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。
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。
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境。如果在這樣的環境中使用,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的名義焊態抗拉強度約為24 ksi,而ER5356的名義焊態抗拉強度約為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抗拉強度的填充金屬。填充金屬4943被ASME鍋爐和壓力容器規范第九章和AWS B2.1《焊接程序和性能鑒定規范》認定為與4043(F23)具有相同的FNumber。在名義焊態抗拉強度方面,ER4943(30 ksi)介于ER4043(24 ksi)和ER5356(35 ksi)之間。ER4943可用于ER4043適用的所有應用環境,并具有相同的限制。但是,4043、5356和4943之間的一個顯著區別就是--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,可以獲得非常優異的效果。
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。