焊接材料及工藝對鋁合金焊接性能的影響

賴鷗

摘 要：鋁合金因其優良的金屬性能被廣泛應用于各種結構建設中。不同材料的鋁合金也有著不同的焊接工藝，因此掌握鋁合金焊接材料的性能特點以及不同的焊接工藝，對提高焊接接頭的性能，不斷擴大鋁合金的適用范圍有著深遠的意義。文章從焊接材料和焊接工藝兩方面論述了其對鋁合金焊接性能的影響。

關鍵詞：鋁合金；焊接材料；焊接工藝；焊接性能

鋁合金不僅延續了鋁質輕、彈性好的特點，還根據不同的金屬添加物具有了更多的性能，如更好的導熱性、高強度、高導電等。隨著鋁合金應用領域的不斷擴大，正確選擇焊接材料，使用合適的焊接工藝，對提高焊接口的焊接性能，有著重要意義。

1 鋁合金的分類

根據鋁合金成分的不同，鋁合金種類眾多。總體來說大致分為兩類，即變形鋁合金和鑄造鋁合金。具體分類示意圖如圖1所示。其中不同的鋁合金又具有不同的特性，在此就不一一說明。

2 鋁用焊接材料

常見的鋁合金焊接材料包括焊絲、焊條、保護氣體。下面就簡單介紹一下不同焊接材料對鋁合金焊接性能的影響。

2.1 焊絲

在氣焊和鎢極氬弧焊中，焊絲使用比較廣泛，但具體使用什么類型的焊絲就要根據母材的成分和具體構件來定了。在具體應用中，焊絲大致分為同質焊絲和非同質焊絲兩大類，使用時要結合鋁合金構件對構件焊縫、抗裂性、耐腐蝕性等的要求來選擇。例如如果焊絲為5000系、鎂含量超過3%的焊絲，那么含結構件使用環境的溫度就必須低于65℃，以免出現應力腐蝕龜裂。一般情況下，焊絲的規格要與母體的規格基本保持一致，以提高結構的性能。為避免影響焊接接口的性能在具體選擇上應注意以下三個問題：

2.1.1 焊接頭的力學性能

焊絲型號不同，強度也不一樣。對于焊后不需要進行塑性變形加工、對力學性能、抗裂性能要求較高的鋁合金構件，要優先選擇4000系以上鋁合金強度較高的焊絲，如硅鋁焊絲；相反，如果構建焊接后還要進行變形加工，就不能選用含硅焊絲，以免在折彎過程中出現接口斷裂。

2.1.2 焊接接頭的裂紋敏感性

鋁合金構件接頭熱敏感區的裂紋敏感性與選擇焊絲的材質有很大關系，如果構建對裂紋敏感性要求較高，選擇的焊絲熔點就應盡可能的低一些，例如使用硅含量5%的ER4043焊絲可大大提高硅含量0.6%的6061鋁合金接口的抗裂性能。

2.1.3 焊接接頭的性能

焊絲的選擇直接影響到焊接接頭的性能，如需要承重的焊接口所使用的焊絲強度就必須大于或等于母材強度。

2.2 焊條

鋁合金焊條型號、規格與用途見表1。

3 鋁合金的焊接工藝

在實踐中，根據使用工具、焊接對象、性能要求的不同，也有著不同的鋁合金焊接工藝，最常見的有氣焊、鎢極氬弧焊等。

3.1 氣焊的工藝

在焊接較薄的鋁合金板材或一些小的鋁合金部件時，或是沒有特殊性能要求時，我們會首選氣焊工藝，這與氣焊使用設備簡單是分不開的。

3.1.1 接頭的選擇

氣焊以對接接頭最宜，這樣易于焊接后清理縫隙內的殘渣等。為了提高焊接效率，保證焊接質量，在氣焊過程中還可以適當選擇純銅或不銹鋼的帶槽墊板輔助焊接。需要注意的是氣焊要盡量避免搭接接頭和T形接頭。

3.1.2 熔劑的選擇

溶劑可以幫助我們在焊接過程中更好的去除雜質等不利于焊接的物質，提高焊接質量，更好的保證鋁合金焊接接口的性能。

含鋰熔劑和無鋰熔劑是在鋁合金焊接實踐中使用最多的兩大類熔劑，前者熔點低、粘度小，廣泛應用于薄板和全位置焊接中；后者熔點高、粘度大更適應于焊接較大的鋁合金構件。在具體使用上如下，焊接前先將熔劑和蒸餾水按照一定比例調好涂在要焊接的構建接口表面，調好的熔劑要盡快使用以免變質。

3.1.3 火焰的選擇

在焊接鋁合金構件時，火焰以中性或微弱碳化火焰最宜，同時絕不能使用氧化焰，這主要是由于鋁合金易于氧化，使用氧化焰會減緩焊接的速度，影響接口性能。

3.2 鋁合金的鎢極氬弧焊（TIG焊）

鎢極氬弧焊也叫做鎢極惰性氣體保護焊，這種焊接工藝適用于較薄的鋁合金板材焊接，可以最大化降低構件變形程度。因為焊接過程中有惰性氣體的參與，因此可以減少熔劑的使用。除此，這種焊接工藝還普遍適用于各種鋁合金接口的焊接。

3.2.1 鎢極

鎢是熔點最低的金屬，只有340℃。在鎢中加入稀土元素，如釷、鈰、鋯等，這樣既保留了鎢的低熔點，又可以防止高溫情況下電子逸出降低焊接工效。

3.2.2 焊接工藝參數

被焊材料和厚度對鎢極氬弧焊的影響非常大，其焊接質量直接取決于焊接材料和材料厚度。下面簡單介紹一下鋁合金TIG焊工藝參數。

噴嘴孔徑和保護氣體流量。噴嘴的孔徑根據具體焊接物的厚度控制在5-22mm之間，氣體流最好保持在5～15L/min。

噴嘴與工件的距離。二者之間不宜過遠，通常需保持在10mm左右。

焊接速度。為盡可能的減小變形，保證焊接質量，在進行鋁合金TIG焊作業時，應保持較快的焊接速度，手工焊接速度為8～12m/h，自動焊接應保持恒定速度。

4 結束語

鋁合金種類眾多，不同的焊接材料和焊接工藝焊接處的接口性能是不一樣的，甚至有著很大的區別，例如鋁合金電焊工藝中的半自動MIG焊工藝、自動MIG焊工藝，這兩種工藝對焊接接口性能的影響在此就不一一介紹了。總之在鋁合金焊接中我們必須根據不同材質選擇不同的焊接工藝，以提高焊接的質量。

參考文獻

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