铝及铝合金在现代工程技术所用的各种材料中占有举足轻重的地位，它在世界年产量仅次于钢铁而居第二位，在有色金属中则居位。如果说铝合金初是在航空工业中崭露头角的话，那么近几十年来，除航空工业外，在航天、汽车、船舶、桥梁、机械制造、电工、化学工业及低温装置中已大量应用铝及铝合金，以制造各种部件、油箱、耐蚀容器及导线等。目前铝合金焊接结构中应用广的是防锈铝合金，即铝镁合金和铝锰合金。
▷保护气体的选择◁
焊接时所用的保护气体有惰性气体氩气（Ar）和氦气（He），生产上普遍使用氩气。用于焊接铝及铝合金的氩气满足下列纯度（体积分数）要求：氩气大于99.99%，氦气小于0.04%，氧气小于0.03%，水的质量分数小于0.07%。目前国内生产的氩气，其纯度一般能达到此要求，故在使用前不需再进行提纯处理。
▷钨电极的选用◁
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，不容易熔化挥发，但电子发射能力比钍钨、铈钨要差。在纯钨中加入质量分数为1.0%~2.0%的氧化钍（Tho）电极称为钍钨极。它的电子发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧稳定。
▷溶剂的选择◁
在气焊、碳弧焊过程中，熔化的金属表面极易氧化而形成氧化膜，为焊接质量，用熔剂去除氧化膜及其他杂质。气焊、碳弧焊用的熔剂是各种钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
▷焊丝的选用◁
在铝合金材料的焊接过程中，铝合金用焊丝的选用至关重要，选取前应该了解以下内容：
•是否所有的铝合金材料都可用作焊接填充合金？
•是否所有的铝合金都可以焊接？
•应避免发生的缺陷有哪些？
•如何选择焊接填充合金？
•选择时应当考虑的标准是什么？
▷铝合金系列需要了解◁
选择什么样的焊丝？
一种母材可以用多种铝合金焊材完成焊接 ，如5083-5083的焊接：可用 5356，5183，5556 等焊丝。但是每一种焊丝得到的焊接接头可能只能在某一个性能方面是佳的。选择佳的焊丝时，主要应考虑焊接件的终使用性能。整体来说，主要考察以下几个性能指标：
总之，选择铝合金焊丝过程中，只有在对铝件焊接及其应用中的许多相关变量进行了充分分析后，才能选择出合适的合金填料。
气孔产生原因：铝焊接气孔主要是氢进入焊接熔池而形成的。氢来源有：材料、焊丝、保护气体、送丝机构、焊工的手套和环境湿度太高等，如焊丝被污染、材料及焊丝本身的氧化膜、送丝机构上有油污或汗渍等。预防措施：
6.1.1材料及焊丝内的含氢量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面应去除油污及氧化膜，存放时间不超过4h。表面清理后应用干燥、洁净、不起毛的物件覆盖坡口及两侧；
6.1.3 焊丝尽量使用抛光焊丝，不然处理方法同上；
6.1.4 保护气体内杂质含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保护气体管路：一般采用不锈钢管或铜管，软管采用塑料管而不能用橡胶等易吸水的软管；焊前应检查冷却水管道，确保不会漏水；当环境湿度很大时，应对保护气体进行加热对管路进行吹扫；
6.1.6 送丝机构：不得有油污，送丝管采用聚四氟乙烯管或尼龙，并焊前清理管内污染和冷凝水；
6.1.7现场环境：温度不宜超过25℃，相对湿度不超过50%，保持环境清洁；
6.1.8焊工：工作服装尽量是白色的，以便能及时发现和清理污染。焊时注意汗水和油渍不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都应在试板上试焊，以便检查保护气体和管路是否合格。
6.1.10 焊接工艺上预防措施：用双面焊代替单面焊；每道焊缝薄时比厚时有利于气孔逸出；大直径焊丝有利于减少气孔；焊前预热、焊后缓冷；降低电弧电压、电流、降低焊接速度，有利于减少气孔。
6.2 裂纹产生原因：材料焊接性较差；选择焊丝时没考虑抗裂性；结构的拘束度过大。预防措施：
6.2.1 对焊接性较差的铝材在焊接前应考虑其抗裂性而不能只考虑强度；必要时可考虑对焊件进行退火后焊接，焊后再淬火时效。
6.2.2 选择抗裂纹性好的焊丝，如含Si等低熔点元素的焊丝。
6.2.3 尽量减少焊接接头的拘束度，合理安排焊接顺序，让焊缝能够有横向收缩余量，以减小焊接应力。没有必要定位焊的就不要焊定位焊，能双面定位焊的就不要单面定位焊。
6.2.4 尽量面焊为双面焊。
探伤要求：
1.封头拼缝焊后应进行RT，成形后再按规定RT或PT。
2.A、B类焊缝一般进行RT。
3.容器上的C、D类焊接接头进行PT。
4.铝材表面补焊焊缝进行PT。
5.铝卡具和拉筋的临时固定连接焊缝拆除后的焊痕等进行PT。
6.其他图样要求探伤的部位。
表1 同牌号铝焊接用焊丝
同牌号母材牌号
焊 丝
同牌号母材牌号
焊 丝
1060
SAL-3
5052
SAlMg-1
1050A
SAL-3
5A02
SAlMg-1
5A03
SAlMg-2
1200
SAL-1
5083
SAlMg-3
3003
SAlMn
5A05
SAlMg-5
3004
SAlMn
6061
SAlMg-1
SAlMg-5
SAlSi-1
表2 异种铝焊丝焊接用焊丝
异种母材
焊 丝
纯铝+铝锰合金
SAlMn
纯铝、铝锰合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5
纯铝、铝锰合金+5A03
SAlMg-2
纯铝、铝锰合金+5083、5086
SAlMg-3
纯铝、铝锰合金+5A06、5A05
SAlMg-5
表3 针对不同的材料和性能要求选择焊丝
材 料
按不同性能要求推荐的焊丝
要求高强度
要求高延性
要求焊后阳极化后颜色匹配
要求高强度
要求焊接时裂纹倾向低
1100
SAlSi-1
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1
2A16
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
SAlCu
3A21
SAlMn
SAl-1
SAl-1
SAl-1
SAlSi-1
5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
5A05
LF14
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
5083
ER5183
ER5356
ER5356
ER5356
ER5183
5086
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
6A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1
6063
ER5356
ER5356
ER5356
SAlSi-1
SAlSi-1
7005
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180
7039
ER5356
ER5356
ER5356
ER5356
X5180
注：ER铝焊丝为美国标准ANSI/AWS A5.10。
表4 一般用途焊接时焊丝选用
母材之一
母材之二
7005
6A02
6061
6063
5083
5086
5A05
5A06
5A03
5A02
3A21
3003
2A16
2B16
2A12
2A
与母材配用的焊丝
SAlMg-5
SAlSi-1
ER5356
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMn
-
-
SAl-1
SAl-2
SAl-3
2A12
2A14
-
-
-
-
-
-
-
-
SAlSi-1
BJ-380A
2A16
2B16
-
-
-
-
-
-
-
SAlCu
3A21
3003
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlMn
SAlMg-3
5A02
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
5A03
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
5A05
5A06
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
SAlMg-5
LF14
SAlMg-5
LF14
5083
5086
SAlMg-5
SAlMg-5
SAlMg-5
6A02
6061
6063
SAlMg-5
SAlSi-1
SAlSi-1
7005
X5180
铝焊丝如何选择
为了得到性能良好的焊接接头，应从焊接构件使用目的考虑，选择适合于母材的铝焊丝作填充材料。
（1）焊缝金属的裂纹敏感性
选择具有熔化温度低于母材的填充金属，可大大减小热影响区中晶间裂纹倾向。故用合金含量母材的焊丝作填充金属，通常可防止焊缝金属裂纹。如含0.6%硅的6061合金，如果用6061作填充金属，裂纹敏感性很大，但用含5%硅的4043焊丝作填充金属，熔化温度比母材低，在冷却过程中比母材具有更好的塑性以消除引起裂纹的收缩应力，所以抗裂性良好。还应注意避免产生对裂纹敏感的焊缝金属成分，如在铝合金焊缝中不希望有镁与铜的组合，因此5000系列焊丝还应用于焊接2000系列母材；面2219焊丝不应用于5000系列的母材。
（2）接头强度
焊接接头的强度随着焊丝的合金元素含量变化。即对于非热处理合金的焊接接头强度，按1000系、4000系和5000系的次序。在5000系中随镁、锰等含量增加，焊接接头强度按5554、5654、5356、5183、5556的顺序增加。
（3）接头的加工性（塑性）
需要弯曲加工的焊接接头，一般加工性受塑性的影响，而塑性随着强度的而降低。特别是含3%镁以上的母材（5154、5056、5082、5182、5083、5086）避免使用含硅的焊丝（4043、4047）。这种组合形成大量的Mg2Si，塑性下降。
(4)阳极氧化处理后的色差
为了提高耐蚀性，焊后常进行阳极氧化处理，若焊缝金属的成分明显不同于母材，或焊缝金属的铸造组织不同于母材的压延组织，焊缝金属在阳极氧化工艺处理后产生色差。例如含硅的4000系焊丝的焊缝阳极氧化处理后呈灰黑色，2000第、5000系和6000系母材呈银白色。所以若外观颜色匹配是重要指标时，选择焊丝时考虑所形成焊缝组织的成分及组织。
(5)高温下接头的力学性能及耐蚀性
含3%镁以上的5000系焊丝（5654、5356、5556、5183）应避免在使用温度65摄氏度以上的结构中采用，因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感，在上述温度和腐蚀环境中会发生应力腐蚀龟裂。
铝合金焊丝在焊接时容易出现哪些问题呢？出现这些问题的时候要怎么解决?现在由浙江宇光铝材有限公司来分析整理一下这些问题：
（1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、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，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。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”。
（2）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显著，为了获得的焊接接头，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。
（3）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。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、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。在耐蚀性允许的情况下，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，流动性显著提高，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条（硅含量4.5%~6%)焊丝会有更好的抗裂性。
（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。
（5）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。
（6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。
（7）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。
铝焊丝焊接铝箱技术
（1）选择铝焊丝
一般选用301纯铝焊丝及311铝硅焊丝。
（2）选取焊接方法和参数
一般以左焊法进行，焊炬和工件成60°角。焊接厚度15mm以上时，以右焊法进行，焊炬和工件成90°角。
（3）焊前准备
采用化学或机械方法，严格清理焊缝坡口两侧的表面氧化膜。
机械清理可采用风动或电动铣刀，还可采用刮刀、锉刀等工具，对于较薄的氧化膜也可用0．25mm的铜丝刷打磨清除氧化膜。
清理好后立即施焊，如果放置时间超过4h，应重新清理。
（4）铝箱中铝及铝合金材料特点
铝是银白色的轻金属，具有良好的塑性、较高的导电性和导热性，同时还具有抗氧化和抗腐蚀的能力。铝极易氧化产生三氧化二铝薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物，从而破坏金属的连续性和均匀性，降低其机械性能和耐腐蚀性能。
（5）铝箱中铝及铝合金材料铝合金材料的焊接难点
极易氧化。在空气中，铝容易同氧化合，生成致密的三氧化二铝薄膜（厚度约0．1－0．2μm），熔点高（约2050℃），远远超过铝及铝合金的熔点（约600℃左右）。氧化铝的密度3．95－4．10g/cm3，约为铝的1．4倍，氧化铝薄膜的表面易吸附水分，焊接时，它阻碍基本金属的熔合，极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷，引起焊缝性能下降。
