦性焊縫外觀波紋越來越細焊透變成更深、更圓焊接速度焊接速度增加熔化缺陷的傾向越來越低氣孔傾向降低預熱能減少或完全免除預熱溫度控制加工件變得更熱，必須補償溫度控制，加快焊接速度保護氣體成本增加1.3焊接保護氣體流量對焊接效果的影響高質量MIG焊接所需要的惰性氣體流量是由多種因素決定的：焊槍的型號、焊接電流、焊槍噴嘴的直徑、接頭設計、焊接位置、焊接速度和焊接區域內的氣體擴散度。最后一個因素很大程度上影響到氣體的使用方法和焊接的質量。當進行焊接時，用防風材料對焊接區域提供保護，以防止空氣混入惰性保護氣體是必要的。通常來講，氦氣保護的流量要大于氬氣保護的流量。1.3.1保護氣體的消耗（氬氣）短路過渡電弧：12-15l/min噴射脈沖電弧：15-20l/min1.3.2對于混合氣體，應用如下流量參考數據：保護氣體類型最小流動速度Ar70/He3020l/minAr50/He5028l/minAr30/He7035l/min100%He40l/min氦氣流量越高，促進排氣越快，需要更高的熱量輸入。在同等焊接條件下，氦氣流量比氬氣高許多。2焊接填充材料2.1焊接填充材料的選擇在鋁合金焊接中，焊縫金屬的組織成份決定著焊縫的強度、塑性、抗裂性、耐蝕性等。因此，合理選擇焊絲（填充材料）是十分重要的。選擇焊絲時必須首先考慮基本金屬的成份、產品的具體要求及施工條件，除了應滿足接頭機械性能、耐腐蝕性能外，還應考慮結構的剛性及抗裂性等問題。選擇焊絲通常基于以下幾方面因素：(1)與母材的化學成分相兼容，例如：焊接裂紋傾向；(2)焊縫力學性能要求（需要將焊接熱影響區和焊縫金屬性能統一計算）；(3)焊接部件或構件的后續處理，例如表面處理，陽極氧化和表面裝飾拋光；(4)焊縫要求的抗腐蝕能力；(5)最佳焊接性。最終的選擇將根據產品實際需要，在上述幾方面做綜合平衡。表2-2提供了各類（1類、3類、4類、5類）鋁合金焊絲的相關信息,表2-1推薦了若干條件下鋁合金焊絲的選擇建議和問題分析，表2-3給出了常見鋁合金焊絲和母材匹配關系。表2-1鋁合金焊絲相關信息類別型號化學成分代號備注1XXXSAL1450SAL1080AA199.5TiA199.8Ti通過晶界強化降低了焊縫金屬的裂紋傾向。3XXXSAL3103AlMn14XXXSAL4043ASAL4046SAL4047ASAL4018AlSi5AlSi10MgAlSi12(A)AlSi7Mg該成份焊絲在陽極氧化或暴露于空氣中時會變成暗灰色,其強度會隨Si的增加而提高。該種焊絲焊接后的焊縫顏色和基體金屬之間有色差問題。這種專門應用在預防由于高稀釋及高收縮而形成的凝固裂紋,常用于鑄件焊接。5XXXSAL5249SAL5754SAL5556ASAL5183SAL5087SAL5356AlMg2Mn0.8ZrAlMg3AlMg5.2MnAlMg4.5Mn0.7(A)AlMg4.5MnZrAlMg5Cr(A)當良好抗腐蝕性和顏色匹配是重要要求時，焊絲的Mg含量必須和母材搭配。Mg含量過高、過低均會造成陽極化后的焊縫色差當焊縫金屬要求屈服強度、延伸率為重要指標時，應使用含Mg量為4.5%至5%的焊絲。Cr和Zr通過晶界強化降低了焊縫金屬的裂紋傾向。Zr降低熱裂傾向。表2-2鋁合金焊絲的選擇母材Al414AlMn4或5143或434AlMg<1%a4或514444444AlMg3%4或55b4或555b或3455b455b5AlMg5%c555555555555555AlMgSid4或5544或5544或5545545545或454AlZnMg555555555555555555555AlSiCu<1%e,f444444444444444444444444AlSiMge444444444444444444444444444AlSiCue,f444444444444444444444444444444AlCucNrgNrgNrgNrgNrg444444444444444NrgNrg4母材AlAlMnAlMg<1%AlMg3%AlMg5%AlMgSiAlZnMgAlSiCu<1%AlSiMgAlSiCuAlCu注1：當母材的Mg含量≥2%，使用型號為AlSi5或AlSi10焊絲焊接時，過多的Mg2Si會在焊接熔合線處沉淀析出，從而使焊縫產生脆化現象。這種母材和焊絲的組合不推薦在承受動載荷或沖擊載荷的結構使用。如果這種搭配不可避免，應該使用AlMg5或AlSi5型焊絲。注2：表中母材取決于化學成分，而與材料形式無關。注3：每欄焊絲類別的選擇出于以下考慮第一行：最佳力學性能；第二行：最佳耐腐蝕性能；第三行：最佳焊接性能。a 在無焊絲焊接的條件下，這種合金極易形成凝固裂紋。這種情況下，可通過壓緊夾具或在熔池內提高Mg含量為3%以上的方法來預防。b 表4-2中的5類焊絲在Mg含量≤3%時具有較好的抗晶間腐蝕或應力腐蝕性能，在有潛在晶間腐蝕或應力腐蝕的環境中，焊絲金屬中Mg含量應等于或不明顯超過母材的Mg含量。c 在確定的環境條件下，如溫度范圍≥65℃，含Mg量＞3%的鋁合金可能易產生晶間腐蝕或應力腐蝕。這種易腐蝕性隨含Mg量或冷作硬化程度的提高而升高。應該考慮到這種焊縫稀釋帶來的耐腐蝕性能降低的影響。d 這類合金不推薦采用不填充焊絲的自熔焊（如TIG焊），因為這樣易形成凝固裂紋。e 焊絲中Si含量的選擇應該與鑄態母材金屬嚴格搭配。f 當鑄造鋁合金為壓鑄件時，由于氣體含量較高而不適合焊接。g 不推薦與母材金屬不匹配。7最好用nr焊接可以獲得最好的效果。表2-3常用填充金屬和母材匹配表：iAlMg5Al99.5AlMg4.5MnAlMg3AlMg5AlZn4.5MgAlCuMg54.5Mg22.2不同焊絲的接頭耐腐蝕性2.3焊絲的使用注意事項2.3.1儲存對于不同的工作來說，選擇正確的焊絲（填充金屬）是十分重要的。需要特別注意的是焊接所使用的焊絲必須是干凈的。如果焊絲被油、油脂、灰塵或車間的煙塵所污染則會導致焊接不牢固。使用剛剛從包裝箱中取出的焊絲進行焊接，可以達到最好的焊接效果。焊絲應當置于溫暖、干燥的地方遮蓋保存。如果在焊絲沒有用完時停止焊接，那么應當將焊絲取下并放回其原包裝箱中，防止可能對其造成的污染。對包裝箱進行遮蓋，有助于保護焊絲不受污染。2.3.2焊絲輸送裝置由于鋁焊絲比較軟，焊槍中的送絲軟管要用塑料或特氟綸制成的專用軟管，焊接鋼結構所用的彈簧軟管不適合鋁焊。對于