目錄一、緒論 21.1鋁合金的分類、成分和性能 21.2鋁合金的焊接性特點 4三、純鋁及鋁鎂合金管道的焊接特點 5四、鋁及鋁鎂合金的焊接方法和材料選用 54.1鋁合金的焊接方法 54.2鋁用焊接材料 8五、鋁鎂合金管道的施工工藝 10六、鋁鎂合金管道常見的焊接缺陷及防止措施 11七、參考文獻 12一、緒論鋁合金具有良好的耐蝕性、較高的比強度和導熱性以及在低溫下能保持良好力學性能等特點，在航空航天、汽車、電工、化工、交通運輸、國防等工業(yè)部門被廣泛地應用。掌握鋁合金的焊接性特點、焊接操作技術、接頭質量和性能、缺陷的形成及防止措施等，對正確制定鋁合金的焊接工藝，獲得良好的接頭性能和擴大鋁合金的應用范圍具有十分重要的意義。1.1鋁合金的分類、成分和性能（1）鋁合金的分類鋁合金可分為變形鋁合金、鑄造鋁合金。變形鋁合金是指經(jīng)不同的壓力加工方法制成的板、帶、管、型、條等半成品材料；鑄造鋁合金以合金鑄錠供應。鋁合金分類狀態(tài)示意見圖1-1。鋁合金的分類及性能特點見表1-1。表1.1鋁合金的分類及性能特點（2）鋁合金的性能鋁合金的物理性能見表1.2。表1.2鋁合金的物理性能1.2鋁合金的焊接性特點鋁合金熔化焊時有如下困難和特點：（1）鋁和氧的親和力很大，因此在鋁及鋁合金表面總有一層難熔的氧化鋁膜遠遠超過鋁的熔點，這層氧化膜不溶于金屬并且妨礙被熔融填充金屬潤濕。在焊接或釬焊過程中應將氧化膜清除或破壞掉。（2）熔焊時，鋁合金的焊接性首先體現(xiàn)在抗裂性上。在鋁中加入銅、錳、硅、鎂、鋅等合金元素可獲得不同性能的合金，各種合金元素對鋁合金焊接裂紋的影響不同。（3）鋁合金的固態(tài)和液態(tài)色澤不易區(qū)別，焊接操作時難以控制熔池溫度。（4）焊后焊縫易產(chǎn)生氣孔，焊接接頭區(qū)易發(fā)生軟化。對鋁合金進行焊接，可以用多種不同的焊接方法，表1.3所列的為部分鋁合金的相對焊接性。表1.3部分鋁合金的相對焊接性三、純鋁及鋁鎂合金管道的焊接特點鋁鎂合金熔點低，約為500℃左右，但鋁鎂合金在高溫下很容易在空氣中被氧化生成氧化鎂氧化膜，覆蓋熔池，影響基本金屬與填充物金屬良好的熔合，從而在焊接過程中容易產(chǎn)生氧化物夾渣、未熔合、氣孔等缺陷。純鋁的比重較輕，為2.7g/cm3,鋁鎂合金的比重稍微大于純鋁的比重。但氧化鎂的比重為3.2g/cm3,在焊接過程中形成的氧化鎂混雜在比重較輕的熔化的金屬液中不易排出，容易使焊縫夾渣，存在夾渣的焊縫又容易產(chǎn)電化腐蝕，同時薄壁管道焊接時由于高熔點氧化膜覆蓋熔池，溫度不易控制，焊縫易產(chǎn)生燒穿現(xiàn)象。鋁鎂合金熔點低，易熔化，但其比熱和熔化熱量較大，導熱率大，局部加熱比較困難。焊接時，必須采用能量集中，功率大的焊接設備。當保護氣體氬氣不純和存在水份時，鎂在焊接過程中與水發(fā)生化學反應，生成氧化鎂和氫氣。鋁鎂合金的熔池容易吸收氣體，高溫下溶入大量氣體，在焊后冷卻凝固過程中來不及排出，聚集在焊縫中形成氣孔。鋁鎂合金膨脹系數(shù)較大，在焊接過程中易產(chǎn)生較大的熱應力。同時在高溫下，鋁鎂合金的塑性和強度較低，易產(chǎn)生塌陷，給焊工掌握溫度帶來較大困難。因此在焊接過程中，施工人員一定要正確選擇焊接規(guī)范，嚴格控制施焊電流，確保施工質量和進度。四、鋁及鋁鎂合金的焊接方法和材料選用4.1鋁合金的焊接方法鋁鎂合金的焊接方法很多，各種方法有其不同的應用場合。除了傳統(tǒng)的熔焊、電阻焊、氣焊方法外，其他一些焊接方法（如等離子弧焊、電子束焊、真空擴散焊等）也可以容易地將鋁鎂合金焊接在一起。鋁鎂合金常用焊接方法的特點及適用范圍見表4.1。應根據(jù)鋁及鋁合金的牌號、焊件厚度、產(chǎn)品結構以及對焊接性的要求等選擇。表4.1鋁合金常用焊接方法的特點及適用范圍（1）氣焊氧－乙炔氣焊火焰的熱功率低，熱量較分散，因此焊件變形大、生產(chǎn)率低。用氣焊焊接較厚的鋁焊件時需預熱，焊后的焊縫金屬不但晶粒粗大、組織疏松，而且容易產(chǎn)生氧化鋁夾雜、氣孔及裂縫等缺陷。這種方法只用于厚度范圍在0.5～10㎜的不重要鋁結構件和鑄件的焊補上。（2）鎢極氬弧焊這種方法是在氬氣保護下施焊，熱量比較集中，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫金屬致密，焊接接頭的強度和塑性高，在工業(yè)中獲得起來越廣泛的應用。鎢極氬弧焊用于鋁合金是一種較完善的焊接方法，但鎢極氬弧焊設備較復雜，不宜在室外露天條件下操作。（3）熔化極氬弧焊自動、半自動熔化極氬弧焊的電弧功率大，熱量集中，熱量影響區(qū)小，生產(chǎn)效率比手工鎢極氬弧焊可提高2～3倍?？梢院附雍穸仍?0㎜以下的純鋁及鋁合金板。例如，焊接厚度30㎜的鋁板不必預熱，只焊接正、反兩層就可獲得表面光滑、質量優(yōu)良的焊縫。半自動熔化極氬弧焊適用于定位焊縫、斷續(xù)的短焊縫及結構形狀不規(guī)則的焊件，用半自動氬弧焊焊炬可方便靈活地進行焊接，但半自動焊的焊絲直徑較細，焊縫的氣孔敏感性較大。（4）脈沖氬弧焊1）鎢極脈沖氬弧焊用這種方法可明顯改善小電流焊接過程的穩(wěn)定性，便于通過調節(jié)各種工藝參數(shù)來控制電弧功率和焊縫成形。焊件變形小、熱影響區(qū)小，特別適用于薄板、全位置焊接等場合以及對熱敏感性強的鍛鋁、硬鋁、超硬鋁等的焊接。2）熔化極脈沖氬弧焊可采用的平均焊接電流小，參數(shù)調節(jié)范圍大，焊件的變形及熱影響區(qū)小，生產(chǎn)率高，抗氣孔及抗裂性好，適用于厚度在2～10㎜鋁合金薄板的全位置焊接。（5）電阻點焊、縫焊可用來焊接厚度在4㎜以下的鋁合金薄板。對于質量要求較高的產(chǎn)品可采用直流沖擊波點焊、縫焊機焊接。焊接時需要用較復雜的設備，焊接電流大、生產(chǎn)率較高，特別適用于大批量生產(chǎn)的零、部件。（6）攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是一種可用于各種合金板焊接的固態(tài)連接技術。與傳統(tǒng)熔焊方法相比，攪拌摩擦焊無飛濺、無煙塵，不需要添加焊絲和保護氣體，接頭無氣孔、裂紋。與普通摩擦相比，它不受軸類零件的限制，可焊接直焊縫。這種焊接方法還有一系列其它優(yōu)點，如接頭的力學性能好、節(jié)能、無污染、焊前準備要求低等。由于鋁及鋁合金熔點低，更適于采用攪拌摩擦焊。4.2鋁用焊接材料（1）焊絲采用氣焊、鎢極氬弧焊等焊接鋁合金時，需要加填充焊絲。鋁及鋁合金焊絲分為同質焊絲和異質焊絲兩大類。為了得到良好的焊接接頭，應從焊接構件使用要求考慮，選擇適合于母材的焊絲作為填充材料。選擇焊絲首先要考慮焊縫成分要求，還要考慮產(chǎn)品的力學性能、耐蝕性能，結構的剛性、顏色及抗裂性等。選擇熔化溫度低于母材的填充金屬，可大大減小熱影響區(qū)的晶間裂紋傾向。對于非熱處理合金的焊接接頭強度，按1000系、4000系、5000系的次序增大。含鎂3%以上的5000系的焊絲，應避免在使用溫度65℃以上的結構中采用，因為這些合金對應力腐蝕裂紋很敏感，在上述溫度和腐蝕環(huán)境中會發(fā)生應力腐蝕龜裂。用合金含量高于母材的焊絲作為填充金屬，通?？煞乐购缚p金屬的裂紋傾向。目前，鋁合金常用的焊絲大多是與基體金屬成分相近的標準牌號焊絲。在缺乏標準牌號焊絲時，可從基體金屬上切下狹條代用。較為通用的焊絲是HS311，這種焊絲的液態(tài)金屬流動性好，凝固時的收縮率小，具體優(yōu)良的抗裂性能。為了細化縫晶粒、提高焊縫的抗裂性及力學性能，通常在絲中加入少量的Ti、V、Zr等合金元素作為變質劑。選用鋁合金焊絲應注意的問題如下。1）焊接接頭的裂紋敏感性影響裂紋敏感性的直接因素是母材與焊絲的匹配。選用熔化溫度低于母材的焊縫金屬，可以減小焊縫金屬和熱影響區(qū)的裂紋敏感性。例如，焊接硅含量0.6%的6061合金時，選用同一合金作焊縫，裂紋敏感性很大，但用硅含量5%的ER4043焊絲，由于其熔化溫度比6061合金低，在冷卻過程中有較高的塑性，所以抗裂性能良好。此外，焊縫金屬避免鎂與銅的組合，因為Al－Mg－Cu有很高的裂紋敏感性。2）焊接接頭的力學性能工業(yè)純鋁的強度最低，4000系列鋁合金居中，5000系列鋁合金強度最高。鋁硅焊絲雖然有較高的抗裂性能，但含硅焊絲的塑性較差，所以對焊后需要塑性變形加工的接頭來說，應避免選用含硅焊絲。3）焊接接頭的使用性能填充金屬的選擇除取決于母材成分外，還與接頭的幾何形狀、運行中的抗腐蝕性要求以及對焊接件的外觀要求有關。例如，為了使容器具有良好的抗腐蝕能力或防止所儲存產(chǎn)品對其的污染，儲存過氧化氫的焊接容器要求高純度的鋁合金。在這種情況下，填充金屬的純度至少要相當于母材。（2）焊條鋁合金焊條型號、規(guī)格與用途見表4.2。鋁合金焊條的化學成分和力學性能見表4.3。表4.2鋁及鋁合金焊條的型號（牌號）、規(guī)格與用途表2.3鋁及鋁合金焊條的化學成分和力學性能（3）保護氣體焊接鋁合金的惰性氣體有氬所和氦氣。氬氣的技術要求為Ar＞99.9%,氧＜0.005%，氫＜0.005%，水分＜0.02mg/L，氮＜0.015%。氧、氮增多，均惡化陰極霧化作用。氧＞0.3%，則使鎢極燒損加劇，超過0.1%使焊縫表面無光澤或發(fā)黑。鎢極氬弧焊時，交流加高頻焊接選用純氬氣，適用大厚度板；直流正極性焊接選用Ar+He或純Ar。熔化極氬弧焊時，當板厚＜25㎜時，采用純Ar。當板厚為25～50㎜時，采用添加10%～35%Ar的Ar+He混合氣體。當板厚為50～75㎜時，宜采用添加10%～35%或50%He的Ar+He混合氣體。當板厚＞75㎜時，推薦添加50%～75%He的Ar+He混合氣體。五、鋁鎂合金管道的施工工藝（一）鋁鎂合金管道的施工流程施工準備（焊工培訓、焊機選擇、焊材選擇等）管道除油管道下料坡口加工焊件組對焊接焊縫檢驗管道系統(tǒng)試壓管道系統(tǒng)吹掃管道復位管道氣密性試驗。（二）焊接工藝評定及焊工考試施工前根據(jù)焊接工藝評定編制焊接作業(yè)指導書，并對焊工進行培訓和考試，合格者方能施工，且不能超項施焊。（三）鋁鎂合金管道的坡口加工、清理和組對坡口可用銑刀、銼刀進行加工。清理焊件的坡口及其內外兩側的寬度不少于20mm。多層焊時，層間要用不銹鋼絲刷清理表面氧化膜，對影響下層焊接質量的過高焊肉，弧坑和其他缺陷用銼刀除去。焊接操作過程中應注意保持焊槍、焊絲和焊件待焊部分三者之者的空間位置。焊絲與焊件之間的夾角為10～20°，焊槍與焊件之間應盡量保持垂直。輸送焊絲和焊槍的運行速度要配合好，一般采用快送、少加焊絲的填絲方法，焊絲端部要始終處理氬氣的保護范圍之內，防止氧化膜形成。焊接施工環(huán)境條件：環(huán)境溫度不低于5℃。相對濕度在80%以內焊接區(qū)域應設置適當?shù)姆雷o措施，使其不受風、雨、雪的侵襲。施工時注意事項：施工現(xiàn)場要保持清潔。焊前要仔細檢查焊件，焊絲表面的清理情況及焊機的控制線路、水路、電路系統(tǒng)的工作情況。嚴禁在管道表面任意引弧，焊接前在引弧板上試焊，測定提前送氬氣。六、鋁鎂合金管道常見的焊接缺陷及防止措施（1）氣孔形成原因:焊接前,焊絲或母材坡口附近沒有清理干凈；焊接時,氬氣流量小,噴咀內不干凈或有水汽;焊速過快,氬氣不純,鎢極伸出過長。防止措施:焊絲,坡口要清理干凈,妥善保管,噴咀在焊前吹干凈。保證氬氣純度,正確選擇焊接規(guī)范,焊前應將氬氣管內的空氣排盡,填充焊絲要穩(wěn)準,避免攪亂氣流,帶入空氣。正確調整鎢極伸出長度。焊接速度要適中,讓溶解在熔池的氣體有充分時間逸出,必要時需考慮預熱。（2）未焊透形成原因:技術不熟練,不細心,焊接電流太小,焊速太快,弧長過大,組對間隙太小,鈍邊太大,坡口角度太小,表面和層間存在氧化物。防止措施:提高技術操作水平;選擇合適的焊接規(guī)范參數(shù),調整合適的坡口及組對間隙;加強焊前坡口周圍清理。（3）裂紋形成原因:焊絲選用不當,焊縫金屬中鎂含量不足;構件拘束度過大,應力大;弧坑未填滿;熔池過大過熱。防止措施:正確選擇焊絲型號,合理安排焊接順序,采用電流衰減填滿弧坑,選擇合適電流。（4）焊縫外觀不良形成原因:焊接時,電弧不穩(wěn)定,鎢極污染,氣體保護不充分,焊接規(guī)范不正確。防止措施:保持正確的電弧長度,減小直流分量,鎢極伸出長度適當,提高操作技術水平和熟練程度,調整選擇合適的氬氣流量,使熔池保護良好,防止穿堂風;正確選擇電極材料及尺寸,規(guī)范參數(shù)?？?/p>