二、如何进行铝及铝合金的焊接？

铝及铝合金材料因具有价廉、质轻及良好的低温力学和加工性能而被广泛用于各行各业。铝及铝合金的焊接不同于一般黑色金属的焊接，由于热导率和比热容是碳素钢和低合金钢的两倍多，热导率是奥氏体不锈钢的十几倍，因此在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部。焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属形成熔池外，热量中还要有更多的部分消耗于金属其他部位。焊接铝及铝合金这种消耗于其他部位的能量要比焊接黑色金属（例如钢）消耗于其他部位的能量显著。所以，若想获得高质量的铝及铝合金焊接接头，焊接方法上就应当尽量采用能量集中、功率大的焊接热源，方便时尽量采用预热等工艺措施。

铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大。因此，焊接前就需采取预防焊接变形的措施。铝及铝合金焊接冷却凝固时的体积收缩率较大，焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力，为避免焊接生产过程中产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力等，焊接时可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，焊接铝及铝合金时，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。

铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高（2050℃），非常稳定，不易去除，阻碍焊接时母材的熔化和焊丝与母材的熔合，且由于铝及铝合金的氧化膜的比重大，不易浮出熔池表面，使焊接中易生成夹渣、未熔合、未焊透等焊接缺陷。铝及铝合金焊接中，铝材的表面及氧化膜容易吸附大量的水分，易使其焊接的焊缝产生气孔。为避免焊缝中形成气孔，铝及铝合金在焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程也要注意加强保护，防止其氧化。

焊接铝及其合金可以选用多种焊接方法，几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。

气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便，气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊，焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）。

在这些焊接方法中，氩弧焊焊接铝及其合金被公认是一种方便、焊接成本较低的方法。选用钨极氩弧焊焊接铝及铝合金时，应采用交流电源，采用交流电源焊接铝及铝合金可以通过特殊的“阴极雾化”作用，去除其铝及铝合金表面的氧化膜。采用气焊焊接铝及铝合金时，可以采用去除表面氧化膜的气焊溶剂。在焊接厚大板材的铝及铝合金时，应注意加大焊接线能量，以保证其构件熔化和结合良好。

氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。作为钨极，纯钨的熔点和沸点高，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％的氧化钍形成的电极为钍钨极，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。否则，焊接时钍钨极的放射性会危及操作者的健康。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。

铝及铝合金的另一个焊接难点是其在液态能溶解大量的氢，而固态铝及铝合金几乎不溶解氢。这使得在焊接铝及其合金时，在熔池凝固和随后的快速冷却过程中，溶解在熔池中的氢来不及溢出而形成氢气孔。

焊接中，弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，焊接铝及铝合金时应对氢的来源严格控制，以防止气孔的形成。

焊接铝及铝合金时，铝对光、热的反射能力较强。焊接过程中在固、液转变时，由于其表面没有明显的色泽和光泽被观察到，因此焊接操作时很难判断熔池的温度。铝及其铝合金的高温支持强度很低，焊接过程中熔池易于产生塌陷，使焊缝容易焊穿。

铝及铝合金焊前的清理工作很重要。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。铝及其合金焊前的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直接与焊前清理的好坏有关。铝及铝合金清理常用的清理方法有两种，化学清洗和机械清理。

机械清理多用在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污了的情况。机械清理是先用丙酮、汽油等有机溶剂擦拭表面以除油，随后直接用直径为0.15～0.2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷，一直刷到构件表面露出金属光泽为止。机械清理一般不宜采用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒残留在金属表面，导致砂粒在焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。机械清理也可采用刮刀、锉刀等清理待焊表面。

化学清洗是利用化学反应将污垢清除的方法。化学清洗一般情况下效率都很高，质量稳定。但化学清理适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。化学清洗有浸洗法和擦洗法两种。

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2h内施焊。清理后如存放时间过长（如超过24h）应当重新处理。

铝及铝合金的这些焊接特点决定了其焊接时焊接材料的选择应该注意以下几点：

1.焊丝的选择

铝及铝合金焊丝的选用除要考虑良好的焊接工艺性能外，还应考虑容器的使用性能要求和对其焊接接头的抗拉强度、塑性（通过弯曲试验）等规定。对含镁量超过3％的铝镁合金还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。因而焊丝的选用主要考虑下列原则：

（1）纯铝焊丝选择铝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等或相近；

（3）用于耐腐蚀的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，一般应按耐蚀较高、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.焊剂的选择

铝及铝合金焊接时，为清除表面氧化、防止熔池氧化和增加金属的流动性，要采用焊剂。气焊用焊剂为钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物。

3.其他

氩弧焊焊接铝及铝合金要采用保护气体。保护气体为氩气、氦气或其混合气。

铝及铝合金焊前最好进行预热。薄、小铝件一般可不用预热，厚度10～15mm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℃。预热时可用氧-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。

铝及铝合金在高温时强度很低，液态铝的流动性能好，在焊接时焊缝金属容易产生下塌现象。为了保证焊透而又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔池及附近金属。垫板可采用石墨板、不锈钢板、碳素钢板、铜板或铜棒等。垫板表面开一个圆弧形槽，以保证焊缝反面成型。

铝及铝合金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。因此，铝及铝合金焊后应及时进行清理。对于形状简单、要求一般的工件可以焊后用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理。

铝容器一般焊后不要求热处理，但是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时，需要在焊后进行热处理以消除较高的焊接应力，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。