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详细介绍 Introduction铝及铝合金焊丝                        

 

铝及铝合金焊丝使用说明：

 

 

HS301铝和铝合金焊丝

 

相当 AWS ER1100

 

JIS A1100

 

说明: HS301是含铝大于99.5的纯铝焊丝,具有良好的可焊性和耐蚀性,以及优良的塑性和韧性，但强度较低。

 

用途: 适用于氩弧焊及氧-乙炔气焊纯铝及对接头要求不高的铝合金作为填充材料,广泛应用于化学工业铝制设备上。

 

焊丝化学成分(%)

 

Si

 

Fe

 

Al

 

≤0.3

 

≤0.3

 

≥99.5

 

 

熔敷金属力学性能（采用纯铝作为对接试板）

 

试验项目

 

σb(MPa)

 

冷弯(D=2T)度

 

保证值

 

≥64

 

-

 

一般结果

 

69～78

 

180

 

 

焊丝规格

 

直径(mm)

 

φ1.0

 

φ2.0

 

φ3.0

 

φ4.0

 

φ5.0

 

φ6.0

 

长度(mm)

 

圈装

 

1000

 

 

注意事项:

 

1．焊前应严格清除焊件边缘和焊丝表面的氧化膜和油污，否则会使焊缝产生熔合不良并引起气孔、夹渣等缺陷。

 

2．焊接时可采用垫板托住熔化金属，以保证焊缝的成型。

 

 

HS311铝和铝合金焊丝

 

相当 AWS ER4043

 

JIS A4043

 

说明: HS311是一种通用性较大的铝硅合金焊丝，焊缝金属具有优良的抗热裂性能，也能保证一定的力学性能.但是在进行阳极化处理的场合,焊缝金属与母材颜色不同,同时对铝镁金的焊接在焊缝中生成脆性Mg2Si，使接头的塑性和耐蚀性降低。

 

用途: 常用于除铝镁金以外的铝合金工件和铸件氩弧焊及氧-乙炔气焊时的填充材料,特别对易产生热裂纹的热处理强化铝合金，可获得较好的效果。

 

 

HS321铝和铝合金焊丝

 

 

说明: HS311是铝锰合金焊丝，焊缝金属具有良好的耐蚀性和较纯铝高的强度，可焊性及塑性也很好。

 

用途: 适用于铝锰及其它铝合金的氩弧焊及氧-乙炔气焊时作为填充材料。

 

 

HS331铝和铝合金焊丝

 

相当 AWS ER5556

 

JIS A5556

 

说明: HS311是含少量钛的的铝镁合金焊丝，焊缝金属具有较好的耐蚀性和抗热裂性能，强度高。

 

用途: 是铝镁合金氩弧焊及氧-乙炔气焊的最基本填充材料,在铝锌镁合金的焊接及铝镁铸件的补焊也被采用。

 

 

 

 

铝和铝合金焊丝使用说明:

 

 

执行GB10858-89标准

 

铝及铝合金焊丝广泛应用于铝及铝合金氩弧焊及氧-乙炔气焊时作填充材料。

 

焊丝的选择，主要根据母材的种类，对接头的抗裂性能、力学性能及抗腐蚀性能等方面的要求综合考虑。有时，当某项成为主要矛盾时则选择焊丝就 着重从解决这个问题入手。兼顾其它方面要求。如在一般情况下，焊接铝及铝合金都采用与母材成分相同或相近牌号的焊丝，这样可以获得较好的 耐蚀性，但焊接热裂缝倾向大的热处理强化铝合金时，选择焊丝，则主要从解决抗裂性入手，这时焊丝的成分就可与母材的差别很大。典型的铝及 铝合金焊接所选用的焊丝如下。

 

焊丝选用举例 母材 可焊性 填充焊丝

 

氩弧焊 气焊

 

L4纯铝 良好 良好 HS301

 

L5纯铝 良好 良好 HS301

 

LF3铝镁 较好 较好 HS331

 

LF5铝镁 较好 较差 HS331

 

LF21铝锰 良好 很好 HS321

 

LF11硬铝 很差 很差 HS311

 

LF12硬铝 很差 很差 HS311

 

LF16硬铝 较好 很差 HS311

 

LD2锻铝 较好 很差 HS311

 

LD5锻铝 较差 很差 S311

 

LD10锻铝 较差 很差 HS311

 

LD4超硬铝 较差 很差 HS331

 

 

氩弧焊是焊接铝及铝合金较完 善的方法。由于氩气的保护作用和氩离子对氧化膜的阴极破碎作用，氩弧焊可以不用焊剂，这就避免了焊后残渣对接头的腐蚀。此外，焊接时氩气 流对焊接区的冲刷，使接头显着泠却，从而改善了接头的组织和性能。但是由于不用焊剂，焊前清理要求比其它方法严格。氩弧焊可采用钨极或熔 化极，手工或自动（半自动）。方法选择是根据工件结构大小或生产条件决定。薄板结构一般用钨极手工氩弧焊，而厚板就用熔化极氩弧焊。钨极手工氩弧焊时，一般采用交流电元，而熔化极氩弧焊时则采用直流反接。

 

氧-乙炔气焊是一种比较简单、灵活的焊接方法 ，设备也简单，适用于薄板和小零件焊接，但其热量分散、生产率较低，变形大、接头软化严重。气焊时应采用中性焰或轻微化焰，用氧化焰会使 熔池氧化严重，而乙炔过多会促使焊缝产生气孔。薄板焊接时最好采用左向焊法，以防止过热烧穿。因为铝在高温使色泽不变，施焊时可在起焊处 ，用焊丝不断地试探性的拨动加热处的金属表面，当感到加热处已带粘性，并且粘有焊剂的焊丝端头掉下的熔滴与加热金属能熔合在一起时，说明 该处也达熔化温度，可立即进行焊接。也可看被焊处表面的氧化膜若微微起皱，这时便达熔化温度，即可施焊。铝及铝合金气焊时必须使用焊剂， 焊剂可用水调成膏状，焊时涂在焊件表面或粘在焊丝上。

 

焊前在焊缝区域应用碱蚀法来清洗铝板上的油污、氧化物等杂物 。焊后在焊缝区域尚留有的焊剂及残渣务必用热水洗刷干净，以免产生腐蚀。

 

一、铝及铝合金焊接材料应用 纯铝焊丝ER1100

 

性能特点：纯铝焊丝，铝含量≥99.5%,有极好的抗腐蚀性能，很

 

高的导热与导电性能，以及极好的可加工性能。对经阳极化处理

 

的材料，需要配色时十分理想，推荐用于焊接1000系列铝合金。

 

典型化学成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18

 

、Mn≤0.003，AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食

 

品等行业。

 

 

铝硅合金焊丝ER4047

 

性能特点：本品为含硅12％的合金焊丝，适合焊接各种铸造及挤压成型铝合金。低熔点及良好

 

的流动性使母材焊接变形很小。

 

典型化学成份：Si 12、Mg≤0.10、Fe≤0.80、Cu≤0.03、Zn≤0.20、Mn≤0.15，AL余量

 

用途：焊接或堆焊轻质合金加工业。

 

铝硅合金焊丝ER4043

 

性能特点：本品为含硅5％的合金焊丝，适合焊接铸铝合金

 

典型化学成份：Si 5、Mg≤0.10、Fe≤0.04、Cu≤0.05

 

，AL余量

 

用途：船舶、机车、化工、食品、运动器材

 

、模具、家具、容器、集装箱

 

 

铝镁合金焊丝ER5356

 

性能特点：本品为含镁5％的合金焊丝，是一种用途广泛的通用型焊材，适合焊接或表面堆焊

 

5％镁的铸锻铝合金，强度高，可锻性好，有良好的抗腐蚀性。本品也能为经阳极化处理的焊

 

接提供良好的配色。

 

典型化学成份：Mg 5、Cr 0.10、（Fe＋Si）0.3、Cu≤0.05、Zn 0.05、Mn 0.15、

 

Ti 0.1，AL余量

 

用途：自行车、铝滑板车等运动器材，机车车厢、化工压力容器、兵工生产、造船、航空等

 

行业。

 

铝镁合金焊丝ER5183

 

性能特点：本品为含镁3％的合金焊丝，适用于焊接或表

 

面堆焊同等级的铝合金材料。

 

典型化学成份：Mg 3.5,Cr 0.2,Fe 0.15,Cu≤0.05,

 

Zn 0.10,Mn 0.05,Ti 0.1，AL余量

 

用途：化工压力容器、核工业、造船、制冷行业、锅炉、

 

航空航天工业等

 

 

铝铜合金焊丝ER2319

 

性能特点：本品为含铜5.8%-6.8%的合金焊丝，适用于

 

焊接2219同等级的铝合金材料。

 

典型化学成份：Cu5.8-6.8,Mg 0.2-0.4,Si0.2,Fe 0.3,V0.05-0.15,Zr0.1-0.2 , Zn 0.10,

 

Mn0.2-0.4,Ti 0.1-0.2， AL余量

 

用途：核工业、舰船制造、航空航天工业、军工装备等

 

 

二、铝合金焊丝及焊条成分 国标牌号

 

主要成份(%)

 

特性和用途

 

相当AWS

 

S 301

 

Al≥99.5

 

塑性好、耐蚀。纯铝气焊、氩弧焊用

 

ER1100

 

S 311

 

Si5 Al Rem.

 

抗裂性好，通用性大。铝合金气焊、氩弧焊用。不宜用高镁合金

 

ER4043

 

S 321

 

Mn1.3 Al Rem.

 

良好的耐蚀性、可焊性及塑性。铝合金气焊、氩弧焊用

 

ER3003

 

S 331

 

Mg5 Mn0.4

 

Al Rem.

 

耐蚀，强度高。铝合金氩弧焊用

 

ER5356

 

5183

 

Mg5 Al Rem.

 

耐蚀、强度高，通用性大。铝合金氩弧焊用

 

ER5183

 

Al 109

 

TAl

 

纯铝，耐蚀性好，但强度不高，纯铝焊接用

 

E1100

 

Al 209

 

TAlSi

 

铝硅，抗裂性好，通用性大。铝合金焊接用，不宜焊接铝镁合金

 

E4043

 

Al 309

 

TAMn

 

铝锰，强度高，耐蚀。铝合金焊接用

 

E3003

 

 

三,详细成分 合金 硅 铁 铜 锰 镁 铬 锌 钛 其它 铝 近似的熔化

 

范围℃

 

密度

 

g/cm3 阳极化后

 

颜色

 

1100 0.95 =

 

Si + Fe

 

0.05-0.2 0.05 — — 0.1 — 0.15 99 643-657 2.7 白色

 

2319 0.2 0.3 5.8-6.8 0.2-0.4 0.02 — 0.1 0.1-0.2 V0.05-0.15

 

Zr:0.1-0.25

 

剩余 — — —

 

3003 0.6 0.7 0.05-0.2 1.0-1.5 — — 0.10 — 0.15 剩余 574-635 2.73 白色

 

3A21 0.6 0.7 0.2 1.0-1.6 0.05 — 0.10 0.15 0.10 剩余 575-636 2.72 白色

 

4009 4.5-5.5 0.2 1.0-1.5 0.1 0.4-0.6 — 0.1 0.2 0.15 剩余 — — —

 

4043 4.5-4.0 0.8 0.3 0.05 0.05 — 0.1 0.2 0.15 剩余 573-632 2.69 灰色

 

4047 11.0-13.0 0.8 0.3 0.15 0.1 — 0.2 — 0.15 剩余 577-582 2.66 灰黑

 

4145 9.3-10.7 0.8 3.3-4.7 0.15 0.15 0.15 0.2 — 0.15 剩余 521-585 2.74 灰黑

 

4643 3.6-4.6 0.8 0.10 0.05 0.10-0.30

 

— 0.10 0.15 0.15 剩余 — — —

 

5356 0.25 0.4 0.1 0.05-0.2 4.5-5.5 0.05-0.2 0.1 0.06-0.2 0.10 剩余 571-635 2.66 白色

 

5183 0.4-0.7 0.4 0.1 0.5-1.0 4.3-5.2 0.05-0.25 0.25 0.15 0.15 剩余 574-639 2.68 白色

 

5554 0.25 0.4 0.1 0.5-1.0 2.4-3.0 0.05-0.20 0.25 0.05-0.20 　0.15 剩余 — — —

 

5556 0.25 0.4 0.1 0.5-1.0 4.7-5.5 0.05-0.20 0.25 0.05-0.20 　0.15 剩余 — — —

 

5654 0.45 =

 

Si + Fe

 

0.05 0.01 3.1-3.9 0.15-0.35 0.20 0.05-0.15 0.15 剩余 — — —

 

　四,新旧铝合金材料对比 中国 CHINA 美国 THE UNITED STATES

 

L1-L6 、 L5-1 1070 、1060 、 1050 、 1030 、 1100

 

LY11 、 LY12 、 LY1 2017 、 2024 、 2117

 

LD10 、 LD5 2014 、 2214

 

LD7 2618

 

LD9 、 LD8 2018 、 2218

 

LY16 、 LY17 2219 、 2021

 

LF21 3003

 

LF2 、 LF3 、 LF4 5052 、 5154 、 5083

 

LF5 、 LF11 、 LF6 、 LF5-1 5456 、 5056

 

LD2 、 LD2-1 、 LD2-2 、 LD30 、 LD31 6165 、 6061 、 6055 、 6063

 

LC6 、 LC4 、 LC9 7001 、 7178 、 7075

 

LC5 、 LC10 7076 、 7175 、 7079

 

LD11 4032

 

中 国 新 旧 合 金 牌 号 对 照 表

 

（GB/T 3190-1996）

 

新 牌 号 旧 牌 号 新 牌 号 旧 牌 号 新 牌 号 旧 牌 号

 

1A99 原LG5 2B12 原LY9 3003 －

 

1A97 原LG4 2A13 原LY13 3103 －

 

1A95 － 2A14 原LD10 3004 －

 

1A93 原LG3 2A16 原LY16 3005 －

 

1A90 原LG2 2B16 曾用Ly16-1 3105 －

 

1A85 原LG1 2A17 原LY17 4A01 原LT1

 

1080 － 2A20 曾用LY20 4A11 原LD11

 

1080A － 2A21 曾用214 4A13 原LT13

 

1070 － 2A25 曾用225 4A17 原LT17

 

1070A 代L1 2A49 曾用149 4004 －

 

1370 － 2A50 原LD5 4032 －

 

1060 代L2 2B50 原LD6 4043 －

 

1050 － 2A70 原LD7 4043A －

 

1050A 代L3 2B70 曾用LD7－1 4047 －

 

1A50 原LB2 2A80 原LD8 4047A －

 

1350 － 2A90 原LD9 5A01 曾用2101、LF15

 

1145 － 2004 － 5A02 原LF2

 

1035 代L4 2011 － 5A03 原LF3

 

1A30 原L4－1 2014 － 5A05 原LF5

 

1100 代LF5－1 2014A － 5B05 原LF10

 

1200 代L5 2214 － 5A06 原LF6

 

1235 － 2017 － 5B06 原LF14

 

2A01 原LY1 2017A － 5A12 原LF12

 

2A02 原LY2 2117 － 5A13 原LF13

 

2A04 原LY4 2218 － 5A30 曾用2103、LF16

 

2A06 原LY6 2618 － 5A33 原LF33

 

2A10 原LY10 2219 曾用LY19、147 5A41 原LT41

 

2A11 原LY11 2024 － 5A43 原LF43

 

2B11 原LY8 2124 － 5A66 原LT66

 

2A12 原LY12 3A21 原LF21 5005 －

 

5019 － 6B02 原LD2－1 7A09 原LC9

 

5050 － 6A51 曾用651 7A10 原LC10

 

5251 － 6101 － 7A15 曾用LC15、157

 

5052 － 6101A － 7A19 曾用919、LC19

 

5154 － 6005 － 7A31 曾用183-1

 

5154A － 6005A － 7A33 曾用LB733

 

5454 － 6351 － 7A52 曾用LC52、5210

 

5554 － 6060 － 7003 原LC12

 

5754 － 6061 原LD30 7005 －

 

5056 原LF5－1 6063 原LD31 7020 －

 

5356 － 6063A － 7022 －

 

5456 － 6070 原LD2－2 7050 －

 

5082 － 6181 － 7075 －

 

5182 － 6082 － 7475 －

 

5083 原LF4 7A01 原LB1 8A06 原L6

 

5183 － 7A03 原LC3 8011 曾用LT98

 

5086 － 7A04 原LC4 8090 －

 

6A02 原LD2 7A05 曾用705 － －

 

注意：

 

（1）“原”是指化学成分与新牌号等同，且都符合GB3190－82规定的旧牌号。

 

（2）“代”是指与新牌号的化学成分相近似，且都符合GB3190－82规定的旧牌号。

 

（3）“曾用”是指已经鉴定，工业生产时曾经用过的牌号，但没有收入GB3190－82

 

铝及其合金在工业生产和社会生活中的应用日益广泛，由于比重小、导电导热性好、铸造性和机械加工性优良，铝在现代工业材料中的重要作用不可替代。

　　与黑色金属相比，铝的焊接比较困难，尤其是硬铝、超硬铝和铸铝。铝的焊接工艺性差主要表现在氧化膜难去除。

　　乌克兰巴顿焊接研究所60年代初期在焊接钛合金时发明了活性焊剂，当时是在金属表面涂一层薄薄的混合物，涂层的主要作用是压缩电弧，而不是对熔池产生化学作用。美国爱迪生焊接研究所(EWI)于90年代开始了活性焊剂的研制，并在海军连接中心(NJC)的资助下，由EWI和其他的一些成员进行了工艺评定，目前在美国活性焊剂已获得商业上的应用。英国TWI焊接研究所已把应用活性焊剂作为研究核心展开最基本的研究。

　　活性焊剂的主要作用是压缩电弧，而不是对熔池产生化学作用，但是利用焊剂活性破碎或还原铝的氧化膜也是可行的。药芯铝焊丝就是钎料，本身含有某些活性元素，这些元素能起到钎剂作用。

　　还原剂与Al2O3反应后的产物是AlCl3和AlxFy, AlCl3可以转变为气体蒸发掉，AlCl3蒸发过程中同时破碎Al2O3薄膜；AlxFy是复合盐，流动性好，密度小于铝，浮于焊缝表面和边缘，色泽呈浅灰色。

　　使用药芯铝焊丝焊接铝合金可以节约能源、提高生产效率，尤其在提高焊缝质量方面成效显著。基于药芯铝焊丝的TIG正极性焊接工艺，与传统的交流TIG焊相比有很多优点，比如焊缝外观平整、光滑、熔深深、夹渣少、几乎无气孔等特点。

　　1药芯铝焊丝的制造技术

　　药芯铝焊丝的制造技术可以借鉴钢药芯焊丝的制造方法，钢药芯焊丝的制造过程包含轧制、拔丝、后处理和层绕等几个工序。无缝药芯焊丝的原材料为成盘的钢管，钢管可以是无缝钢管，也可以是焊接钢管。

　　管状焊条法制造药芯焊丝是先把药芯粉末混匀烧结成烧结焊剂形态，然后填入钢管(16-25mm)中通过振动使药芯填实，再经轧、粗拔、退火、细拔、镀铜、层绕等工序制出成品。研究过程中曾经试验过这种方法，将还原剂与合金粉装入铝管中，轧制-拉拔-扩散退火，最终形成管状焊条。其主要问题是生产效率低，药粉填充系数不稳定。

　　铸造法是将还原粉加入铝合金铸锭中，充分压实后形成药芯锭。第一步把钎料制成多孔性的铸造毛坯，然后把蜂窝状坯料浸入活性焊剂溶液中，使溶液浸入坯料中的空隙。铸锭冷却后再进行挤压。这种方法的工艺关键在于活性焊剂的预处理和添加工艺。

　　机械合金化法是根据粉末冶金的原理将粉状原料进行混和、压制、挤压。其工艺过程是将还原粉、铝粉，其他添加金属粉充分混合，在一定温度下对混合金属粉加压，使其形成有一定强度的粉锭，在可控气氛中保温、加压使粉锭形成“钎焊锭”，最终挤压成材并用滚模拉丝的方法减径。

　　层流挤压法是利用连续铸造和等温挤压技术制造药芯焊丝，连铸技术可以获得组织均匀、成分稳定的“莲藕”铸锭，等温挤压技术可以获得填充系数稳定的药芯焊丝毛坯。

　　2药芯焊丝的锭坯连铸和等温挤压

　　层流挤压法是将内含活性焊剂的铝焊料铸锭以层流流动的形式挤压变形，不含其他组元的铝焊料以连铸形式铸成多孔铸锭，铸锭的外径和内孔尺寸恒定，将活性焊剂填充到内孔中并压实。

　　经过压实的含有活性焊剂的焊料锭有以下几个特点：在不同横截面上，焊剂与焊料比例恒定；活性焊剂内可以添加增强颗粒(如SiC)以形成复合材料；焊剂被焊料充分包敷。

　　层流挤压工艺的技术关键是焊剂与焊料的顺序流动，形成顺序流动的条件是两种材料流变特性的一致性，材料的流变特性与温度和压应力相关，调整挤压温度和挤压力可以使两种不同材料的流变特性相近，设计合理的挤压模形状可以使两种材料始终以层流形式稳定变形。

　　研究过程中采用的是等温挤压技术，在特定挤压温度和挤压速度条件下可以获得横截面稳定、填充系数均匀的药芯焊丝。

　　3药芯焊丝的拉拔与层绕

　　与实芯焊丝相比，药芯铝焊丝的内部组织的主要特点如下：药芯呈散沙状、无粘度、无塑性，药芯的变形和流动主要靠周围材料变形时产生的挤压力和摩擦力；焊丝变形能力明显减小。

　　在药芯焊丝的拉拔过程中，焊丝的变形分成两部分，一部分是金属的塑性变形，另一部分是内部药粉的流动和体积压缩，这两种变形相互作用、相互影响。金属塑性变形能力决定了拉拔能否连续进行，药芯的流变行为和体积压缩程度关系到药芯焊丝填充系数是否稳定，进而影响药芯焊丝的使用和焊接过程的稳定。

　　由于药芯的存在，药芯焊丝的有效横截面积比实芯焊丝小的多，所以药芯焊丝拉拔过程中的断丝现象普遍存在。优化拉拔过程中焊丝变形方式是改善药芯铝焊丝拉拔加工性的有效途径，研究中采用的辊模拉拔技术改善了焊丝变形方式，明显提高了焊丝变形能力。

　　拉拔到成品尺寸的药芯焊丝用层绕技术绕制成盘。

　　4结论

　　(1)研究过的药芯铝焊丝的制造方法有四种，其中层流挤压法最具工业应用前景。

　　(2)连铸技术可以获得组织均匀、成分稳定的“莲藕”铸锭，等温挤压技术可以获得填充系数稳定的药芯焊丝毛坯。

　　(3)辊模拉拔保证了药芯的均匀变形，超精刮技术保证了焊丝的清洁性，层绕技术保证了焊接过程中焊丝指向的稳定性。