焊接材料及工藝對(duì)鋁合金焊接性能的影響

賴鷗

摘 要：鋁合金因其優(yōu)良的金屬性能被廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)建設(shè)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(diǎn)以及不同的焊接工藝，對(duì)提高焊接接頭的性能，不斷擴(kuò)大鋁合金的適用范圍有著深遠(yuǎn)的意義。文章從焊接材料和焊接工藝兩方面論述了其對(duì)鋁合金焊接性能的影響。

關(guān)鍵詞：鋁合金；焊接材料；焊接工藝；焊接性能

鋁合金不僅延續(xù)了鋁質(zhì)輕、彈性好的特點(diǎn)，還根據(jù)不同的金屬添加物具有了更多的性能，如更好的導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度、高導(dǎo)電等。隨著鋁合金應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，正確選擇焊接材料，使用合適的焊接工藝，對(duì)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(jù)鋁合金成分的不同，鋁合金種類眾多。總體來(lái)說(shuō)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(shuō)明。

2 鋁用焊接材料

常見(jiàn)的鋁合金焊接材料包括焊絲、焊條、保護(hù)氣體。下面就簡(jiǎn)單介紹一下不同焊接材料對(duì)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(jù)母材的成分和具體構(gòu)件來(lái)定了。在具體應(yīng)用中，焊絲大致分為同質(zhì)焊絲和非同質(zhì)焊絲兩大類，使用時(shí)要結(jié)合鋁合金構(gòu)件對(duì)構(gòu)件焊縫、抗裂性、耐腐蝕性等的要求來(lái)選擇。例如如果焊絲為5000系、鎂含量超過(guò)3%的焊絲，那么含結(jié)構(gòu)件使用環(huán)境的溫度就必須低于65℃，以免出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕龜裂。一般情況下，焊絲的規(guī)格要與母體的規(guī)格基本保持一致，以提高結(jié)構(gòu)的性能。為避免影響焊接接口的性能在具體選擇上應(yīng)注意以下三個(gè)問(wèn)題：

2.1.1 焊接頭的力學(xué)性能

焊絲型號(hào)不同，強(qiáng)度也不一樣。對(duì)于焊后不需要進(jìn)行塑性變形加工、對(duì)力學(xué)性能、抗裂性能要求較高的鋁合金構(gòu)件，要優(yōu)先選擇4000系以上鋁合金強(qiáng)度較高的焊絲，如硅鋁焊絲；相反，如果構(gòu)建焊接后還要進(jìn)行變形加工，就不能選用含硅焊絲，以免在折彎過(guò)程中出現(xiàn)接口斷裂。

2.1.2 焊接接頭的裂紋敏感性

鋁合金構(gòu)件接頭熱敏感區(qū)的裂紋敏感性與選擇焊絲的材質(zhì)有很大關(guān)系，如果構(gòu)建對(duì)裂紋敏感性要求較高，選擇的焊絲熔點(diǎn)就應(yīng)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(qiáng)度就必須大于或等于母材強(qiáng)度。

2.2 焊條

鋁合金焊條型號(hào)、規(guī)格與用途見(jiàn)表1。

3 鋁合金的焊接工藝

在實(shí)踐中，根據(jù)使用工具、焊接對(duì)象、性能要求的不同，也有著不同的鋁合金焊接工藝，最常見(jiàn)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(shí)，或是沒(méi)有特殊性能要求時(shí)，我們會(huì)首選氣焊工藝，這與氣焊使用設(shè)備簡(jiǎn)單是分不開(kāi)的。

3.1.1 接頭的選擇

氣焊以對(duì)接接頭最宜，這樣易于焊接后清理縫隙內(nèi)的殘?jiān)?。為了提高焊接效率，保證焊接質(zhì)量，在氣焊過(guò)程中還可以適當(dāng)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?cè)诤附舆^(guò)程中更好的去除雜質(zhì)等不利于焊接的物質(zhì)，提高焊接質(zhì)量，更好的保證鋁合金焊接接口的性能。

含鋰熔劑和無(wú)鋰熔劑是在鋁合金焊接實(shí)踐中使用最多的兩大類熔劑，前者熔點(diǎn)低、粘度小，廣泛應(yīng)用于薄板和全位置焊接中；后者熔點(diǎn)高、粘度大更適應(yīng)于焊接較大的鋁合金構(gòu)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(diào)好涂在要焊接的構(gòu)建接口表面，調(diào)好的熔劑要盡快使用以免變質(zhì)。

3.1.3 火焰的選擇

在焊接鋁合金構(gòu)件時(shí)，火焰以中性或微弱碳化火焰最宜，同時(shí)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(huì)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(hù)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(gòu)件變形程度。因?yàn)楹附舆^(guò)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(diǎn)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(diǎn)，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(shù)

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

噴嘴孔徑和保護(hù)氣體流量。噴嘴的孔徑根據(jù)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(guò)遠(yuǎn)，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(zhì)量，在進(jìn)行鋁合金TIG焊作業(yè)時(shí)，應(yīng)保持較快的焊接速度，手工焊接速度為8～12m/h，自動(dòng)焊接應(yīng)保持恒定速度。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(qū)別，例如鋁合金電焊工藝中的半自動(dòng)MIG焊工藝、自動(dòng)MIG焊工藝，這兩種工藝對(duì)焊接接口性能的影響在此就不一一介紹了?？傊阡X合金焊接中我們必須根據(jù)不同材質(zhì)選擇不同的焊接工藝，以提高焊接的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王禹華.船用鋁合金的幾種焊接方法[J].機(jī)械制造，2012，（03）：11-12.

[2]王宏偉.鋁及鋁合金氣焊工藝探討[J].華章，2012，（01）：23-25.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第一卷）焊接方法與設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：55-58.