淺談鋁合金薄板材的焊接措施

李朝陽

（中國電建集團湖北工程有限公司 湖北 武漢 430040）

淺談鋁合金薄板材的焊接措施

李朝陽

（中國電建集團湖北工程有限公司 湖北 武漢 430040）

隨著社會經濟的飛速發展，鋁合金的焊接技術在一定程度上取得了很大的進步，除了較為常用的MIG焊（熔化極惰性氣體保護焊）之外，等離子弧焊、真空電子束焊、激光焊、攪拌摩擦焊等的應用也越來越廣泛。此類方法的推廣使得原本難以焊接的鋁合金材料獲得了高質量的焊接產品，焊接技術的進步對鋁合金的應用及推廣有深遠影響，本文將初步探討鋁合金薄板材的焊接措施，以供相關人士參考。

鋁合金；焊接；鋁合金的推廣

近年來，鋁合金的用途不斷滲透到各行各業，在電站工程、工民建工程、汽車制造業、造船業、容器制造業、體育器材業以及國防和航天航空都廣泛的應用著鋁合金。據統計，市場上合金的產量僅次于鋼鐵。鋁合金的快速推廣也使得鋁合金焊接技術得到了突飛猛進的發展，鋁合金由于自身的優良特性，廣泛的應用在各種焊接結構產品中，然而在鋁合金的焊接中仍存在一些難點，增加了實際工作中的難度。

1 鋁合金的特性

1.1 導熱率高，比熱容大

這一特性使得鋁合金在焊接時，電弧的熱量極易向周圍擴散，為了保證焊接時的高溫，必然要消耗大量的能量。在焊接的過程中，若按照焊接鋼材的方式對鋁合金進行焊接，往往會導致鋁合金過熱；若處在熔點左右的溫度，鋁并不變紅，稍有疏忽，會

影響焊道下垂，導致燒穿[1]。

1.2 還原性強

鋁的還原性較鋼材強，因此暴露在空氣中易與空氣里的氧氣發生氧化還原反應，表面產生一層氧化薄膜，這層薄膜的熔點極高，在后期的焊接過程中易產生缺陷[2]。

1.3 對H2敏感

鋼和鋁在電弧下的熔融溫度都在2000℃左右，在此高溫下鋁合金會吸收大量的H2，待溫度下降至凝固溫度鋁合金冷卻過程中，會因溶解度差釋放出H2，釋放的H2形成氣泡存在固相金屬中，相對于鋼，鋁在此過程中產生的H2氣泡為鋼材約40倍。

1.4 線膨脹系數大

鋁的這一特性主要表現在熱變形大及焊后變形大兩方面。若為了控制變形加大后板，鋁的輕量化這一優勢將會喪失，因此基于鋁的這一特性，在實際工作中對熱輸入的控制當嚴格把關[3]。

2 鋁合金薄板材焊接中存在問題

2.1 氣孔的產生

氣孔的產生是由于H2。焊接過程中不同來源的H2所占比例也不同，大致上包括保護氣體中原含有的H2、來自電極焊絲的H2、來自母材的H2和由于空氣卷入而產生的H2。氫在業態金屬中的溶解度隨溫度的變化幅度較大，加上鋁的導熱性能好，焊縫凝固時間短，導致H2來不及逸出鋁合金表面，形成氣孔。一般而言，鋁的純度越高產生氣孔的概率越大。

2.2 易開裂

鋁合金的凝固需要一定的溫度環境。在開始凝固時溫度較高，焊縫呈固液態，且液態金屬含量較多，此時未凝固的液態金屬可對收縮量進行補充；凝固后期的溫度處于凝固溫度區間下限，焊縫呈固態，液態金屬含量少，以間層狀存在，易產生較大程度的收縮，加之沒有足夠的液體補充，導致形成裂紋。一般而言，純鋁不易產生凝固裂紋[4]。

2.3 熔化時無顏色變化

鋁液化的過程中沒有顏色變化，溫度稍高就會導致金屬塌陷熔池燒穿。除此之外，由于鋁的表面有一層保護膜覆蓋，增加了液化過程中觀察母材熔化熔合的難度，稍有疏忽都會導致整個接頭塌落。

3 鋁合金薄板材焊接措施

3.1 焊絲的選擇

焊絲的選擇，要優先選擇大直徑規格的焊絲。對于6005A、6082、5083母材來說，一般選擇的焊絲牌號為 5087/Al-Ng4.5MnZr，5078焊絲因其良好的抗裂性能和抗氣孔性能，在實際工作中為鋁合金的焊接帶來了很多優勢。一般而言，大規格焊絲的表面積較小焊絲小，在焊接過程中大規格焊絲的表面污染面較小焊絲小，能減少焊接過程的難度，焊接質量更容易達到要求。不僅如此，大直徑的焊絲在送絲過程中更容易操作[5]。

3.2 保護氣體的選用

由于惰性氣體在化學上具有持久的中性，在高溫的情況下不與熔化的金屬或空氣中的氧氣發生化學反應，在鋁及鋁合金的電弧焊中會專門使用惰性氣體作為保護氣體。焊接中常選用的保護氣體有氬氣和氦氣，一般而言，焊接中采用的氬氣和氦氣純度都必須在99.99%以上，焊接時的保護氣體能夠有效的防止空氣進入熔池，對處于高溫的金屬進行保護。純氬氣的特點是電弧穩定、引弧方便，氦氣的導熱性是氬氣的9倍，相比于氬氣，焊接速度更快，氣孔產生小，熔深增加。氣體的流量也要嚴格控制，過大造成紊流，導致熔池保護不充分，空氣進入熔池與金屬發生化學反應，對焊縫的性能造成一定的影響，易產生焊縫氣孔。

3.3 焊接前的清理工作

為了保證鋁合金的抗腐蝕能力，在焊接鋁合金前必須做好最干凈的準備工作。大致包括三點：焊接前清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面氧化物、焊接過程中合格的保護氣體進行保護、焊接時及時用焊絲挑破熔池表面氧化膜。除此之外，焊接鋁合金應該與焊鋼徹底區分，焊接使用的工具要嚴格分開，焊鋼用過的工具嚴禁和焊接鋁合金的工具混用；盡可能的使用不銹鋼刷或者丙酮清洗來處理焊縫區域的氧化膜雜質，切忌用砂輪打磨（砂輪打磨只會使氧化膜與焊材表面融合，而不是真正意義上的清除，除此之外，打磨過程中一些砂輪上的雜質也會進入焊縫，導致熱裂紋）；鋁表面的氧化膜（Al2O3）在極短時間內易重復生成，為避免氧化膜的堆積，清理完焊縫之后應立即進行施焊，以防影響焊縫的性能。

3.4 規范參數的選擇

鋁合金比鋼材的物化性能差，在實際工作中要根據鋁合金的焊接特性確定其焊接的規范參數。鋁合金導熱系數大，散熱較快，在相同的焊接速度下，鋁合金焊接時輸入的熱量約為鋼材的2～4倍，焊接時如果輸入的熱量不夠，容易導致熔深不足甚至未熔合，尤其是在焊縫起頭的部位。

3.5 工裝的選用

為減小工裝與工件的接觸面積，鋁合金焊接最好選用點接觸的形式。工裝與工件的面接觸會帶走工件熱量，加速熔池的凝固，不利于焊縫氣孔的排放。對工裝液壓系統的壓力控制在9～ 9.5MPa左右為宜，壓力過小或過大，都達不到焊接的預期效果，加之鋁合金的線膨脹系數大，焊接過程中產生的較大熱應力可能會引起鋁合金結構的開裂。

3.6 焊后的清理工作

鋁合金焊接后的清理工作是一項重要的措施，能夠對鋁合金進行有效的保護，提高焊接的質量，具體措施如下：

（1）在熱水中用硬毛刷對焊接接頭進行有效的清洗；

（2）將焊件置于2～3%的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液，溫度控制在60～80℃左右，用硬毛刷進行清洗5～10min。若是在質量分數為10%的硝酸溶液中，則溫度控制為15～20℃，浸洗時間為10～20min；

（3）用熱空氣吹干焊件或干燥箱內烘干（溫度控制在100℃左右）。

4 結束語

隨著激光焊、電弧復合焊、雙束激光焊及摩擦攪拌焊的使用越來越廣泛，鋁合金焊接技術也得到了進一步的提升。焊接技術是鋁合金在工業領域中擴大應用范圍的關鍵技術之一，必須得到進一步的發展。隨著新的焊機技術及新工藝的不斷成熟，必將取代原本傳統的TIG焊和MIG焊，鋁合金產品的質量也將提升到新的高度。落實到相關的工作人員身上，必須在實際工作中認真負責，減少工作中的誤差，只有每一個人都明白自己的使命所在，才能將工作做到最好，走向鋁合金行業更高更新的舞臺。

[1]張文毓.鋁合金焊接技術研究進展[J].輕金屬.2013，04（15）：53～56.

[2]楊淑芳，樓松年，薛小懷.鋁合金焊接技術[J].造船技術，2013，05（28）：27～30.

[3]楊宗輝，孫孝純.現代鋁合金焊接技術[J].鋁加工，2013，06（11）：19～24.

[4]農琪，謝業東，金長義，鄧開豪，石秋紅.鋁合金焊接技術的研究現狀與展望[J].熱加工工藝，2013，09（20）：160～165.

[5]龐濤.鋁合金焊接技術的研究現狀及發展趨勢[J].黑龍江科技信息，2009，14（22）：33～34.

TG44

A

1673-0038（2015）37-0271-02

2015-8-13

李朝陽（1981-），男，湖北武漢人，工程師，本科，從事電力工程管理及開發工作。