近年来，铝在制造业中的使用变得越来越普遍，因为它的重量轻和其他特性使它成为钢的一个有吸引力的替代品。事实上，铝焊接市场预计将以每年5.5%的速度增长，这主要是基于汽车行业将继续增加铝的使用的假设。

但是，在钢焊接中经验的人将找到铝，以不同的品种 - 钢的正常焊接特性并不总是适用于铝。例如，如果不遵守适当的程序，铝的高导热率和低熔点可以很容易地导致烧焦和翘曲问题。

在本文中，我们将首先看看各种合金元素以及它们如何影响铝;然后我们将注意我们注意焊接程序和将产生最佳质量焊缝的参数。最后，我们将研究一些新的技术突破，使焊接铝变得更轻松。

合金元素
要了解铝，你必须首先了解一些关于铝冶金的基础知识。铝可以与许多不同的元素，包括初级和次要的合金，以提供更高的强度，耐腐蚀性和/或一般焊接性。

与铝合为合金的主要元素有铜、硅、锰、镁和锌。但是，在我们详细研究它们以及它们对铝的影响之前，需要注意的是，这些合金分为两类:可热处理的和不可热处理的。

可热处理合金与不可热处理合金
热处理合金是焊接后可以加热的合金，以重新焊接在焊接过程中损失的强度。加热处理合金意味着在高温下加热它，将合金化元素放入固溶液中，然后以将产生过饱和溶液的速率冷却。该方法中的下一步是在足够较低的温度下保持它以允许合金元素的受控沉淀量。

对于不可热处理的合金，可以通过冷加工或应变硬化来提高强度。要做到这一点，金属结构必须发生机械变形，从而增加抗应变能力，产生更高的强度和较低的延展性。

进一步的区分
为了进一步指定铝合金，还可以通过回火名称对其进行分类，如下所示：F=制造状态，O=退火状态，H=应变硬化状态；W=固溶热处理，T=热处理，可指定为热处理或冷加工时效。例如，合金的名称可能为2014 T6。这意味着它与铜（2XXX系列）合金化，T6指的是它经过固溶热处理和人工时效。

为了本文的目的，我们将讨论变形合金，这是那些铝合金从锭或挤压与客户指定的形状。但请注意，合金也可以分为铸造合金。铸造合金是指将熔化的铝合金倒入模具中制造零件的合金。铸造合金可沉淀硬化，但决不可应变硬化。这些合金的可焊性受到铸造类型的影响——永久型、压铸型和砂型——因为铸造表面是焊接成功的关键。一个三位数，加上一个小数点，即2xx。X表示铸造合金。铝铸件的可焊等级分别为319.0、355.0、356.0、443.0、444.0、520.0、535.0、710.0、712.0。

合金元素
现在，你已经了解了一些术语，让我们来看看不同的合金元素:

铜（带有2xxx系列的锻造合金指定）为铝提供高强度。该系列是可热处理的，主要用于飞机发动机部件，铆钉和螺杆产品。由于它们对热裂纹的敏感性，大多数2xxx系列合金被认为是弧焊的差。这些合金通常用4043或4145系列填充电极焊接，具有低熔点以降低热裂化的概率。这是合金2014,2219和2519，可轻松焊接2319填充丝。

锰（3xxx系列）添加到铝中，产生一种用于通用制造和积聚的非热处理系列。适度的强度，3xxx系列用于形成包括效用和范拖车板的应用。通过应变硬化得到改善，以提供良好的延展性和改善的腐蚀性。通常用4043或5356电极焊接，3xxx系列优异焊接，不容易发生热裂纹。其中等优势确实可以防止该系列用于结构应用。

硅(4XXX系列)降低了铝的熔点，提高了流动性。其主要用途是作为填充金属。4XXX系列具有良好的可焊性，被认为是一种不可热处理的合金。合金4047正成为汽车工业的首选合金，因为它是非常流动性和良好的钎焊和焊接。

镁(5XXX系列)加入铝中，具有优良的可焊性，强度损失极小，基本不容易发生热裂。事实上，5XXX系列具有最高的强度的非热处理铝合金。由于其耐腐蚀性能，可用于高温下的化学储罐和压力容器以及结构应用、铁路车辆、自卸车和桥梁。与4XXX系列钎料焊接时，由于Mg2Si的形成，其延展性降低。

硅和镁（6xxx系列）结合用作该中等强度，可热处理系列的合金元素。它主要用于汽车，管道，栏杆，结构和挤出应用。6xxx系列有点容易出现热裂缝，但是通过正确选择关节和填充金属可以克服这个问题。该系列可以用5xxx或4xxx系列焊接而不会破裂 - 充分稀释的基础合金具有选定的填充合金至关重要。4043电极是与本系列一起使用的电极最常见的。

锌(7XXX系列)在铝中加入镁和铜，可制成强度最高的热处理铝合金。它主要用于飞机工业。7XXX系列的可焊性在较高的铜等级中受到影响，因为这些等级中的许多都是裂纹敏感的(由于熔化范围宽和低固相熔化温度)。7005级和7039级可焊接5XXX填料。

其他元素(8XXX系列)铝(即锂)合金均属于本系列。尽管这些合金具有很好的刚性，并且主要用于航空航天工业，但大多数合金通常不能焊接。这些可热处理合金的填充金属选择包括4XXX系列。

纯铝(1XXX系列)虽然不是合金元素，但被认为是不可热处理的，由于其优异的耐腐蚀性能，主要用于化学容器和管道中。由于其优良的导电性，该系列也用于电母线导体。1XXX系列易于与1100和4043合金焊接。

除了初级铝合金元素之外，还有许多二次元素，包括铬，铁，锆，钒，铋，镍和钛。这些元件与铝相结合，以提供改善的耐腐蚀性，提高强度和更好的热处理性。

物理性质
现在你已经有了铝冶金的基本背景，我们将进入基本金属铝的物理性能，以及它与其他金属(主要是钢)的比较。

为此许多工作的铝被指定的原因是其物理性质。例如，铝比钢较轻三倍，并且在用合适的元件合金时提供更高的强度。它可以比钢六倍的电力六倍，比不锈钢近30倍。与钢相比，这种高电导率使电气粘滞的效果变得不太明显（天然气金属弧焊）的效果（我们将在本文后面更详细地覆盖这个概念）。

此外，铝具有优异的耐腐蚀性，易于成型和连接，并且对食品应用无毒。因为它是非磁性的，所以在焊接过程中电弧吹扫不是问题。铝的导热率是钢的五倍，并且粘性较小，因此铝很容易被焊错位置。尽管如此，铝也有它的缺点，因为它的高导热性倾向于充当散热器，使得熔化和渗透更加困难。

由于铝具有相同的电线尺寸的低熔点1,200度（钢的一半），因此铝的过渡电流远低于钢的过渡电流。而且，对于相同的焊接电流，燃烧速率约为钢的两倍。

化学性质
就化学成分而言，铝具有液体形式中的氢原子的最大最大溶解度和在凝固点处的低溶解度。这意味着即使溶解在液体焊接金属中的少量氢气也会倾向于逃逸，因为铝凝固和孔隙率可能发生 - 在焊接过程中令人担忧的重要原因。

此外，铝与氧结合，形成铝氧化层，因为它是机械加工。这一层非常多孔，很容易阻隔水分、油脂和其他物质。氧化物具有优异的耐腐蚀性，但必须在焊接前取下，因为它的熔点高(3700华氏度)，防止熔化。使用机械清洗、溶剂、化学蚀刻和清洗来取下氧化层。

机械性能
铝基合金和填充合金的选择对拉伸强度、屈服率和伸长率等力学性能有影响。对于坡口焊缝，热影响区(HAZ)决定了接头的强度。在非热处理的铝合金中，热影响区将被完全退火，而热影响区将是最薄弱的一点。可热处理的合金需要更长时间的退火温度和缓慢冷却，以完全退火，因此焊接强度的影响较小。诸如预热、缺少道间冷却、以及从缓慢的编织焊道输入过多的热量等项目都会增加峰值温度和温度下的时间，这意味着可能无法满足最小强度水平。

对于角焊缝，强度取决于用于焊接接头的填充合金的成分。在结构应用中，选用5XXX代替4XXX系列填料可提供两倍强度。

使用匹配填料时，非热处理合金提供出色的延展性，但较低的延展性由用4xxx系列制成的焊缝。热处理合金不表现出高延展性，焊后热处理通常会降低延展性。

把冶金学提升到一个新的水平
现在我们有了一些铝冶金的背景知识，我们现在想把这些知识应用到合金的实际焊接中。为了做到这一点，我们将首先看一看在铝上产生突出的焊接特性的技术，解决常见的问题，如低渗透，高飞溅水平，烧穿和气孔。

今天的快速响应逆变器使用林肯的专利波形控制技术™精确控制焊接波形，更有效地控制熔滴转移。这减少了由低密度铝造成的飞溅量，而高能脉冲峰值确保适当的渗透。

此外，由于化学变化极大地改变了合金的物理性能，这些定制波形可以为特定的合金设计，以最适合被焊接的物理性能。

因为铝在其液态的氢气中具有高的最大溶解度，并且在其凝固点处的低溶解度，脉冲输出波形进一步设计成通过尽可能低的输出来最小化电弧长度并降低孔隙率的可能性。

林肯最近通过Wave Designer Software®将定制波形提升到下一个水平。该软件允许焊接工程师和操作人员在他们的pc上操作和修改焊接波形，实时从焊接设备传来。当与逆变器结合使用时，这将创造高质量、定制的性能。

新的焊接方法
使用恒流电源进行铝的气体保护金属电弧焊有很长的和非常成功的历史。使用“drooper”输出有助于实现铝的高能量轴向喷射转换模式，即使电弧长度发生变化，也能以适当的焊接电流做出均匀一致的响应。恒流的结果是贯穿给定焊缝长度的熔透是一致的。

电弧控制的发展导致了软件控制逆变电源的发展。林肯电气公司将使用软件“优化”铝GMAW的电弧特性提升到了一个新的水平，这就是众所周知的波形控制技术。改进后的恒流输出用于非常高速的协同脉冲输出，该脉冲输出结合了铝恒流GMAW的许多优点。这些好处包括脉冲峰值期间出现的高能量输入。脉冲峰值有助于在给定焊缝的整个长度上提供一致的熔透轮廓，脉冲的优点还包括减少飞溅水平、提高有效行驶速度改善胶泥流动性、减少热量输入和降低变形水平。

林肯电气的波形控制技术™将脉冲提升到一个新的水平。该技术允许焊接波形被操纵，以形成“完美的”，用户定义，波形为一个特定的应用。这种波形控制技术及其提供的定制，可以在高度开发的软件中找到，如林肯的Power Wave®逆变电源。能量波可以用两种方式中的任何一种来利用。操作人员可以选择预先编程的焊接波形，工程师也可以使用Lincoln的Wave Designer™软件定制自己的波形。这些波形是在PC上产生的，可以被编程到能量波中。

波形剖析
但是Wave Designer Pro提供的波形控制技术到底是什么呢?有了这项技术，电源可以即时响应软件的变化要求。请记住，“波形”是用来确定电极单个熔滴的性能特征的方法。波形下的面积决定了施加在单个液滴上的能量。将电流提高到高于过渡电流的水平，进行几毫秒的喷雾转移。在此期间，熔滴形成、分离，并开始穿越电弧。现在可以在熔滴下降过程中对其施加额外的能量，使其保持或增加流动性。脉冲现在移动到一个低背景电流，维持电弧冷却周期，但为推进到下一个脉冲峰值做好准备。

让我们详细看看波形。前侧翼（a）是峰的升高，在每毫秒的安培中测量，其中熔融液滴形成在电极的末端。随着熔融液滴达到峰值，它可以脱离。百分比的电流“过冲”（b），提供电弧刚度，并且它有助于从电极的端部分离熔融液滴。在峰值下花费的时间决定了液滴尺寸;更少的时间导致较大的液滴和更多时间导致较小的液滴。从这里，分离的熔融液滴受到后侧翼供应的能量的影响。后侧侧面由尾部，（d）和步骤组成，（e）。如果增加，尾部可以向熔融液滴增加能量。它可以有助于疏水性流动性，特别是当挡块速度降低时。 Stepoff is the place where tailout ends but it has impact on the stability of the anode and manipulation of stepoff can result in the elimination of fine droplet overspray. From this point the waveform moves to the background current, (F), where the arc is sustained. The time at the background current as it decreases has the effect of increasing the pulse frequency. The higher the pulse frequency, the higher the average current will become. Increasing frequency will result in a more focused arc.

以选择性的方式叠加在波形上是协同脉冲GMAW的“自适应”特性。自适应(adaptivity)是指电弧在电棍变化的情况下仍能保持一定长度的能力。这是一个重要的提高焊缝一致性和健全焊缝金属。

通过操纵波形优化流程
操纵波形可对行程速度、最终焊道外观、焊后清理和焊接烟尘水平产生可预测的影响。在Wave Designer Pro中操纵波形的真正美妙之处在于为波形创建视觉外观是多么容易。然后，用户可以在PC Windows中进行实时“拖放”更改™ arc运行时的环境。实时变化，或可在五通道电弧镜上查看电弧，其中可即时查看电流峰值、电压峰值、功率和热输入计算。ArcScope以10KHz的频率采集数据，是Wave Designer软件的一个有价值的可选附件。ArcScope为工程师提供了所创建波形的可视化编译。可以进行评论和调整，以进一步优化波形。

在薄，.035“，铝基材料，我们可以减少热输入，减少失真，消除飞溅，消除冷圈，并消除波形技术的燃烧。这在可以从脉冲的GMAW受益的应用中反复进行。可以创建焊接程序，这将适用于非常具体的送料速度和/或电流范围，或者可以创建它们以遵循具有宽范围的送丝速度的非常宽的材料厚度。

结论
铝有许多有吸引力的属性，使其成为一系列应用的首选材料，尽管它可以与焊缝不同。但是，通过对市场上的冶金和最新工具和技术的良好理解，可以成功地处理铝。