铝及铝合金常用焊接材料与被焊材料

铝及铝合金常用焊接材料与被焊材料

1 焊接保护气体

1.1 保护气体类型

在铝及铝合金的氩弧焊中，焊接材料主要指焊丝、保护气体（氩气、氩气和氦气的混合气）等。 1.1.1 氩气

氩气（Ar）是惰性气体，既不与金属起反应又不溶于液态金属，同时能量损耗低，电弧燃烧稳定。在TIG焊和MIG焊中都能保证没有飞溅或最小飞溅。由于其密度比空气大，所以保护效果非常好。

对氩气纯度的要求：在生产实际中，铝合金焊接时，氩气的纯度应大于99.9%以上，其中杂质氧和氢含量小于0.005%，氮含量小于0.015%，水分控制在0.02mg/L以下。 否则就会造成合金元素烧损，焊缝出现气孔，表面无光泽、发渣或发黑，成形不良等现象。此外，还会影响电弧的稳定性，导电嘴回烧频率加大，使焊丝与母材熔合不好。

焊接铝合金薄板时，主要使用纯氩气保护，这主要是因为纯氩气保护时的热输入量较小、熔深浅的原故。 1.1.2 氦气

氦气（He）也是惰性气体，焊接过程中，吸热小，熔池停留时间长，因此氦气保护焊接时气孔倾向小。但由于纯氦气保护焊接时，电弧稳定性差、短路

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过渡形式等缺点，故一般不单独使用。 1.1.3 氩－氦混合气体

采用氩气保护时，可使熔滴过渡非常稳定，但采用氩气和氦气混合气体可改善熔深和抗气孔性能。采用氦气混合气可降低预热所需费用或者甚至不用预热。

氩－氦混合气体，其组成为70％的氩气和30％的氦气。使用氩氦混合气体的优势在于它综合了两种保护气体的优点，既氩气的电弧稳定、能形成射流过渡、保护效果好以及氦气的热输入量大、抗气孔能力强。

如果用于大厚度铝合金板材的焊接或散热系数更大的铜合金的焊接时，可以增加氦气的含量，常用的氦气加入量为50％和70％。

目前市场上已经开始使用含有微量O2 或N2 的氦氩混合气体，其组成通常为1.5%氮气（或氧气）、30％氦气、其余为氩气。虽然 O2 或 N2 不能改善焊透性能，但电离状态下，属于发热气体，可以进一步增加焊接热输入量，减小预热温度，改善焊缝成型。

1.2 焊接保护气体成份对焊接效果的影响

当进行铝及铝合金焊接时，焊接保护气体的选择对生产效率和最终焊缝质量都有着重要影响。

由于铝合金对氢气和氧气的高敏感性，因此要采用氩气和氦气做保护气体。由于成本问题,氩气是铝合金焊接最广泛使用的保护气体，但是使用氦、氩混合气体也另有优点,在重要结构中,要选择使用。 这些优点包括：

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（1）增加熔深和改善焊缝成形； （2）提高焊接速度； （3）可焊接厚度范围大； （4）降低预热温度； （5）减少气孔等焊接缺陷。

焊接保护气体在不同的条件下，按如下原则使用： 氩气 一般焊接工作保护气体。

氩气70/He 30 可以减少气孔性，在中厚壁焊接中，广泛采用。 氩气 50/ He 50 适合更大壁厚。

纯氩气保护焊接铝合金时，噪音小，金属过渡稳定，但是在焊透性和氢感应气孔方面不如氩氦混合物。当提高氦、氩混合气体中氦的含量时，焊缝熔深将会从较圆的形状变为狭窄的指状。也会使焊缝余高降低、熔深增加。对于任何厚度的材料，都可以通过向氩气中添加氦气来提高焊接速度。

含氦成分越高，所需相同电弧长度的弧电压越高。

使用含氦较高的混合气所产生的高热量输入也促进了对较厚工件的焊接。然而，除了自动焊以外，高氦含量的混合气通常不推荐使用在厚度小于3mm的材料上。

氦气流量越高，焊缝的宽度越宽和越平坦。焊缝不再是“手指形状”了，当它与氩气结合时，反而形状变得更圆、更深。更合理的焊透性能可以保证电弧熔透焊根区，并允许更快的焊接速度。 表1-1 说明了气体成份对表面成型的影响。

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表1-1 在氩气保护焊接铝合金的过程中，增加氦气比例对其它因素的影响 保护气体的成分 电弧性能 焊缝宽度 焊缝外观 焊透 焊接速度 熔化缺陷的倾向 气孔倾向 预热 温度控制 保护气体成本 1.3 焊接保护气体流量对焊接效果的影响 高质量MIG焊接所需要的惰性气体流量是由多种因素决定的：焊枪的型号、焊接电流、焊枪喷嘴的直径、接头设计、焊接位置、焊接速度和焊接区域内的气体扩散度。最后一个因素很大程度上影响到气体的使用方法和焊接的质量。当进行焊接时，用防风材料对焊接区域提供保护，以防止空气混入惰性保护气体是必要的。通常来讲，氦气保护的流量要大于氩气保护的流量。 1.3.1 保护气体的消耗（氩气） 短路过渡电弧：12 - 15 l/min

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100% Ar________100%He 越来越平滑 增加焊缝的平坦性 波纹越来越细 变成更深、更圆 焊接速度增加 越来越低 降低 能减少或完全免除预热 加工件变得更热，必须补偿温度控制，加快焊接速度 增加