铝合金常用焊接方法的特点和适用范围见表1。选择时应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构和可焊性要求等进行选择。
(1)气焊
氧-乙炔气焊火焰的热功率较低，热量比较分散，因此焊件变形较大，生产率较低。 用气焊焊接较厚的铝焊件时需要预热。 焊后的焊缝金属不仅晶粒粗大、组织疏松，而且还容易产生氧化铝夹杂、气孔、裂纹等缺陷。 此方法仅用于厚度0.5～10mm的不重要铝结构件和铸件的焊补。
(2)钨极电弧焊
这种方法是在氩气保护下进行焊接。 热量相对集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性较高。 它在工业中的应用越来越广泛。 钨极氩弧焊是一种较为完善的铝合金焊接方法，但钨极氩弧焊设备复杂，不宜在户外露天条件下操作。
(3)熔化极氩弧焊
自动、半自动熔电极氩弧焊电弧功率大，热量集中，热影响面积小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高2～3倍。 可焊接厚度50mm以下的纯铝及铝合金板。 例如，焊接厚度为30mm的铝板时，无需预热。 只需焊接前后层即可获得光滑的表面和高质量的焊缝。 半自动氩弧焊适用于定位焊缝、断续短焊缝和结构形状不规则的焊件。 采用半自动氩弧焊枪焊接方便灵活，但半自动焊接的焊丝直径较细。 焊缝对气孔更敏感。
(4)脉冲氩弧焊
1) 钨极脉冲氩弧焊
该方法可以显着提高小电流焊接过程的稳定性，并有利于通过调整各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。 焊件变形小，热影响区小。 特别适用于薄板、全位置焊接等场合，以及对热高度敏感的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。
2）熔极脉冲氩弧焊
可用的平均焊接电流小，参数调整范围大，焊件变形和热影响区小，生产率高，抗气孔和抗裂性能好。 适用于厚度2～10mm铝合金板材的全位置焊接。
(5)电阻点焊和缝焊
可用于焊接厚度小于4mm的铝合金板材。 对于质量要求较高的产品，可采用直流冲击波点焊机和缝焊机。 焊接需要使用较复杂的设备，焊接电流大，生产率高。 特别适合批量生产的零部件。
(6)搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊是一种固态连接技术，可用于焊接各种合金板材。 与传统的熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟雾、无需添加焊丝和保护气体，接头无气孔、裂纹。 与普通摩擦相比，不受轴类零件的限制，可以焊接直焊缝。 这种焊接方法还具有接头机械性能好、节能、无污染、焊前准备要求低等一系列其他优点。 由于铝及铝合金的熔点较低，搅拌摩擦焊更适合。
铝焊接材料
(1)焊丝
当使用气焊、钨极电弧焊等焊接铝合金时，需要填充焊丝。 铝及铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两大类。 为了获得良好的焊接接头，应根据焊接构件的使用要求，选择适合母材的焊丝作为填充材料。
选择焊丝时，首先要考虑焊缝的成分要求，以及产品的机械性能、耐腐蚀性、结构刚性、颜色和抗裂性能。 选择熔化温度比母材低的填充金属，可以大大降低热影响区产生晶间裂纹的倾向。 对于非热处理合金的焊接接头强度，强度按1000系列、4000系列、5000系列的顺序增加。
在工作温度高于65℃的结构中应避免使用含镁量超过3%的5000系列焊丝，因为这些合金对应力腐蚀开裂非常敏感，在上述温度和腐蚀环境下就会发生应力腐蚀开裂。 通常可以通过使用比母材合金含量更高的焊丝作为填充金属来防止焊缝金属产生裂纹的倾向。
目前，铝合金常用焊丝大多是与母材成分相似的标准牌号焊丝。 当缺乏标准级焊丝时，可以从母材上切下窄条作为替代。 比较常见的焊丝是HS311。 该焊丝的液态金属流动性好，凝固时收缩小，抗裂性能优良。 为了细化焊缝晶粒，提高焊缝的抗裂性能和力学性能，通常在焊丝中添加少量Ti、V、Zr等合金元素作为变质剂。
选择铝合金焊丝时应注意以下问题：
1）焊接接头的裂纹敏感性
影响裂纹敏感性的直接因素是母材与焊丝的匹配。 选择熔化温度低于母材金属的焊缝金属，可以降低焊缝金属和热影响区的裂纹敏感性。 例如，焊接硅含量为0.6%的6061合金时，如果采用相同的合金作为焊缝，则裂纹敏感性非常高。
但当使用含硅量为5%的ER4043焊丝时，其熔化温度比6061合金低，且在冷却过程中具有较高的塑性，因而具有良好的抗裂性能。 此外，焊缝金属应避免镁和铜的结合，因为Al-Mg-Cu具有较高的裂纹敏感性。
2）焊接接头力学性能
工业纯铝强度最低，4000系铝合金居中，5000系铝合金强度最高。 虽然铝硅焊丝具有较高的抗裂性能，但含硅焊丝的塑性较差，因此对于焊后需要塑性变形的接头，应避免使用含硅焊丝。
3）焊接接头性能
除母材的成分外，填充金属的选择还与接头的几何形状、操作过程中的耐腐蚀性要求以及焊件的外观要求有关。 例如，储存过氧化氢的焊接容器需要高纯度的铝合金，以使容器具有良好的耐腐蚀性或防止其被储存的产品污染。 在这种情况下，填充金属必须至少与母体金属一样纯净。
(2)焊条
铝合金焊条的型号、规格及用途见表2。铝合金焊条的化学成分和力学性能见表3。
(3)保护气体
用于焊接铝合金的惰性气体包括氩气和氦气。 氩气的技术要求是Ar>99.9%、氧气<0.005%、氢气<0.005%、水分<0.02mg/L、氮气<0.015%。 氧和氮的增加会使阴极雾化效果变差。 氧>0.3%会加剧钨电极的烧损，超过0.1%会使焊缝表面失去光泽或发黑。
钨极氩弧焊时采用纯氩气进行交流加高频焊接，适用于大厚度板材； Ar+He或纯Ar用于直流正极性焊接。
氩弧焊时，板厚<25mm时采用纯Ar。 当板厚为25～50mm时，采用添加10％～35％Ar的Ar+He混合气体。 当板厚为50～75mm时，宜采用Ar+He混合气体，添加10%～35%或50%He。 当板厚>75mm时，建议添加50%～75%He Ar+He混合气体。
铝合金焊接工艺
1 铝合金气焊
氧乙炔气焊热效率低，焊接热输入不集中，焊接铝及铝合金时需要焊剂，焊后需清除残留物，接头质量和性能不高。 由于气焊设备简单，不需要电源，操作简便灵活，常用于焊接质量要求不高的铝合金构件，如薄板和小型零件，以及铝合金部件和铝铸件的修复焊接。
(1)气焊接头形式
气焊铝合金时，不宜采用搭接接头和T形接头。 流入间隙的残留焊剂和焊渣很难清理干净。 应尽可能使用对接接头。 为保证焊接时焊件焊透而不塌陷或烧穿，可采用开槽垫板。 背板一般采用不锈钢或纯铜制成。 采用垫板焊接可以获得良好的反向成型，提高焊接生产率。 。
(2)气焊焊剂的选择
气焊铝合金时，为了使焊接过程顺利进行并保证焊缝质量，气焊时需要添加焊剂，以去除铝表面的氧化膜和其他杂质。
气焊焊剂（又称气焊焊剂）是气焊时使用的焊剂。 其主要作用是去除气焊过程中铝表面产生的氧化膜，改善母材的润湿性能，促进获得致密的焊缝组织。 铝合金气焊必须使用焊剂。 一般在焊接前将焊剂直接撒在待焊工件的坡口上，或者将其浸在焊丝上添加到熔池中。
铝合金熔剂是钾、钠、钙、锂等元素的氯盐。 它是经粉碎、过筛、按一定比例配制而成的粉状化合物。 例如，铝冰晶石（Na3AlF6）可以在1000℃熔化氧化铝，氯化钾可以将难熔的氧化铝转变为易熔的氯化铝。 该焊剂熔点低，流动性好。 它还可以改善熔融金属的流动性，使焊缝成型良好。
(3)焊嘴和火焰的选择
铝合金具有强氧化性和吸气性。 气焊时，为防止铝被氧化，应采用中性火焰或弱碳化焰（含有过量乙炔的碳化焰），使铝熔池处于还原性气氛的保护下而不被氧化。 严禁使用氧化火焰，因为使用强氧化火焰会使铝强烈氧化，阻碍焊接过程； 如果乙炔过多，游离氢可能会溶入熔池中，导致焊缝产生气孔，使焊缝松动。
(4)定位焊缝
为了防止焊接时焊件尺寸和相对位置发生变化，焊前需要对焊件进行点焊。 由于铝的线膨胀系数大，导热快，气焊受热面积大，定位焊缝应比钢件致密。
点焊所用的填充焊丝与产品焊接所用的填充焊丝相同。 点焊前应在焊缝间隙涂一层气体剂。 定位焊的火焰功率比气焊稍大。
(5)气焊操作
焊接钢材时，可以根据钢材颜色的变化来判断加热温度。 但焊接铝时，就没有这样方便的条件了。 由于铝合金从室温加热到熔化时颜色没有明显的变化，这给操作者控制焊接温度带来了困难。 但可以根据以下现象来掌握焊接时机：
1）当受热工件表面由亮白色变为暗银白色，表面氧化膜起皱，受热区金属出现波动时，表明即将达到熔化温度，可以进行焊接；
2) 使用浸有焊剂的焊丝末端和加热区域。 当焊丝与母材能熔合时，达到熔化温度，即可进行焊接；
3）当母材边缘落下时，母材达到熔化温度，即可进行焊接。
气焊薄板可以采用左手焊法进行焊接，焊丝位于焊接火焰的前面。 这种焊接方法使火焰指向未焊接的冷金属，损失部分热量，有助于防止熔池过热、热影响区金属晶粒长大和烧坏。 若母材厚度大于5mm，可采用右手焊法。 在这种方法中，焊丝位于焊枪后面，火焰指向焊缝。 热损失小，穿透力大，加热效率高。
气焊厚度小于3mm的薄件时，焊枪倾斜角度为20~40°； 气焊厚件时，焊枪倾斜角度为40~80°，焊丝与焊枪夹角为80~100°。 气焊铝合金时，接头应尽量一次性焊接，不堆焊第二层，因为堆焊第二层会导致焊缝夹渣。
(6)焊后处理
气焊缝表面残留的焊剂和熔渣对铝接头的腐蚀是铝接头在今后使用中损坏的原因之一。 气焊后1～6小时内，应清除残留的焊剂和熔渣，防止焊件腐蚀。 焊后清洗工艺如下。
1）焊接后，将焊件放入40～50℃的热水箱中浸泡。 最好使用流动的热水。 用硬毛刷刷洗焊缝及焊缝附近残留的焊剂和熔渣，直至清除。
2) 将焊件浸入硝酸溶液中。 室温在25℃以上时，溶液浓度为15%～25%，浸泡时间为10～15分钟。 室温10～15℃时，溶液浓度20%～25%，浸泡时间15分钟。
3) 将焊件浸入流动热水（温度：40-50℃）的水槽中5-10分钟。
4）用冷水冲洗焊件5分钟。
5）将焊件自然干燥，或放入干燥箱中或用热风吹干。
2 铝合金钨极电弧焊（TIG焊）
又称钨极惰性气体保护电弧焊，利用钨极与工件之间形成的电弧产生的大量热量来熔化待焊区域，并添加填充焊丝以获得牢固的焊接接头。 铝的氩弧焊利用其“阴极雾化”特性自行去除氧化膜。 钨电极和焊缝区域受到喷嘴喷出的惰性气体的屏蔽和保护，防止焊接区域与周围空气发生反应。
TIG焊工艺最适合焊接厚度小于3毫米的薄板，工件变形明显小于气焊和手工电弧焊。 交流TIG焊阴极具有去除氧化膜的清洁作用，且不需要焊剂，从而避免焊后残留焊剂和熔渣对接头造成的腐蚀。 接头形式可以不受限制，焊缝成型良好，表面光亮。
氩气流对焊接区域的侵蚀，加速了接头的冷却，改善了接头的组织和性能，适合全位置焊接。 由于不使用焊剂，因此焊前清洁的要求比其他焊接方法更严格。
比较适合焊接铝合金的工艺方法是交流TIG焊和交流脉冲TIG焊，其次是直流反向TIG焊。 一般情况下，用交流电焊接铝合金时，在载流能力、电弧可控性、电弧清洁效果等方面都能达到最佳组合。 因此，铝合金的TIG焊大多采用交流电源。
采用直流正极接法（焊条接负极）时，工件表面产生热量，形成较深的熔深，对于一定尺寸的电极可采用较大的焊接电流。 即使厚截面也不需要预热，基材也几乎不变形。 虽然直流反接（电极接正极）TIG焊方法很少用于焊接铝，但该方法在连续焊接或修复管厚小于2.4的薄壁换热器和类似构件时存在熔深浅和电弧问题毫米。 具有控制方便、电弧净化效果好等优点。
(1)钨电极
钨的熔点为3410℃，是熔点最高的金属。 钨在高温下具有很强的电子发射能力。 钨电极中添加微量稀土元素钍、铈、锆等的氧化物后，电子逸出功显着降低，载流能力显着提高。 铝合金TIG焊时，钨极作为电极主要起到传导电流、引燃电弧和维持电弧正常燃烧的作用。 常用的钨电极材料分为纯钨、钍钨和铈钨。
(2)焊接工艺参数
为了获得优良的焊缝成形和焊接质量，应根据焊件的技术要求合理选择焊接工艺参数。 铝合金手动TIG焊的主要工艺参数包括电流类型、极性和电流大小、保护气体流量、钨极伸出长度、喷嘴到工件的距离等。自动TIG焊的工艺参数还包括电弧电压（弧长）、焊接速度和送丝速度。
工艺参数基于要焊接的材料和厚度。 首先确定钨电极的直径和形状、焊丝的直径、保护气体和流量、喷嘴孔径、焊接电流、电弧电压和焊接速度。 然后根据实际焊接效果调整相关参数，直至满足要求。 直到要求为止。
选择铝合金TIG焊工艺参数的要点如下。
1）喷嘴孔径和保护气体流量
铝合金TIG喷嘴直径为5~22mm； 保护气体流量一般为5~15L/min。
2）钨电极的伸出长度和喷嘴到工件的距离
钨极的突出长度一般对接焊缝为5～6mm，角焊缝为7～8mm。 喷嘴与工件的距离一般为10mm左右。
3）焊接电流和焊接电压与板厚、接头形式、焊接位置和焊工技术水平有关。
手工TIG焊时，采用交流电源，当焊接厚度小于6mm的铝合金时，最大焊接电流可根据电极直径d按公式I=(60～65)d确定。 电弧电压主要由电弧长度决定。 通常使弧长约等于钨电极的直径是合理的。
4）焊接速度
TIG焊接铝合金时，为了减少变形，应采用较快的焊接速度。 在手工TIG焊中，焊工一般根据熔池的大小、熔池的形状以及两侧的熔合情况随时调整焊接速度。 一般焊接速度为8～12m/h； 在自动TIG焊中，工艺参数设定后，焊接过程中焊接速度一般保持不变。
5）焊丝直径
一般由板厚和焊接电流决定，焊丝直径与两者成正比。
1）气孔产生的原因
氩气纯度低或氩气管道有水分或漏气； 焊丝或母材坡口焊前未清理或清理后被污垢、水分等污染； 焊接电流和焊接速度太大或太小； 熔池保护不良、电弧不稳定、电弧过长、钨电极伸出过长等。
预防措施
保证氩气管道，认真清理焊丝和焊件，清理后及时焊接，防止再次污染。 更新供气管道，选择合适的气体流量，调整钨电极伸出长度； 正确选择焊接工艺参数。 必要时可采用预热工艺，并可在焊接现场安装挡风装置，防止现场风吹过。
2）裂纹产生的原因
焊丝合金成分选择不当； 当焊缝中镁含量低于3%，或铁、硅杂质含量超过规定时，裂纹倾向增大； 当焊丝熔化温度较高时，会引起热影响区液化裂纹； 结构设计不合理，焊缝过于集中或加热区温度过高，造成接头应力过大； 高浊度长时间停留，结构过热； 电弧弧坑未填满，出现弧坑裂纹等。
预防措施
所选焊丝的成分必须与母材相匹配； 添加引弧板或使用电流衰减装置填充电弧坑； 正确设计焊接结构，合理布置焊缝，使焊缝尽可能避开应力集中区域，并选择合适的焊接顺序； 适当减小焊接电流或提高焊接速度。
3）焊接不完全的原因
焊接速度太快，电弧长度太长，焊件间隙、坡口角度、焊接电流都太小，钝边太大； 焊前未清除工件坡口边缘的毛刺和底边的污物； 焊枪和焊丝倾斜角度不正确。
预防措施
正确选择间隙、钝边、坡口角度和焊接工艺参数； 加强氧化膜、焊剂、炉渣、油污的清理； 提高操作技能等
4）焊缝夹钨的原因
接触电弧引燃引起； 钨极端部形状和焊接电流选择不合理，造成烙铁头脱落； 填充焊丝接触热钨电极尖端以及氧化气体使用不当。
预防措施
采用高频高压脉冲电弧； 根据所选电流采用合理的钨电极尖端形状； 减小焊接电流，增大钨极直径，缩短钨极伸出长度； 更新惰性气体； 提高操作技能，不要使用焊丝接触钨电极等。
5) 底切的原因
焊接电流太大、电弧电压太高、焊枪摆动不均匀、填充焊丝太少、焊接速度太快。
预防措施
减小焊接电流和电弧电压，保持焊枪摆动均匀，提高送丝速度或适当降低焊接速度。
3 铸件常规补焊工艺
铝合金铸件的常见缺陷可以采用氩弧焊工艺进行修复，其中交流TIG焊方法的补焊效果最好。
采用补焊工艺修复铸件缺陷时，除采用上述一般做法外，还要注意焊前清理焊丝和工件待焊部位，选择合理的焊丝材料，选择短弧以及小角度焊丝加丝方法进行焊接。 此外，实践中针对不同缺陷类型也有许多成功经验值得借鉴，如尽可能采用小电流焊接；
补焊所用焊丝的合金成分高于母材，以便在补焊过程中补充烧焦的合金，保持焊缝成分与母材一致； 有裂纹缺陷的铸件补焊前，应在两端钻止裂孔。 ; 焊接时，应先将待焊部位加热，并采用左手焊法填入焊丝，以利于观察焊缝熔化情况。 焊件熔化后，填入焊丝，形成充分润湿的熔池；
为了在缺陷尺寸较大时提高补焊效率，可以在传统TIG焊前在焊接位置表面涂上一层薄薄的表面活性剂（简称ATIG活化剂）。 焊接时，活化剂使焊接电弧收缩或熔池中的金属流动状态发生变化，引起焊缝熔深增加。 进行铝合金交流TIG焊时，在焊缝表面涂覆一层SiO2活化剂，以改变焊缝熔深，减少预热程序，减少焊接时间。 困难。
六，结论
铝合金的焊接和补焊通常可采用方便且成本低廉的TIG和MIG氩弧焊方法。 采用高能束焊、搅拌摩擦焊等铝合金焊接新工艺，可以有效避免合金元素烧损、接头软化、焊接变形等问题。 特别是搅拌摩擦焊是固相连接，绿色环保。
采用常规补焊方法修复铝合金铸件缺陷时，为避免焊接缺陷，应注意焊前清理、选择合理的焊丝填充物、正确的焊接工艺规范。 通常应采用交流TIG 修复焊。
当铸造缺陷特殊且满足条件时，可根据实际情况采用特殊的补焊方法，以提高铝合金铸件的补焊质量。
