7075與6063異種鋁合金的焊接技術研究

王月華

摘 要：某容器用接管需將7075與6063異種鋁合金對接，但兩種鋁合金不論是化學成分還是力學性能均有很大差別，焊接時工藝不當容易出現裂紋、氣孔、變形、接頭軟化，力學性能降低等缺陷。文章主要對7075與6063兩種鋁合金的焊接性做了簡要分析，介紹了采用鎢極氬弧焊焊接該異種鋁合金接頭所采用的焊接材料及工藝要點。

關鍵詞：7075鋁合金；6063鋁合金；焊接技術

中圖分類號：TG456 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0016-01

1 7075與6063鋁合金的化學成分、用途與力學性能

1.1 化學成分與用途

7075鋁合金為AL-Cu-Mg-Zn超硬鋁合金，其在航空航天、各種模具及機械設備中得到大量應用，特別用于制造飛機結構及其他要求強度高、抗腐蝕性能強的高應力結構體。該合金中Zn、Mg是主要的合金元素，可在熱處理時形成MgZn2金屬化合物，提高合金抗拉強度，提高承載力。它經熱處理強化后具有高強度，易于加工，耐磨性好，也有優良的耐蝕性與抗氧化性能，但焊接性差。

6063鋁合金為AL-Mg-Si系中具有中等強度的可熱處理強化鑄造鋁合金，其廣泛用于建筑、航空航天、交通、包裝與印刷等行業。耐腐蝕性好，冷加工性較好，并具有中等強度。該合金中Mg和Si組成強化相Mg2Si，熱處理強化效果隨著Mg2Si量的增加而增大，其化學成分見表1。

1.2 力學性能

7075與6063鋁合金經固溶處理與人工時效（T6）處理后的力學性能見表2。

2 焊接性分析

2.1 易氧化

鋁合金在焊接高溫的作用下易于氧化，且生成的Al2O3薄膜熔點遠遠高于鋁的熔點，會在焊縫中形成夾渣，降低焊縫的力學性能，也會影響電弧的穩定性，阻礙焊接過程順利進行。

2.2 易產生熱裂紋

上述兩種鋁合金均為共晶型合金，結晶溫度區間較寬， Mg2Si、MgZn2與Al在焊接熱源的作用下，會形成低熔共晶體，呈連續薄膜狀或網狀分布于晶界，使晶粒分離；加之鋁合金的線膨脹系數比鋼大約1倍，在焊接拘束條件的作用下會產生很大的焊接應力，出現結晶裂紋。而7075鋁合金為超硬鋁合金，其強度高，又因有銅的存在，顯著增加了裂紋傾向，因此防止裂紋是該焊接接頭的關鍵所在。

2.3 焊接接頭的軟化

由于這兩種鋁合金均為熱處理強化狀態（T6），在焊接熱源的高溫作用下，焊接熱影響區出現“過時效應”，即熱影響區強化相脫溶析出，并聚集長大使強化效果消失，焊后接頭的強度均低于母材的強度；加之焊縫的晶粒粗大，為了預防熱裂紋所選用的焊材成分與母材也有較大的差別，均導致焊縫的強度、塑性低于母材，特別是強度更高的7075一側影響更大。

2.4 其 他

此外，由于鋁合金的導熱率大，焊接時散熱快，當焊接參數選用不當時，軟化區會顯著增寬，焊件變形傾向增大；當焊件表面沒有清理干凈時也會產生氫氣孔。

3 焊接工藝分析

3.1 焊接方法選擇

目前鋁合金焊接中較常用的方法是鎢極氬弧焊與熔化極氬弧焊，考慮焊件壁厚較薄及“陰極破碎”作用，采用手工交流鎢極氬弧焊進行焊接。

3.2 焊絲選擇

由于兩種鋁合金不論在化學成分還是力學性能方面都存在很大差異，而焊縫是機械性能的過渡區域，所以焊絲的選擇要兼顧兩側母材的成分與性能。目前常用的鋁合金焊絲有Al-Cu、Al-Si、Al-Mg、Al-Mn四大類，考慮焊接時焊縫與母材成分相近的原則，宜選用Al-Si、Al-Mg系列。Al-Si合金焊絲流動性好，抗裂性高，但接頭強度低，遠低于7075一側母材的強度，而Al-Mg焊絲有較強的耐腐蝕性，接頭強度高，焊絲中較高的含鎂量也可以補償焊接過程中Mg的燒損，綜合考慮焊縫抗裂性、力學性能與耐腐蝕性能的要求，該接頭采用鋁鎂合金焊絲ER5356（HS331）焊接，其化學成分見表3。

3.3 坡口形式

該焊件為對接接頭，焊件厚度5 mm，考慮接頭兩側不等強度及對焊縫金屬熔合比的控制，7075鋁合金一側開30 ？觷坡口，6063鋁合金一側開35 ？觷坡口，鈍邊2 mm，裝配間隙1.5～2 mm。

3.4 焊前清理

由于鋁合金對污垢十分敏感，焊前需徹底清理，本接頭采用化學清理與機械清理相結合。先用丙酮擦拭焊件表面，以清除焊件表面的油污，再在坡口兩側各30 mm范圍內用風動鋼絲刷（不銹鋼絲，直徑小于φ0.15 mm）清理氧化膜，并用刮刀將坡口內表面清理干凈，清理后盡快焊接，裝配時要防止再度弄臟。

3.5 焊接參數

采用鎢極直徑4 mm，噴嘴直徑12 mm，焊絲直徑4 mm，焊接電流180～240 A，氬氣流量10～15 L/min，進行焊接。在焊接時宜采用較大的焊接電流，配合較快的焊接速度，以減少氣孔。焊接操作時注意正常焊接，防止單邊過熱與熔化。

3.6 焊接檢驗

焊后焊縫外觀質量良好，后經100%X射線檢驗，未發現裂紋，做壓力試驗，未滲漏，焊接效果良好。

4 結 語

為了獲得滿意的該異種接頭性能，避免接頭裂紋、軟化、氣孔等缺陷，焊接時宜開非對稱坡口，7075鋁合金一側坡口角度略小一些；焊件應嚴格清理，采用化學法除油，機械法清除氧化膜，焊接時宜采用較粗鎢極直徑、較粗焊絲，采用較大焊接電流較快焊接速度，既可避免焊件過熱，控制軟化區，也可減少焊縫中的氣孔，獲得滿意的焊接接頭性能。

參考文獻：

[1] 呂世雄，李俐群，石經緯，等.ZL101A和LF6異種鋁合金的脈沖交流TIG焊工藝[J].焊接，2007，（9）.

[2] 鄒家生，劉欣，許祥平.6063鋁合金焊接接頭熱處理工藝研究[J].焊接技術，2014，（4）.