鋁合金觀察門的設計與焊接

山東迅力特種汽車有限公司 （山東臨清 252600） 于 靜

鋁及鋁合金具有良好的耐蝕性，較高的比強度、導電性及導熱性好等特點，在航空航天、汽車、機械制造及化學工業中得到大量應用。我公司生產的運水掛車是集汲水、運水、供水于一體的野營供水裝備，主要用于供水伴隨保障，其中箱體后面開有兩個觀察口，各安裝一個觀察門（見圖1）。由于要求外觀質量比較高，強度中等，塑性及耐蝕性好，所以觀察門材料采用鋁鎂硅合金6063。

圖1

1.結構分析

觀察門由門外框、內門組成，結構如圖2所示。內門由門內框、門外護面、門內護面、隔熱層和門鎖組成，門外框、內門用不銹鋼長合頁鉚接在一起。

門外框由型材下料后焊接而成，門外框型材的形式如圖3所示。門內框由型材下料后焊接而成，門內框型材的形式如圖4所示。

圖2

圖3

圖4

2.鋁合金焊接性

鋁合金6063中的主要合金元素為鎂與硅，具有加工性能較好、優良的焊接性、擠出性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性，易于拋光、上色膜，陽極氧化效果優良，是典型的擠壓合金。由于鋁合金具有獨特的物理性能，故在焊接時會產生一系列的困難和特點。

（1）易氧化 鋁和氧的親和力很大，生成的氧化鋁薄膜會阻礙金屬之間的良好結合，造成熔合不良與夾渣。另外，焊接過程中合金元素也易被氧化和蒸發。

（2）易產生氣孔 液態鋁合金溶解氫的能力很強，在凝固過程中來不及析出而聚集在焊縫中形成氣孔。

（3）易燒穿 鋁合金由固態轉變成液態時，沒有顯著的顏色變化，所以不易判斷母材溫度。另外溫度升高時，鋁的機械強度降低，在370℃時僅為10MPa，為此焊接時常因溫度過高無法察覺而導致燒穿。

（4）熱裂紋 鋁的線膨脹系數比鋼將近大1倍，而凝固時的收縮率又比鐵大2倍，因此鋁焊件的焊接應力大。此外，當成分中的雜質超過規定范圍時，在熔池中將形成較多的低熔點共晶。兩者共同作用的結果，在焊縫中就容易產生熱裂紋。

（5）接頭不等強度 鋁合金焊接時由于熱影響區受熱而發生軟化，因強度降低而使焊接接頭與母材無法達到等強度。

3.焊接工藝

（1）焊接方法 因為氣焊設備簡單，無需電源，操作方便靈活，常用于焊接厚度較薄及尺寸較小的鋁及鋁合金構件，以及補焊鋁及鋁合金構件和鋁鑄件。因此，采用氣焊焊接鋁觀察門。

（2）焊接材料的選擇 焊絲采用鋁鎂硅合金焊絲HS311， φ3mm。氣焊溶劑是各種鉀、鈉、鋰及鈣等元素的氯化物和氟化物的粉末混合物，可選用CJ401。也可按附表配方配制其他溶劑。

溶劑配方（質量分數） （%）

（3）焊前準備 鋁合金焊接時，要求焊前嚴格清除工件坡口及焊絲表面的氧化膜和油污。清洗質量將直接影響焊接工藝與接頭的質量，通常采用化學清理和機械清理兩種方法。

焊件待焊處兩側各20mm表面應徹底清理干凈，不應有任何油脂、污漬、油漆標記、氧化皮和其他雜質。先用布砂輪進行打磨，然后用丙酮或酒精進行擦洗，以避免這些有機物質進入焊縫而影響焊接接頭耐腐蝕性能。

（4）火焰和焊嘴的選擇 鋁合金的氣焊采用中性氧乙炔焰或輕微碳化氧乙炔焰。焊嘴的大小應根據焊件厚度、坡口形式、焊接位置及焊工的技術水平高低而定，由于鋁觀察門所用型材厚度為2～3mm，焊絲φ2mm，所以采用射吸式焊炬H01～6，焊嘴號碼為3號，焊嘴孔徑為1.1mm。

（5）操作要領 焊接鋼鐵材料時，可以從鋼材的顏色變化判斷加熱的溫度。但焊鋁時，卻沒有這個方便條件，可根據以下現象掌握施焊時機。

第一，當被加熱的工件表面由光亮銀白色變成暗淡的銀白色，表面氧化膜起皺，加熱處金屬有波動現象時，表明即將達到熔化溫度，可以施焊。

第二，用蘸有氣焊熔劑的焊絲端頭觸及被加熱處，焊絲與母材能熔合時，即達到熔化溫度，可以施焊。

第三，母材邊棱有倒下現象時，母材達到熔化溫度，可以施焊。

鋁觀察門的氣焊采用左焊法，焊絲位于焊接火焰之前，這種焊法因火焰指向未焊的冷金屬，熱量散失一部分，有利于防止熔池過熱、熱影響區金屬晶粒長大和燒穿。焊工操作時，焊嘴傾角為30°～45°，焊絲傾角為40°～50°；起焊時，因工件是冷的，一般不宜焊透，所以焊嘴的傾角要相應大一些；終焊時，因工件已被加熱到較高溫度，為保證焊縫成形，焊嘴傾角要適當減小。

（6）焊后清理 焊后留在焊縫及鄰近的殘存熔劑和焊渣，需及時清理干凈，否則在空氣、水分的作用下會破壞防腐作用的氧化鋁薄膜，而腐蝕鋁件。為此我們采用了如下工序：

第一，焊后將焊件放入40～50℃的熱水槽中浸漬，最好用流動的熱水，用硬毛刷清理焊縫及焊縫附近殘留溶劑、熔渣的地方，直到清除干凈。

第二，將焊件浸入硝酸溶液中，當室溫為25℃以上時，溶液濃度15%～25%，浸漬時間為10～15min。室溫為10～15℃時，溶液濃度20%～25%，浸漬時間為15min。

第三，將焊件置于流動熱水（溫度為40～50℃）的槽中浸漬5～10min。

第四，用冷水將焊件沖洗5min。

第五，將焊件自然晾干，也可放在干燥箱中烘干或用熱空氣吹干。

4.結語

用氧乙炔焰氣焊焊接鋁合金，設備簡單，操作方便靈活，只要嚴格控制焊接工藝，焊前清理及焊后清洗，鋁合金觀察的焊接質量便可達到技術要求。