鋁合金材料焊接的工藝方法

支碩++吳沖

摘 要：合金具有高比強(qiáng)度、高疲勞強(qiáng)度以及良好的斷裂韌性和較低的裂紋擴(kuò)展率，同時(shí)還具有優(yōu)良的成形工藝性和良好的抗腐蝕性，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已被大量應(yīng)用。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：鋁合金 焊接 工藝

1、鋁合金材料常用焊接方法

鋁合金的焊接方法很多，各種方法有其不同的應(yīng)用場(chǎng)合。除了傳統(tǒng)的熔焊、電阻焊、氣焊方法外，其他一些焊接方法（如等離子弧焊、電子束焊、真空擴(kuò)散焊等）也可以容易地將鋁合金焊接在一起。氣焊和焊條電弧焊方法，設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。氣焊可用于對(duì)焊接質(zhì)量要求不高的鋁薄板及鑄件的補(bǔ)焊。焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補(bǔ)焊。惰性氣體保護(hù)焊（TIG或MIG）方法是應(yīng)用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊、脈沖熔化極氣體保護(hù)焊。熔化極氣體保護(hù)焊、脈沖熔化極氣體保護(hù)焊應(yīng)用越來越廣泛（氬氣或氬/氦混合氣）

2、焊接質(zhì)量控制

2.1焊前預(yù)備

（1）焊件清洗

鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定，不易去除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。在鋁合金焊接時(shí)，焊前應(yīng)嚴(yán)格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污。常采用化學(xué)清洗和機(jī)械清理兩種方法。

化學(xué)清洗

化學(xué)清潔是運(yùn)用堿或酸清潔工件外表，該法既可去掉氧化膜，還可除油污，化學(xué)清洗效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產(chǎn)的工件。可用浸洗法和擦洗法兩種。浸洗法詳細(xì)技術(shù)進(jìn)程如下：體積分?jǐn)?shù)為6%～10%的氫氧化鈉溶液，在70℃擺布浸泡0.5min→水洗→體積分?jǐn)?shù)為15%的硝酸在常溫下浸泡1min進(jìn)行中和處理→水洗→溫水洗→枯燥。洗好后的鋁合金外表為無光澤的銀白色。

機(jī)械清理

在工件尺寸較大、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、多層焊或化學(xué)清洗后又沾污時(shí)，常采用機(jī)械清理。機(jī)械整理可選用風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)銑刀，還可選用刮刀、銼刀等東西，關(guān)于較薄的氧化膜也可用0.25mm的銅絲刷打磨鏟除氧化膜。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時(shí)進(jìn)入熔池產(chǎn)生夾渣等缺陷。

工件和焊絲經(jīng)過清洗和清理后，在存放過程中會(huì)重新產(chǎn)生氧化膜，特別是在潮濕環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長(zhǎng)得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時(shí)間應(yīng)盡量縮短，在氣候潮濕的情況下，一般應(yīng)在清理后4 h內(nèi)施焊。清理后如存放時(shí)間過長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)重新處理。

（2）確定安裝空隙及定位焊距離

施焊進(jìn)程中，鋁板受熱脹大，致使焊縫坡口空隙削減，焊前安裝空隙假如留得太小，焊接進(jìn)程中就會(huì)引起兩板的坡口堆疊，添加焊后板面不平度和變形量；相反，安裝空隙過大，則施焊艱難，并有燒穿的也許。適宜的定位焊距離能確保所需的定位焊空隙，因而，挑選適宜的安裝空隙及定位焊距離，是削減變形的一項(xiàng)有效辦法。

（3）挑選焊接設(shè)備

現(xiàn)在市場(chǎng)上焊接產(chǎn)品品種較多，通常情況下宜選用溝通鎢極氬弧焊（即TIG焊）。它是在氬氣的維護(hù)下，使用鎢電極與工件問發(fā)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接辦法。該焊機(jī)工作時(shí)，因?yàn)闇贤娏鞯臉O性是在周期性的改換，在每個(gè)周期里半波為直流正接，半波為直流反接。正接的半波時(shí)期鎢極能夠發(fā)射足夠的電子而又不致于過熱，有利于電弧的穩(wěn)定。反接的半波時(shí)期工件外表生成的氧化膜很簡(jiǎn)單被整理掉而獲得外表亮光漂亮、成形杰出的焊縫。

（4）挑選焊絲

鋁及鋁合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外，按焊接要求應(yīng)使對(duì)接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性（通過彎曲試驗(yàn)）達(dá)到規(guī)定要求，對(duì)含鎂量超過3%的鋁鎂合金應(yīng)滿足沖擊韌性的要求，對(duì)有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應(yīng)達(dá)到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則：純鋁焊絲的純度一般不低于母材；鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材相應(yīng)或相近；鋁合金焊絲中的耐蝕元素（鎂、錳、硅等）的含量一般不低于母材；④異種鋁材焊接時(shí)應(yīng)按耐蝕較高、強(qiáng)度高的母材選擇焊絲。

2.2焊后處理

（1）焊后清理

焊件焊完后，留在焊縫及附近的殘存焊劑和焊渣等會(huì)破壞鋁表面的鈍化膜，有時(shí)還會(huì)腐蝕鋁件，應(yīng)清理干凈。形狀簡(jiǎn)單、要求一般的工件可以用熱水沖刷或蒸氣吹刷等簡(jiǎn)單方法清理。要求高而形狀復(fù)雜的鋁件，在熱水中用硬毛刷刷洗后，再在60℃～80℃左右、濃度為2%～3%的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗5 min～10 min，并用硬毛刷洗刷，然后在熱水中沖刷洗滌，用烘箱烘干，或用熱空氣吹干，也可自然干燥。

（2）焊件的表面處理

通過適當(dāng)?shù)暮附庸に嚭驼_的操作技術(shù)，焊接后的鋁及鋁合金焊縫表面，具有均勻的波紋光滑的外貌。陽(yáng)極化處理，特別是拋光及染色技術(shù)配合使用時(shí)，可獲得高質(zhì)量的裝飾表面。減小焊接熱影響區(qū)，可使用陽(yáng)極化處理導(dǎo)致不良的顏色變化減至最小。使用快速焊接工藝，可最大限度地減少焊接熱影響區(qū)。因此閃光對(duì)焊的焊縫，陽(yáng)極化處理質(zhì)量良好。

特別是對(duì)退火狀態(tài)下不能熱處理強(qiáng)化的合金的焊接件，陽(yáng)極化處理后，金屬基本和焊接熱影響區(qū)之間的顏色反差最小。爐中和浸漬釬焊不是局部加熱的，所以金屬顏色的外觀是非常均勻的。可熱處理強(qiáng)化的合金，常常用作建筑結(jié)構(gòu)零件，它們?cè)诤附右院螅３＿M(jìn)行陽(yáng)極化處理。在這類合金中，焊接加熱會(huì)形成合金元素的析出，陽(yáng)極化處理以后，熱影響區(qū)和焊縫之間會(huì)出現(xiàn)差異。這些在焊接區(qū)附近的暈圈，使用快速焊接可使其減至最小，或者使用冷卻墊塊和壓板也可使暈圈減到很小，這些暈圈在焊接后，陽(yáng)極化處理前，進(jìn)行固落處理可以消除。

在化學(xué)處理的焊接件中，有時(shí)會(huì)遇到焊縫金屬和基全金屬的顏色差別較大，這就必須他細(xì)地選擇填充金屬的成分，特別是合金成分中含有硅時(shí)，就會(huì)對(duì)顏色的配比有影響。

如有必要可以對(duì)焊進(jìn)行機(jī)械拋光。常用的機(jī)械拋光有拋光、磨光、磨料噴擊、噴丸等。機(jī)械拋光即通過研磨、去毛刺、滾光，拋光或砂光等物理方法改善鋁工件的表面。它的目的是通過盡可能少的工序獲得所需要的表面質(zhì)量。然而，鋁及鋁合金屬軟金屬，摩擦系數(shù)比較高，而且在研磨過程中如果發(fā)生過熱，有可能使焊件變形，基至從晶界斷裂的現(xiàn)象。這要求在拋光過程中有充分的潤(rùn)滑，對(duì)金屬表面的壓力應(yīng)降低到最低。

（3）焊后熱處理

焊后熱處理的目的就是為了改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力。

可熱處理強(qiáng)化鋁合金在焊接以后，可以重新進(jìn)行熱處理，使基體金屬熱影響區(qū)的強(qiáng)度恢復(fù)到接近原來的強(qiáng)度。一般情況下，接頭破壞處通常都是在焊縫的熔化區(qū)內(nèi)。在重新進(jìn)行焊后熱處理后，焊縫金屬所獲得的強(qiáng)度，主要取決于使散的填充金屬。填充金屬與基體金屬的成分不同時(shí)，強(qiáng)度將取決于填充金屬對(duì)基體金屬的稀釋度。最好的強(qiáng)度與焊接金屬所使用的熱處理相適應(yīng)。

3、結(jié)束語(yǔ)

鋁合金的焊接和補(bǔ)焊通常可采用方便和低成本的TIG和MIG氬弧焊方法。當(dāng)采用高能束流焊和攪拌摩擦焊等鋁合金焊接新工藝時(shí)，可以有效避免合金元素?zé)龘p、接頭軟化和焊接變形等問題，尤其是攪拌摩擦焊為固相連接具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

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