鋁合金薄板焊接技術

祁春生 劉曉軍 呂士偉

摘要：鋁合金薄板焊接技術目前焊接方面難度較大的一種焊接項目，如何能焊接出好的焊接接頭，選用合理的焊接方法起到關鍵的作用。簡單介紹了鋁合金薄板的焊接技術、特點。

關鍵詞? 鋁及鋁合金? 手工氬弧焊? 焊接特點

鋁及其鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。隨著近年來科學技術以及工業經濟的飛速發展，對鋁合金焊接構件的日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展，同時焊接技術的發展又拓展了鋁合金的應用領域，因此鋁合金的焊接技術正成為研究的熱點之一。

一、鋁合金的分類

鋁合金可分為變形鋁合金（雙分為非熱處理強化鋁合金、熱處理強化鋁合金兩類）鑄造鋁合金。變形鋁合金是指經不同的壓力加工方法制成的板、帶、管、型、條等半成品材料，鑄造鋁合金以合金鑄錠供應。

1、非熱處理強化鋁合金

非熱處理強化鋁合金通過加工硬化、固溶強化提高力學性能，特點是強度中等、塑性及耐腐蝕性好，又稱防銹鋁，原先代號為LFXX，AL-Mn合金和AL-Mg合金屬于防銹鋁合金，不能熱處理強化，但強化度比純鋁高，并且具有優異的抗腐蝕性和良好的焊接性，是目前焊接結構中應用最廣泛的鋁合金、超硬鋁、鍛鋁等。

2、硬鋁

硬鋁的牌號是按銅的增加順序編排的。Cu是硬鋁的主要成分，為了得到高的強度，CU含量一般應控制在4.0%-4.8%。Mn也是硬鋁的主要成分，主要作用是消除鐵對抗腐蝕性的不利影響，還能細化晶粒、加速時效硬化。在硬鋁合金中，銅、硅、鎂等元素能形成溶解于鋁的化合物，從而促使硬鋁合金在熱處理時強化。

退火狀態下硬鋁的抗拉強度為160～220MPa，經過淬火及時效后抗拉強度增加至312～460MPa。但硬鋁的耐蝕性能差，為了提高合金腐蝕性，常在硬鋁板表面覆蓋一層工業純鋁保護層。

3、超硬鋁

合金中鋅、鎂、銅的平均總含量可達9.7%～13.5%，在當前航空航天工業中仍是強度最高和應用最多的一種輕合金材料。超硬鋁的塑性和焊接性差，接頭強度遠低于母材，由于合金中鋅含量較多，形成晶間腐蝕及焊接熱裂紋的傾向較大。

4、鍛鋁

具有良好的熱塑性，而且銅含量越少熱塑性越好，適于作鍛件用，具有中等強度和良好的抗蝕性，在工業中得到廣泛的應用。

二、鋁合金的鎢極氬弧焊

鋁合金的鎢極氬弧焊也稱為鎢極惰性氣體保護焊，是利用鎢極與工件之間形成電弧產生的大量熱量熔化待焊處，外加填充焊絲獲得牢固的焊接接頭。氬弧焊焊鋁是利用其“陰極霧化”的特點，自行去除氧化膜。鎢極及縫區域由噴嘴噴出的惰性氣體屏蔽保護，防止焊縫區和周圍空氣的反應。

TIG焊工藝最適于焊接厚度小于3mm的薄板，工件變形明顯小于氣焊和手弧焊。交流TIG焊陰極具有去除氧化膜的 清理作用，可以不用溶劑，避免了焊后殘留溶劑、熔渣對接頭的腐蝕。接頭形式可以不受限制，焊縫成形良好、表面光亮。氬氣流對焊接區的沖刷使接頭冷卻加快，改善了接頭的組織和性能，適合于全位置焊接。由于不用溶劑，焊前清理的要求比其他焊接方法嚴格。

焊接鋁合金較適宜的工藝方法是交流TIG焊和交流脈沖TIG焊，其次是直流反接TIG焊。通常，用交流焊接鋁合金時可在載流能力、電弧可控性以及電弧清理作用等方面實現最佳配合，故大多數鋁合金的TIG焊焊都是采用交流電源。采用直流正接（電極接負極）時，熱量產生于工件表面，形成深融透，對一定尺寸的電極可采用更大的焊接電流。即使是厚截面也不需要預熱，且母材幾乎不發生變形。雖然很少采用直流反接（電極接正極）TIG焊方法來焊接鋁，但這種方法在連續焊或補焊薄壁熱交換器、管道壁厚在2.4mm以下的類似組件時有熔深淺、電弧容易控制、電弧具有良好的凈化作用等優點。

三、鎢極

鎢的熔點是340℃，是熔點最高的金屬。鎢在高溫時有強烈的電子發射能力，在鎢電極加入微量稀土元素釷、鈰、鋯等的氧化物后，電子逸出功顯著降低，載流能力明顯提高。鋁合金TIG焊時，鎢極作為電極主要起傳導電流、引燃電弧和維持電弧正常燃燒的作用。常用的鎢極材料分純鎢、釷鎢及鈰鎢等。

四、焊接工藝參數

1、焊接工藝參數分析

為了獲得優良的焊縫成形及焊接質量，應根據焊件的技術要求，合理的選擇焊接工藝參數。鋁合金手工TIG的主要參數有電流種類、極性和電流大小、保護氣體流量、鎢極伸出長度、噴嘴至工件的距離等。自動TIG焊的工藝參數還包括電弧電壓（弧長）、焊接速度及送絲速度等。

工藝參數是根據被焊材料和厚度，先確定鎢極直徑與形狀、焊絲直徑、保護氣體及流量、噴嘴孔徑、焊接電流、電弧電壓和焊接速度，再根據實際焊接效果調整有關參數，直至符合使用要求為止。

鋁合金TIG焊工藝參數的選用要點如下：

噴嘴孔徑與保護氣體流量? 鋁合金TIG的噴嘴孔徑為5～22mm，保護氣體流量一般為5～15L/min。

鎢極伸出長度及噴嘴至工件的距離? 鎢極伸出長度，對接焊縫時一般為5～6mm，角焊縫一般為7～8mm.噴嘴至工件的距離一般取10mm左右為宜。

焊接電流與焊接電壓? 與板厚、接頭形式、焊接位置及焊工技術水平有關。手工TIG時，采用交流電源，焊接厚度小于6mm鋁合金時，最大的焊接電流可根據電極直徑的d按公式I-（60～65）d確定。電弧電壓主要由弧長決定，通常使弧長近似等于鎢極直徑比較合理。

焊接速度? 鋁合金TIG焊時，為了減小變形，應采用較快的焊接速度。手工TIG焊一般是焊工根據熔池大小、熔池形狀和兩側熔合情況隨時調整焊接速度，一般的焊接速度為8～12m/h，自動TIG時，工藝參數設定以后，在焊接過程中焊接速度一般不變。

焊絲直徑? 一般由板厚和焊接電流確定，焊絲直徑與兩者之間呈正比關系。

交流電特點是負半波（工件為負）

2、鋁合金的焊接性特點

鋁和氧的親和力很大，因此在鋁及鋁合金表面總有一層難熔的氧化膜遠遠超過鋁的熔點，這層氧化膜不溶于金屬并且妨礙被熔融填充金屬潤濕。在焊接或釬焊過程中應將氧化膜清除或破壞掉。

熔焊時，鋁合金的焊接性首先體現在抗裂性上。在鋁中加入銅、錳、硅、鎂、鋅等合金元素可獲得不同性能的合金，各種合金元素對鋁合金焊接裂紋的影響不同。

鋁合金的固態和液態色澤不易區別，焊接操作時難以控制熔池溫度。焊后焊縫易產生氣孔，焊接接頭區易發生軟化。

總之，鋁及鋁合金因其獨特的材料性質和焊接性在現代工業和其他高科技領域中得到了越來越廣泛的應用，成為我國現代化建設事業發展中不可缺少的結構材料之一。通過對鋁及鋁合金材料結構、性質和焊接性的研究，我們可以看出，鋁及鋁合金有著不同于其他金屬材料的特點和性質，因此，我們要通過本論文更好的理解并掌握鋁及鋁合金的相關材料知識，并認識到鋁及鋁合金應用的領域不同和對其要求的性能不同時，我們進行焊接時要根據具體情況選擇相應的能滿足需要的焊接方法來焊接鋁及鋁合金構件，同時也希望借助于本論文的介紹，我們能更好的應用鋁及鋁合金，也能在此基礎上去不斷地研究新的鋁及鋁合金焊接技術。

參考文獻：

1? 陳茂愛? 鎢極氬弧焊? 化學工業出版社

2? 孟慶森，王文先，吳志生? 化學工業出版社