二、如何進行鋁及鋁合金的焊接？

鋁及鋁合金材料因具有價廉、質輕及良好的低溫力學和加工性能而被廣泛用于各行各業。鋁及鋁合金的焊接不同于一般黑色金屬的焊接，由于熱導率和比熱容是碳素鋼和低合金鋼的兩倍多，熱導率是奧氏體不銹鋼的十幾倍，因此在焊接過程中，大量的熱量能被迅速傳導到基體金屬內部。焊接鋁及鋁合金時，能量除消耗于熔化金屬形成熔池外，熱量中還要有更多的部分消耗于金屬其他部位。焊接鋁及鋁合金這種消耗于其他部位的能量要比焊接黑色金屬（例如鋼）消耗于其他部位的能量顯著。所以，若想獲得高質量的鋁及鋁合金焊接接頭，焊接方法上就應當盡量采用能量集中、功率大的焊接熱源，方便時盡量采用預熱等工藝措施。

鋁及鋁合金的線膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時的體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大。因此，焊接前就需采取預防焊接變形的措施。鋁及鋁合金焊接冷卻凝固時的體積收縮率較大，焊接熔池凝固時容易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力，為避免焊接生產過程中產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力等，焊接時可采用調整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產生。在耐蝕性允許的情況下，焊接鋁及鋁合金時，可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。

鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點高（2050℃），非常穩定，不易去除，阻礙焊接時母材的熔化和焊絲與母材的熔合，且由于鋁及鋁合金的氧化膜的比重大，不易浮出熔池表面，使焊接中易生成夾渣、未熔合、未焊透等焊接缺陷。鋁及鋁合金焊接中，鋁材的表面及氧化膜容易吸附大量的水分，易使其焊接的焊縫產生氣孔。為避免焊縫中形成氣孔，鋁及鋁合金在焊接前應采用化學或機械方法進行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程也要注意加強保護，防止其氧化。

焊接鋁及其合金可以選用多種焊接方法，幾乎各種焊接方法都可以用于焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同，各種焊接方法有其各自的應用場合。

氣焊和焊條電弧焊方法，設備簡單、操作方便，氣焊可用于對焊接質量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊，焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊（TIG或MIG）方法是應用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越來越廣泛（氬氣或氬/氦混合氣）。

在這些焊接方法中，氬弧焊焊接鋁及其合金被公認是一種方便、焊接成本較低的方法。選用鎢極氬弧焊焊接鋁及鋁合金時，應采用交流電源，采用交流電源焊接鋁及鋁合金可以通過特殊的“陰極霧化”作用，去除其鋁及鋁合金表面的氧化膜。采用氣焊焊接鋁及鋁合金時，可以采用去除表面氧化膜的氣焊溶劑。在焊接厚大板材的鋁及鋁合金時，應注意加大焊接線能量，以保證其構件熔化和結合良好。

氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。作為鎢極，純鎢的熔點和沸點高，不易熔化揮發，電極燒損及尖端的污染較少，但電子發射能力較差。在純鎢中加入1％～2％的氧化釷形成的電極為釷鎢極，電子發射能力強，允許的電流密度高，電弧燃燒較穩定，但釷元素具有一定的放射性，使用時應采取適當的防護措施。否則，焊接時釷鎢極的放射性會危及操作者的健康。在純鎢中加入1.8％～2.2％的氧化鈰（雜質≤0.1％）的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學穩定性高，允許電流密度大，無放射性，是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬，尖端易保持半球形，適用于交流焊接。

鋁及鋁合金的另一個焊接難點是其在液態能溶解大量的氫，而固態鋁及鋁合金幾乎不溶解氫。這使得在焊接鋁及其合金時，在熔池凝固和隨后的快速冷卻過程中，溶解在熔池中的氫來不及溢出而形成氫氣孔。

焊接中，弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來源。因此，焊接鋁及鋁合金時應對氫的來源嚴格控制，以防止氣孔的形成。

焊接鋁及鋁合金時，鋁對光、熱的反射能力較強。焊接過程中在固、液轉變時，由于其表面沒有明顯的色澤和光澤被觀察到，因此焊接操作時很難判斷熔池的溫度。鋁及其鋁合金的高溫支持強度很低，焊接過程中熔池易于產生塌陷，使焊縫容易焊穿。

鋁及鋁合金焊前的清理工作很重要。鋁及鋁合金焊接時，焊前應嚴格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污。鋁及其合金焊前的清除質量直接影響焊接工藝與接頭質量。如，焊縫氣孔產生的傾向和力學性能等直接與焊前清理的好壞有關。鋁及鋁合金清理常用的清理方法有兩種，化學清洗和機械清理。

機械清理多用在工件尺寸較大、生產周期較長、多層焊或化學清洗后又沾污了的情況。機械清理是先用丙酮、汽油等有機溶劑擦拭表面以除油，隨后直接用直徑為0.15～0.2mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷，一直刷到構件表面露出金屬光澤為止。機械清理一般不宜采用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒殘留在金屬表面，導致砂粒在焊接時進入熔池產生夾渣等缺陷。機械清理也可采用刮刀、銼刀等清理待焊表面。

化學清洗是利用化學反應將污垢清除的方法。化學清洗一般情況下效率都很高，質量穩定。但化學清理適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產的工件。化學清洗有浸洗法和擦洗法兩種。

工件和焊絲經過清洗和清理后，在存放過程中會重新產生氧化膜，特別是在潮濕環境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環境中，氧化膜成長得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時間應盡量縮短，在氣候潮濕的情況下，一般應在清理后2h內施焊。清理后如存放時間過長（如超過24h）應當重新處理。

鋁及鋁合金的這些焊接特點決定了其焊接時焊接材料的選擇應該注意以下幾點：

1.焊絲的選擇

鋁及鋁合金焊絲的選用除要考慮良好的焊接工藝性能外，還應考慮容器的使用性能要求和對其焊接接頭的抗拉強度、塑性（通過彎曲試驗）等規定。對含鎂量超過3％的鋁鎂合金還應滿足沖擊韌性的要求，對有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應達到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要考慮下列原則：

（1）純鋁焊絲選擇鋁的純度一般不低于母材；

（2）鋁合金焊絲的化學成分一般與母材相等或相近；

（3）用于耐腐蝕的鋁合金焊絲中的耐蝕元素（鎂、錳、硅等）的含量一般不低于母材；

（4）異種鋁材焊接時，一般應按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲；

（5）不要求耐蝕性的高強度鋁合金（熱處理強化鋁合金）可采用異種成分的焊絲。

2.焊劑的選擇

鋁及鋁合金焊接時，為清除表面氧化、防止熔池氧化和增加金屬的流動性，要采用焊劑。氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物。

3.其他

氬弧焊焊接鋁及鋁合金要采用保護氣體。保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。

鋁及鋁合金焊前最好進行預熱。薄、小鋁件一般可不用預熱，厚度10～15mm時可進行焊前預熱，根據不同類型的鋁合金，預熱溫度可為100℃～200℃。預熱時可用氧-乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。

鋁及鋁合金在高溫時強度很低，液態鋁的流動性能好，在焊接時焊縫金屬容易產生下塌現象。為了保證焊透而又不致塌陷，焊接時常采用墊板來托住熔池及附近金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板表面開一個圓弧形槽，以保證焊縫反面成型。

鋁及鋁合金焊后留在焊縫及附近的殘存焊劑和焊渣等會破壞鋁表面的鈍化膜，有時還會腐蝕鋁件。因此，鋁及鋁合金焊后應及時進行清理。對于形狀簡單、要求一般的工件可以焊后用熱水沖刷或蒸氣吹刷等簡單方法清理。

鋁容器一般焊后不要求熱處理，但是如果所用鋁材在容器接觸的介質條件下確有明顯的應力腐蝕敏感性時，需要在焊后進行熱處理以消除較高的焊接應力，使容器上的應力降低到產生應力腐蝕開裂的臨界應力以下。