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常用鋁合金焊絲選擇的經驗之談
2021-06-16 來源:勝隆機電 作者:

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焊絲的一般適用情況

鋁合金填充金屬ER4043和ER5356是鋁加工行業(yè)中使用最廣泛的兩種填充金屬,使用歷史已超過65年。由于太過于耳熟能詳,所以有人會認為這兩種填充金屬可以搞定所有鋁合金的焊接。很顯然,這是不正確的,在一些特殊應用中,往往需要其他填充金屬來產生適合特定要求的焊縫。

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但是,在日常的大部分焊接應用中,ER4043或ER5356就足夠了。一般認為,所有可弧焊的6系鋁合金,如6005、6061、6063、6082、6351,以及所有5系鋁合金,都可以使用ER5356進行焊接。另外,所有可弧焊的6系鋁合金,以及鎂元素含量低于2.5%的5系鋁合金,如5005、5050和5052,都可以使用ER4043進行焊接。但是單從母材化學成分角度來考慮焊絲的選擇具有很大的局限性,因此,在選擇這兩種焊絲前,最好能考慮以下關于這些填充金屬的特點。

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焊絲實際應用特點

常見鋁合金填充金屬的一個基本常識就是,ER4043是以添加5%硅為主的鋁填充金屬,ER5356是以添加5%鎂為主的鋁填充金屬。

(1) ER4043不建議用于焊接任何鎂含量超過2.5%的鎂基合金(5系列),如5086或5083等,這主要是由于ER4043填充金屬中大量的硅元素會與母材中的鎂元素結合,降低的機械性能。

(2) ER4043能夠適用于工作溫度超過150℉(66℃)的工作環(huán)境。與之相反,ER5356填充金屬由于含有5%的鎂,不適用于長時間的高溫環(huán)境。如果在這樣的環(huán)境中使用,可能會導致對鋁鎂基體具有高度陽極性的沉淀物形成一個連續(xù)的晶界網。這進而會導致焊接結構的過早失效。

(3) ER4043填充金屬在焊態(tài)下的延展性比ER5356的低。如果在焊后需要成型,請務必考慮這一特點。此外,如果使用ER4043,由于這種延展性的差異,在進行焊接工藝評定和焊工技能鑒定的導向彎曲試驗時,需要設定特殊的彎曲合格標準。

(4) ER4043焊絲比ER5356的更軟。通常情況下,當進行氣體金屬電弧焊(GMAW)時,其焊絲的進給性相較而言更差些。與鋼相比,任何鋁焊絲的進給性都是一個問題,尤其是直徑較小的焊絲。硬度較低的填充金屬,如1xxx和4xxx系列,會使這個問題更加復雜。

(5) ER4043填充金屬通常比ER5356提供更高的可焊性等級和更低的裂紋敏感性。ER4043產生的焊縫通常具有更好的外觀、更平滑的表面、更少的飛濺和更少的焊縫污點。因此,ER4043填充金屬對焊工而言更有吸引力。

(6) 如果焊后有陽極氧化的要求,則不推薦使用ER4043填充金屬,因為它通常會在陽極氧化過程后變成深灰色。而ER5356在陽極氧化后會提供更接近的顏色匹配,特別是在6系鋁合金中。

(7) 當要求全熔透焊縫橫向抗拉強度滿足基體金屬需求時(通常用于焊接工藝評定),ER5356填充金屬通常僅能滿足5005、5050、5052和5086的最低焊接強度要求,對于5083和5456等,它可能無法滿足其最低焊接強度要求。

(8) ER4043的抗拉強度比ER5356低。較低的強度也涉及到剪切強度,這在計算角焊縫的尺寸時很重要。ER4043的名義焊態(tài)抗拉強度約為24 ksi,而ER5356的名義焊態(tài)抗拉強度約為35 ksi。二者差異是很大的,如果沒有充分理解和考慮,很可能會影響焊接結構的使用性能。

4043和5356填充金屬的新替代品

2011年,一種新的鋁合金填充金屬4943在鋁業(yè)協會注冊,并作為一種新的分類加入2012年版美國國家標準——美國焊接協會(AWS)A5.10《焊接耗材--鋁和鋁合金焊接用焊條、焊絲和焊棒》,其具體分類為ER4943和R4943。該鋁合金填充金屬的設計目的是提供一種具有ER4043相同積極特點、同時具有更高的焊態(tài)抗拉強度的填充金屬。填充金屬4943被ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范第九章和AWS B2.1《焊接程序和性能鑒定規(guī)范》認定為與4043(F23)具有相同的FNumber。在名義焊態(tài)抗拉強度方面,ER4943(30 ksi)介于ER4043(24 ksi)和ER5356(35 ksi)之間。ER4943可用于ER4043適用的所有應用環(huán)境,并具有相同的限制。但是,4043、5356和4943之間的一個顯著區(qū)別就是--4943是一種可熱處理的填充金屬!而4043和5356并不是。填充金屬ER4943用于6系鋁合金的焊后熱處理時,可以獲得非常優(yōu)異的效果。

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結語

很多鋁合金都可以使用4043、4943或5356填充金屬進行焊接。但是根據上面介紹的各種鋁合金填充金屬特性來看,如果想選擇最恰當的填充金屬,焊后結構的應用和服務條件通常是主導因素。在考慮選擇填充金屬時,可以使用填充金屬選擇表來協助選擇最合適的填充金屬。此外,要進行工藝評定性能測試,以評估所選的填充金屬并驗證其性能特點。

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