探討鋁及鋁合金焊接工藝

王義軍

摘要：焊接技術對減輕結構重量、提高結構材料利用率以及異種材料整體結構的制造有著不可忽視的作用。本文先簡單闡述了鋁及鋁合金焊接技術的分類，分析了鋁合金焊接技術的特點，并探析了一些施工難點以及施工工藝，希望可以為相關從業者提供一些參考。

關鍵詞：鋁及鋁合金;焊接技術;施工;工藝

引言

鋁是一種具有良好導電性、導熱性以及塑性的輕金屬，同時抗腐蝕與抗氧化能力也比較出眾。在汽車、艦船以及航空航天領域中，高強鋁合金已是不可或缺的材料。不過，在焊接的過程中，由于其比較容易氧化，會在焊縫中產生夾雜物，導致金屬的耐腐蝕性能與機械性能降低。所以，就需要相關工作人員明確鋁合金的焊接特點與施工要點，這樣才能減少對金屬性能的影響。

1鋁合金的焊接技術特點

1.1鋁合金與氧的親和力較強

由于鋁合金與氧有著很強的親和力，在焊接的時候，就會比較容易產生氧化鋁薄膜，這種物質致密且結實，其密度與熔點要遠遠大于鋁及鋁合金。而氧化鋁薄膜會在焊接中影響到金屬之間的結合，且容易出現夾雜物。同時氧化膜吸附水分會造成焊縫氣孔的產生，降低焊接的質量。所以，在焊接之前需要對焊件上的氧化物進行有效清理，避免在焊接中出現二次氧化，這樣可以有效防護高溫下的金屬與熔化金屬。

1.2鋁合金的導熱率和比熱大

雖然鋁與鋁合金的熔點要遠遠小于鋼的熔點，但是導熱性能上鋼還是比較低的，鋁與鋁合金的導熱系數可以達到鋼的一倍以上，所以在焊接的過程中，需要使用功率大、能量集中的熱源，對于厚度超過8mm的板應該進行提前預熱，這樣才能保證焊接接頭的質量。

1.3鋁合金車體的線膨脹系數大

與鋼材料相比，鋁及鋁合金的線膨脹系數要比鋼的線膨脹系數高出兩倍左右，所以焊接的過程中就會容易出現變形。為了能夠保證焊接的質量，就需要針對具體的情況采取適宜的焊接工裝、合理的焊接順序以及工藝參數，尤其是對薄板的焊接更應該做好上述的準備工作。另外，部分鋁及鋁合金焊接中，存在熱裂紋的傾向，這是由于內應力過大的原因，屬于焊接高強度鋁合金的常見缺陷。一般應該合理選擇焊接工藝參數、焊接順序以及焊接填充材料。

2鋁及鋁合金焊接技術分類

2.1傳統焊接技術

傳統鋁合金焊接技術自工業革命以來便已經開始傳播和應用，具有較為成熟的經驗積累和深厚的歷史經驗。也正是因為這種技術已經形成了較為統一固有的模式，所以在當下新型技術市場競爭中并沒有占據制高點，也沒有發生進行較為明顯的改進。這就意味著傳統焊接技術的部分工藝并不能滿足現代化工業建設的要求，對于這種情況正確的做法是需要將傳統與現代相結合，保留傳統技術中合理有效的部分，同時引用新方法，樹立新理念。以傳統焊接技術中的非熔化極氣體保護焊為例，上世紀已經開發出了雙焊槍的新型運用手段，彌補了固有的熔深和焊絲的不足。同時，就傳統焊接技術中的熔化極惰性氣體保護焊而言，本世紀也開發出了新型的機械設備，實現了智能化和數字化的發展。由此可以看出，傳統焊接技術的推陳出新離不開創新意識的領導。

2.2電子束焊接技術

電子束焊技術主要是通過電子束對鋁合金的沖擊，使其在短時間內完成熔化和凝固的過程，從而達到預期焊接效果的方法，這種工藝在具體運用的過程中能夠節省許多繁瑣的步驟，并且整體操作具有鮮明的循環性，工藝也具有抗氧化性。這種技術具有較強的適用性，能夠滿足不同規格不同大小的鋁合金的焊接要求，同時實現高強度高頻率的作業，相較于傳統焊接技術而言，這種方法能夠在很大程度上降低消耗，減少設備的磨損。電子束焊下的鋁合金具有更為流暢的外觀，出現裂縫的頻率也會減小，而且熔深較大，整體工藝質量能夠得到有效的保證。但同時值得注意的是，電子束焊技術普遍應用在真空環境下，并且對密度和精度都有較高的要求，在當下大多數基礎工業的運用中往往并不能充分發揮自身的作用。因此要盡可能地在工業中更廣泛地開發太空產業。

2.3攪拌摩擦焊接技術

這是一種新的固態塑性連接工藝，它的工作原理就是利用攪拌頭的高速旋轉與工件產生摩擦，通過摩擦產生的熱進行焊接。與傳統焊接技術不同，這種焊接技術不會有金屬熔化的現象，也就沒有熔焊的缺陷，屬于固態連接的過程。在有色金屬材料的焊接中就可以采用這種焊接方法，如銅合金、復合材料以及鈦合金等。根據實際的應用情況來看，攪拌摩擦焊的焊縫不存在裂紋、氣孔以及合金元素燒損的缺陷，其具有良好的綜合性能，并且在焊接過程中不會有煙塵、飛濺，也不用添加相應的保護氣體，在薄板焊接中也不會出現變形的問題。不過，這種焊接方法的速度會比較低，與熔化焊相比要慢一些;對焊件要求較高;攪拌頭的適應性能不佳，在不同板材的焊接中需要選擇不同的攪拌頭，并且攪拌頭與工件的攪拌摩擦中，會磨損比較快;現階段，這種焊接方法的應用還沒有普及，受限于施工工藝的不成熟。

2.4激光焊接技術

可靠性高、功能強、效率高等是其主要的特點，在焊接的過程中，能夠實現高進度高速的焊接。激光焊接主要是依靠激光的高溫來實現鋁合金的工藝。這種技術手段具有明顯的優勢和特性，它能夠完成各種精密工業和高科技工業的零件加工要求，并且能夠適應不同的磁場條件。激光焊接技術能夠滿足集中化聚焦化工業的生產要求，同時也能更好地節省資源和能源，縮短生產周期，在工業生產中發揮的作用不可比擬。

3鋁合金的焊接難點及焊接工藝

3.1焊接難點

一是，焊接接頭有嚴重的軟化現象，強度系數比較低，對鋁合金應用產生了較大的阻礙;鋁合金焊接過程中容易出現氣孔;鋁合金表面容易產生氧化膜，嚴重影響了焊接的質量;由于鋁合線膨脹系數比較大，在焊接中如果選擇不合理的焊接工藝與焊接順序，會造成焊接變形。所以，對于鋁合金的焊接應該采用高效的焊接方法，主要保證焊接速度高、能量密度大和焊接熱輸入小。

二是，在焊接中容易發生燒穿甚至塌陷的情況，其是由于鋁合金在高溫環境下，它的塑性與強度就會比較低，由于無法有效支撐液體金屬而產生焊縫成形不良的現象。所以，在實際的焊接作業中，可以通過墊板來解決這一問題。

3.2焊接工藝

3.2.1系統清理

在進入實際的焊接操作之前，要對施工現場進行必要的清理和打掃，具體的手段大致可以分為化學和物理兩種。化學手段主要是通過化學反應來清除鋁合金表面的污垢。在鋁合金的接口處與空氣接觸時間較長，難免會受到一程度的氧化，并且在這種情況下形成的氧化物并不能被水分解，此時就要借助必要的化學物質與氧化物發生反應，進行中和，生成可以被水溶解的反應物，最常見的便是氫氧化鋁。物理手段主要是用在化學反應之后，借助一定的工具和設備，將鋁合金表面的雜物進行剝離，普遍使用的工具是不銹鋼絲刷。在具體清理過程中要注意的是，不銹鋼絲刷的使用力度要精準把握，盡可能地避免在清理中產生更多的雜物。此外，運用化學手段清理過后也化合物進行徹底的清除，要保證整體操作環境的整潔。

3.2.2墊板保障

清理完成之后，在焊接的實際操作中往往需要在鋁合金下面設置墊板，主要放置的部分一般在焊接的銜接處和交替處。這種操作的主要目的是為了保證焊接施工的穩定，避免由于失誤而造成的沉陷或者是接漏現象的產生。于此同時墊板材料的選用也要注重強度和密度，例如不銹鋼。

3.2.3預先加熱

若是想要保證鋁合金焊接的效率，就需要在進入實際操作之前進行適當的預熱，預熱的溫度和時長也要根據不同的情況設定不同的方案，一般在鋁合金厚度超過五毫米的時候就可以進行預熱處理，大致的溫度范圍應當在一百度和三百度之間。這種操作的主要目的是為了讓材料能夠更好地適應后續高溫高壓的條件，避免在焊接的過程中出現裂縫。同理，若是鋁合金本身的規格和密度較小，對工藝并沒有過多要求，此時就可以直接進行焊接，省略預熱步驟。

4結語

綜上所述，鋁與鋁合金材料在工業產品焊接結構上有著廣泛的應用，這得益于其具有的良好力學性能與物理特性。在時代不斷的發展與進步中，材料技術也有了很大的突破，高韌高強鋁合金的種類越來越多，這給鋁合金激光焊接技術提出了新的要求，必須要結合實際的應用情況，深入研究存在的問題，這樣才能充分發揮出鋁合金焊接技術的價值。

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