焊工理论培训教材

焊工理论培训编制姜英禄第一页，共五十九页。铝合金的焊接

能够掌握铝合金的焊接特点，合理选择焊接材料、焊接工艺，以提高铝合金的焊接质量。第二页，共五十九页。目录第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号二、铝合金的特性第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点二、铝合金焊接方法三、铝合金焊接材料四、铝合金焊接保护气体五、铝合金TIG焊用钨极六、铝合金对接焊坡口七、焊前准备及焊后处理八、铝合金的焊接工艺第三节铝合金的工艺评定一、相关标准二、试板铝合金的焊接第三页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号第四页，共五十九页。第一节铝合金概述铝及铝合金变形铝工业纯铝热处理强化铝合金铸造铝合金非热处理强化铝合金（防锈铝合金）Al-Mg合金Al-Mn合金锻铝Al-Cu-Mg-Si合金硬铝Al-Cu-Mg合金Al-Cu-Mn合金超硬铝Al-Zn-Mg-Cu合金一、铝合金的分类和牌号第五页，共五十九页。第一节铝合金概述工业纯铝1A85、1050A、1060和1200。Al-Cu合金2014。Al-Mn合金3003和3004。Al-Si合金4003Al-Mg合金5A02、5A03、5A05、5052、5058和5086。Al-Mg-Si合金6A02、6061和6063。Al-Zn-Mg-Cu合金7系一、铝合金的分类和牌号第六页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号第七页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号第八页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号第九页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号第十页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号非热处理强化铝合金第十一页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号热处理强化铝合金第十二页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号热处理强化铝合金第十三页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号热处理强化铝合金第十四页，共五十九页。第一节铝合金概述一、铝合金的分类和牌号热处理强化铝合金第十五页，共五十九页。第一节铝合金概述二、铝合金的特性第十六页，共五十九页。第一节铝合金概述二、铝合金的特性

铝（Al）的密度为2.7g/cm3，比铜轻2/3，铝为银白色的轻金属，熔点为658℃，电导率仅次于金、银、铜而位居第四位。纯铝具有面心立方点阵结构，没有同素异构转变，塑性好，无低温脆性转变，但强度低。铝合金的线胀系数较大。

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铝在空气和氧化性水溶液介质中，其表面较易产生致密的氧化铝钝化膜，它在一些氧化性介质中具有良好的耐蚀性。在高温浓硝酸中，纯铝的耐蚀性优于不锈钢。铝材常作为耐蚀容器材料。第十八页，共五十九页。第一节铝合金概述二、铝合金的特性

对一些腐蚀性不太强，但要求防铁污染的介质，如化纤生产介质等，铝有较好的耐蚀性，而且没有铁污染物料，因此，铝材常作为防铁污染的容器的材料。其他有色金属容器也能防铁污染，但铝最便宜第十九页，共五十九页。第一节铝合金概述二、铝合金的特性

铝是面心立方晶格，没有同素异构体，低温下不存在像铁素体钢那样的脆性转变，铝容器的最低设计温度可达-269℃。铝材常作为低温容器的材料。铝镁合金中的镁含量较高时，会以金属间化合物Mg2Al3和Mg5Al8在晶间析出，使铝镁合金在某些介质中产生应力腐蚀敏感性，只有在65℃以下使用才不会产生应力腐蚀，因此含镁量超过了3％的铝镁合金规定设计温度不超过65℃。析出相过多也会降低冲击韧性，因此含镁量超过3％的铝镁合金及其焊接接头应检验冲击韧性。其他铝和铝容器，包括低温铝容器均不要求进行冲击韧性检验第二十页，共五十九页。第一节铝合金概述二、铝合金的特性

由于铝镁硅合金固溶时效状态强度高，塑性也较好，焊接性好，焊接接头在焊后状态仍能保持较高的强度，因而常用作容器用高强度铝合金。铝，特别是纯铝的规定非比例伸长应力很低，在小的载荷下即会产生塑性变形。铝容器在使用与运输时，应留意碰撞变形第二十一页，共五十九页。第一节铝合金概述二、铝合金的特性

为了得到好的塑性，纯铝、铝锰合金和铝镁合金的变形铝材都只在退火状态或热作状态使用，不采用冷作状态。热作状态铝的焊接接头，焊接热对热影响区有退火作用，因而其许用应力也只取退火状态铝材的许用应力。只有铝镁硅合金和铝铜合金的铝材才采用固溶时效状态，以保证其高强度。第二十二页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点由于铝合金的化学性质非常活泼，热导率很大，容易造成铝合金产生未熔合缺陷，在焊接生产中的主要问题有以下几个：主要问题1.铝的比热和热导率比钢大2.线膨胀系数较大3.铝和氧的亲和力大4.容易产生气孔5.铝合金熔化时无色泽变化6.焊接热裂纹7.焊接接头的等强性8.焊接接头的耐蚀性第二十三页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点

铝在空气中及焊接时极易氧化，天生的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易往除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易天生夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。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。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，往除氧化膜。气焊时，采用往除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。第二十四页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点

铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为明显，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。第二十五页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点

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，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时轻易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中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。在耐蚀性答应的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，活动性明显进步，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5％～6％时可不产生热裂，因而采用SAlSi條(硅含量4．5％～6％)焊丝会有更好的抗裂性。第二十六页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点

铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的光彩变化，焊接操纵时判定难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，轻易焊穿。第二十七页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点

铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。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，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。第二十八页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。第二十九页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点

母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。第三十页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺一、铝合金的焊接特点铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。第三十一页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺二、铝合金的焊接方法第三十二页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺三、铝合金焊接材料

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。因而焊丝的选用主要按照下列原则：

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，如抗裂性好的铝硅合金焊丝SAlSi一1等(留意强度可能低于母材)。第三十三页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺三、铝合金焊接材料第三十四页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺三、铝合金焊接材料第三十五页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺三、铝合金焊接材料第三十六页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺三、铝合金焊接材料第三十七页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺四、铝合金焊接用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<25mm时宜用氩气；板厚25mm～50mm时氩气中宜添加10％～35％的氦气；板厚50mm-75mm时氩气中宜添加l0％～35％或50％的氦气；当板厚>75mm时推荐采用添加50％～75％氦气的氩气。氩气应符合GB／T4842?995《纯氩》的要求。氩气瓶压低于0.5MPa后压力不足，不能使用第三十八页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺四、铝合金焊接用保护气体第三十九页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺五、铝合金TIG焊用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，电极烧损及尖真个污染较少，但电子发射能力较差。在纯钨中加进1％～2％氧化钍的电极为钍钨极，电子发射能力强，答应的电流密度高，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。在纯钨中加进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，答应电流密度大，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。第四十页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺五、铝合金TIG焊用钨极第四十一页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺五、铝合金TIG焊用钨极第四十二页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺六、铝合金的焊前准备及焊后清理（1)机械清理先用有机溶剂（汽油或丙酮）擦拭待焊处的表面，细铜丝刷或不锈钢丝刷、各种刮刀，将待焊处的表面刷净。机械清理方法主要适用：去除铝合金表面的氧化膜、各种锈蚀在铝合金表面的污染，以及在轧制生产过程中产生的氧化皮等。常用于大尺寸的焊件表面、焊接生产周期较长、多层焊接、以及经过化学清理后又被污染的焊件清理。1.焊前清理焊前清理主要有机械清理和化学清理两种方法。第四十三页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺六、铝合金的焊前准备及焊后清理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第四十四页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺六、铝合金的焊前准备及焊后清理1.焊前清理（1)化学清理化学清洗效率高，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往油，用40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液碱洗3min～7min(纯铝时间稍长但不超过20min)，活动净水冲洗，接着用室温至60℃的30％HNO3溶液酸洗1min～3min，活动净水冲洗，风干或低温干燥。第四十五页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺六、铝合金的焊前准备及焊后清理1.焊前清理纯铝6～1040～5010～20230室温2～32风干或100～150铝合金6～1050～703～7230室温2～32风干或100～150被清洗材料（1)化学清理第四十六页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺六、铝合金的焊前准备及焊后清理1.焊前清理（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、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为0.15mm～0.2mm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，焊接时进进熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。机械清理方法主要适用：去除铝及铝合金表面的氧化膜、各种锈蚀在铝及铝合金表面的污染，以及在轧制生产过程中产生的氧化皮等。常用于大尺寸的焊件表面、焊接生产周期较长、多层焊接、以及经过化学清理后又被污染的焊件清理。第四十七页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺七、铝合金的焊前准备及焊后清理1.焊前清理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，特别是在湿润环境下，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，在天气湿润的情况下，一般应在清理后4h内施焊。清理后如存放时间过长(如超过24h)应当重新处理。第四十八页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺2.焊接垫板

在焊缝的背面用垫板来托住熔化、软化的铝合金焊件，垫板的材料有不锈钢、石墨和碳钢等。

铝及铝合金在高温时强度很低，液态铝的活动性能好，在焊接时焊缝金属轻易产生下塌现象。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四周金属。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。也可以不加垫板单面焊双面成型，但要求焊接操纵熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等先进工艺措施七、铝合金的焊前准备及焊后清理第四十九页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺薄、小铝件一般不用预热，厚度10mm～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℃，可用氧一乙炔焰、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.焊前预热鉴别温度的方法用TEMPILSTIK温度测试蜡笔用氧乙炔火焰的强碳化焰喷焊件的待焊处七、铝合金的焊前准备及焊后清理第五十页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺4.焊后清理

焊后清理焊后留在焊缝及四周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。外形简单、要求一般的工件可以用热水冲洗或蒸气吹刷等简单方法清理。要求高而外形复杂的铝件，在热水中用硬毛刷洗擦后，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5min～10min，并用硬毛洗擦刷，然后在热水中冲洗擦涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然干燥。七、铝合金的焊前准备及焊后清理第五十一页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺4.焊后清理

焊后热处理铝容器一般焊后不要求热处理。假如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。如需焊后退火热处理，对于纯铝、5052、5086、5154、5454、5A02、5A03、5A06等，推荐温度为345℃；对于2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等，推荐温度为415℃；对于2017、2A11、6A02等，推荐温度为360℃，根据工件大小与要求，退火温度可正向或负向各调20℃～30℃，保温时间可在0.5h～2h之间。七、铝合金的焊前准备及焊后清理第五十二页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺（1）点焊和缝焊的工艺要点点焊和缝焊的工艺要点1）多用于搭接接头，厚度在4mm以下，间隙每100mm长，间隙不大于0.3mm。2）采用锻压和二次脉冲电流的焊接参数3）铝合金板材各个焊点之间，要有间隙。(铝合金点焊最小的搭边宽度、焊点间距和排间距见表3-21。)4）点焊刚度较大的焊件时，焊前应对焊件采取预压力的措施。5）塑性较好的合金焊接时，应采用小的焊接压力。6）适当增加焊接压力和焊接时间，可以防止焊接飞溅。7）铝合金焊接时，滚盘电极的压力与焊接同样厚度的低碳钢的压力接近，焊接速度比钢的焊接速度低，并且随着焊件的厚度的增加而减小。8）铝合金焊前进行清理后，在空气中存放时间不要过长。9）缝焊参数的选择原则上与点焊相同，但是，缝焊尽量选用硬参数，即：缝焊的电流比点焊的电流要大20%～30%、通电时间要减小30%～50%、而电极压力要增大10%～25%。八、铝合金的焊接工艺第五十三页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺八、铝合金的焊接工艺1.氩弧焊（TIG焊）(2)熔化极氩弧焊工艺要点焊接电流大，热量集中，熔深大，焊接速度相应地增加，生产率比手工钨极氩弧焊提高近20倍，适用于中等厚度较规则的纵焊缝、环焊缝及平焊位置的铝合金的焊接。

(3)焊接参数手工钨极氩弧焊接参数见表3-18。纯铝、铝镁合金焊接参数见表3-19。纯铝、铝镁合金、硬铝自动熔化极氩弧焊的焊接参数见表3-20。第五十四页，共五十九页。第二节铝合金的焊接特点及工艺八、铝合金的焊接工艺2.氩弧焊（TIG焊）(1)手工钨极氩弧焊工艺要点

手工钨极氩弧焊（手工TIG焊）焊接方法适用于焊接0.5～5.0mm的铝合金焊件，机械化钨极氩弧焊可以焊接1～12mm的环缝或纵缝。

1）引弧要点：铝合金手工钨极氩弧焊时，采用脉冲引弧或高频震荡器引弧，不允许在焊件上直接引弧，可先在石墨板或铝板上引燃电弧，然后等到电弧燃烧稳定后，再将焊接电弧引入焊接区。

2）焊接操作要点：用手工钨极氩弧焊焊接铝合金时，通常采用左焊法，即焊接电弧自右向左移动，焊枪应该平稳而匀速向前做直线运动，弧长稳定，保持短弧焊接。刚开始焊接时，焊枪从距焊件端部15～25mm处，采用右向焊法焊接至始焊端，然后再采用左向焊法从始焊端开始正式焊接