冷藏集裝箱門檻鋁合金焊接特性分析及對策

王婷 尹雪峰

摘要：本人通過參與大量鋁合金的試制與生產，通過實踐探索、經驗積累，就鋁合金結構件焊接特性、焊接時的操作要點、常見缺陷的處理以及焊縫成形控制幾個方面進行分析。

關鍵詞：鋁合金;焊接特性;焊縫成形

前言

隨著國民經濟的快速發展，我國海運集裝箱進出口量逐年增加，其中，冷藏集裝箱以其高技術含量和高附加值，在物流領域發揮著越來越重要的作用，鋁合金材料在冷藏集裝箱的運用也越來越廣泛。其中門檻鋁為6061鋁合金材料，焊縫為外觀焊縫，焊接質量尤其重要。由于鋁合金焊接特性有的膨脹系數、溶解熱、熔點等物理性能與碳鋼材料差異較大，且鋁合金焊接過程中熔池形態不易觀察，焊接過程中容易氧化等特點，就此進行了實踐探索。針對試制過程中遇到的質量問題進行處理對策，使得在批量生產順利進行，保證了產品的按時交付。

一、冷藏箱門檻鋁焊接簡介

冷藏箱門檻鋁焊縫是由門檻鋁與T地板焊接而成。

冷藏箱門檻鋁母材為6061—T6鋁鎂合金，厚度為3mm，采用焊絲牌號為ER5356，焊絲直徑1.2mm，保護氣體為99.99%高純氬氣。焊絲與母材化學成分見表一。

二、鋁合金的焊接難點

鋁合金是銀白色的輕金屬，熔點低658℃，因為其獨特的物理及化學性能，在焊接過程中會出現一定的困難，具體表現在：

1、極易氧化

在空氣中鋁容易與空氣中的氧結合生成致密的Al2O3氧化膜（厚度約0.1um），這層膜熔點2050℃，密度3.95—4.10k g/m3，是鋁的1.4倍。它會吸附水分，在焊接過程中易形成氣孔、夾渣等缺陷，引起焊縫性能下降。

2、高的熱導率

鋁及鋁合金熱導率、比熱容很大，熱導率235.3 W/m*k，是鋼的三倍，在焊接過程中大的熱能被迅速傳導到基體金屬內部。因此焊接時消耗的熱量比鋼高的多，必須采用能量集中、功率大的熱源。

3、容易形成熱裂紋

鋁的線膨脹系數為鋼的兩倍左右，凝固時體積收縮率達6.5%—6.6%，焊接時由于過大的收縮應力導致裂紋。

4、容易形成氣孔

鋁及鋁合金的液體熔池很容易吸收氣體，在高溫下吸入大量氫氣，焊后冷卻凝固過程中來不及析出聚集在焊縫中形成氣孔。

5、高溫下強度和塑性降低以及合金元素的蒸發

在高溫下鋁的強度和塑性很低，難以支撐住液體金屬導致焊縫成形不良，甚至形成塌陷或燒穿。在高溫下合金燒損嚴重從而改變了焊縫金屬的成分，降低了焊接接頭的性能。

6、無色澤變化

鋁及鋁合金從固態轉變成液態時，無明顯顏色變化，在焊接過程中給操作者帶來了困難。

7、焊接變形

鋁的線膨脹系數高，凝固時體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大，從而導致焊接變形大。

三、鋁合金焊接工藝分析及對策

根據鋁合金的焊接特點，門檻鋁焊接工藝具有一定的特殊性。

1、焊前清理

由于鋁合金表面總有氧化膜的存在，其熔點2050℃，遠遠超過鋁合金560-620℃的熔點，氧化膜的存在嚴重的影響了鋁合金的焊接質量。

1.1氧化膜的處理方法

氧化膜的處理方法有化學清理和機械清理兩種方法，下面主要介紹鋁合金的兩種清理方法和工件存放以及焊接環境的要求。

（1）化學清洗。化學清洗主要是用酸和堿等溶液清洗工件表面，不僅可以去除氧化膜，還可以起到去除油污作用。

（2）機械清理。機械清理方法主要用于去除金屬表面的氧化膜、銹蝕污染。此法先用有機溶劑擦拭表面去油，隨后直接用銅絲刷和不銹鋼絲刷干凈，直到露出金屬光澤為止。

1.2存放與焊接環境要求

由于鋁合金的氧化會隨著溫度的增加，氧化也同時增大，所以鋁合金焊接對現場環境要求高，現場環境溫度必須保證在10℃以上，濕度控制在65%以下。工件清理后應在8小時內完成焊接。焊絲在不使用時，放置在環境溫度10℃以上，濕度65%一下的環境中，且放置包裝箱內，防止污染，妥善保管。

2、焊接設備的選擇

由于鋁及鋁合金熱導率、比熱容很大，熱導率235.3 W/m*k，是鋼的三倍，在焊接過程中大的熱能被迅速傳導到基體金屬內部。因此焊接時消耗的熱量比鋼高的多，必須采用能量集中、功率大的熱源。

通常情況下鋁合金焊接采用熔化極氣體保護焊和非熔化極氣體保護焊進行焊接，由于非熔化極氣體保護焊效率低，難以滿足生產進度，只能在焊縫修補時使用，在生產中主要采用肯比多用途數字熔化極氣體保護焊機。這種焊機有針對鋁合金材料導熱快特點，設有特殊四步焊槍開關模式。

3、控制裝配間隙、合理焊接順序

鋁合金的線膨脹系數高，凝固時體積收縮率較大，焊件的變形較大，我們通過控制裝配間隙，合理焊接順序等措施對焊接變形進行防控。

3.1控制焊接變形的措施

（1）采用點焊固定，焊點長度30mm，間隔200mm;

（2）用木錘敲擊焊縫處，使其裝配間隙不大于1mm;

（3）采用合理的焊接規范，控制焊角尺寸，減少焊接線能量的輸入。

4、優化焊接操作及焊接工藝參數

4.1 焊接操作方法

由于鋁合金是銀白色的輕金屬，從固態轉變為液態時，無明顯的顏色變化，所以不易判斷母材溫度，加上高溫時鋁合金強度和塑性降低，難以支撐住液體金屬，導致施焊時常會因為溫度過高無法察覺而焊穿，增加了操作者的難度。在焊接過程中，要仔細觀察熔池金屬，采用左焊法，且用直線小步伐的運條手法，焊搶與焊接方向的傾角為75-85°，焊槍與工件夾角保持45°，焊接速度在保證焊角情況下盡量快，減少焊縫的熱輸入。焊接過程中要掌握好熔池溫度，仔細觀察熔池的形狀以及焊縫兩邊母材的熔合情況，同時還要控制好焊搶角度、焊絲伸出長度，與氣體流量，避免在焊接過程中焊縫的氧化并注意起弧電流大而導致出現焊瘤、燒穿情況，應預留3mm左右起弧，收弧處應采用回焊法，在焊縫盡頭1-2mm處使用收弧電流往回焊5-7mm，來回兩次填滿弧坑，避免弧坑缺陷。

4.2 采用合理的焊接工藝參數

焊接電流盡量選大一點，以達到亞射流過渡。焊接電弧不能過短，過短會引起飛濺增多，電弧過長則會引起電弧飄動、氬氣保護作用變差。

四、結論

通過以上措施，有效的克服了鋁合金材料的特殊性對焊接質量的影響，有效的保證了門檻鋁的焊接質量及生產進度，同時也豐富了分公司鋁合金焊接經驗。

參考文獻：

[1] 國際焊接工程師培訓教程，鋁及鋁合金.