鋁合金材料MIG焊接工藝探討

饒宜中+黎劍新+李豹

摘 要：焊接鋁合金材料中厚板時，常用的焊接方法有TIG和MIG兩種焊接方法。如果使用TIG焊接方法，工藝和操作技術比較簡單，焊接質量穩(wěn)定，主要是工作效率非常低。使用MIG焊接方法，焊接工藝復雜，操作技術要求高，焊縫易產生氣孔，且熔敷填充金屬與母材難熔合，導致焊接質量難于保證，是鋁合金材料采用MIG焊接方法的兩大難題。但具有比TIG焊接方法高十多倍的工作效率。本文通過探討分析，實踐試驗去了解鋁合金材料采用MIG焊接方法的焊接性、焊接工藝、操作技術和解決兩大焊接技術難點的工藝措施。

關鍵詞：鋁合金 實踐試驗 焊接工藝

中國分類號：671.8 文獻標識碼：A

Abstract： Both of TIG and MIG welding methods are always used for thick aluminum alloy steel materials. The practice technique and welding procedure of TIG is simple and the welding quality is stable， but the efficiency is very slow. The practice technique of MIG is very complex and hard， the porosity always comes out in the seams. Deposited metal may be incomplete fusion with base metal and the quality is out of control. These are main difficulties on the thick aluminum alloy steel materials， but the efficiency of MIG is more than 10 times of TIG. This paper analyzes and tests the welding ability， welding procedure and practice technique of MIG for the aluminum alloy steel materials， and puts forward the feasible treatment scheme to resolve the main difficulties.

Key words： Aluminum alloy steels； Practical testing； Welding technique

1 前言

進行鋁合金材料MIG焊接工藝試驗研究，一是為推動焊接操作技術的改進發(fā)展，促使新工藝、新技術的高效生產率得以體現，特別是焊接中厚板的工件，采用MIG焊接方法比TIG焊接方法具有非常明顯的優(yōu)勢。二是為今后公司承接海工產品、化學品船、LPG、LNG等船舶的建造積累經驗和作技術儲備。

2 研究試驗目的

（ 1 ） 通過實踐試驗，探討鋁合金MIG焊接容易產生氣孔和難熔合的問題，如何改進焊接工藝技術，并制定工藝措施，將產生氣孔和難熔合的機率降低到許可范圍內，確保焊接質量的穩(wěn)定性；

（2）了解鋁合金材料在新工藝、新技術中的使用性能，焊接工藝技術；

（3）制定正確合理的焊接工藝和操作方法，編制適用生產的工藝規(guī)程和技術參數。

3 實踐試驗

3.1 材料性能

鋁合金具有良好的耐蝕性，較高的比強度、導電性、導熱性及塑性。性能隨其純度的變化而變化，純度越高，強度越低，塑性越高；另一特點是，隨著溫度的升高，抗拉強度降低，反之則抗拉強度增高。

3.2 工件清潔

鋁合金材料焊前工件和焊材經過清理后，應及時施焊，如果存放時間較長，就會新生氧化膜。從清理到焊縫焊完一般在4小時內完成。正常情況下清理工作采用酒精、丙酮等有機溶劑擦拭母材表面附屬油污，然后用不銹鋼絲砂輪或專用刮刀去除坡口及兩側20 mm范圍內的氧化膜，露出金屬光澤。不能采用普通砂輪片、鋼絲輪、砂紙等作為清理工具，防止在打磨清理中砂?；蚱渌s質被壓入母材內，而焊接時產生焊接缺陷。盡量不采用機械清理方法，因其對氧化膜的去除不易徹底。

采用多層多道焊接時，焊道層間要清潔干凈，不允許殘留任何雜質。必要時，還要采用刨焊根刀片對焊縫表面進行刨磨，深度為0.5～1 mm。

3.3 操作方法

TIG和MIG兩種焊接方法，都同屬惰性氣體保護電弧焊，而高純氬氣是兩種鋁合金材料焊接方法最常用的保護氣體，與其它氣體相比，具有引弧容易、電弧電壓穩(wěn)定、保護效果好、導熱系數小的特點，最重要是具有良好的陰極破碎作用，對鋁合金表面難熔合高熔點的氧化膜十分關鍵。

TIG焊的電極是不熔化的，不存在熔敷金屬的過渡問題；MIG焊的電極是熔化的，因此存在熔敷金屬的過渡問題。

如果焊接中厚度以上的板材，必要時用加溫烘干槍對焊縫進行焊前加溫，溫度不超過150 ℃。因焊接時起始端溫度相差大太，加上母材導熱性強，焊縫冷卻速度過快，導致不熔于焊縫金屬的雜質難于溢出表面，形成焊接缺陷。

3.4 焊接缺陷

（1）氣孔是鋁合金材料在焊接過程中最易產生的缺陷，當板材厚度小于6 mm時，氣孔較易控制；焊接中厚度或以上板材時，產生氣孔的因素就比較復雜和不易撐控，除自然環(huán)境條件和工藝因素的影響外，氫是產生氣孔的主要因素。氫的來源主要是弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分、母材表面氧化膜的吸附水分。因其液體熔池在高溫下很容易吸收大量氣體，在液態(tài)凝固時，溶解度急劇下降，焊后冷卻凝固較快，氣體析出過程較慢，而聚集在焊縫中形成氣孔。endprint

（2） 在焊縫霧化區(qū)和起弧端產生較多不規(guī)則分布的黑素污物，和在焊縫層道間存有大量污渣和氧化物，說明氣體保護效果差，焊接電弧受到干擾，導致熔敷金屬過渡和弧長不穩(wěn)定，造成焊縫成型不良，霧化區(qū)變窄，也是產生氣孔的原因之一。

（3） 采用單面焊雙面成形焊接工藝，在無保護工裝情況下焊接，焊縫缺陷比較明顯。由于受焊接熱的影響，焊接接頭易軟化，高溫時的強度和塑性又低，焊接過程中大量的熱能被迅速傳導到基體金屬內部，使基體金屬近縫區(qū)的力學性能下降，不能支撐基體面層的液體金屬，而使受壓母材在軟化狀態(tài)時下陷，成形不良焊縫。

4 工藝措施

鋁合金材料在焊接過程中易發(fā)生各種焊接缺陷，因其材料特性和焊接工藝措施比較復雜，焊接時應采用如下措施：

（1）母材與焊接材料的匹配選擇要正確；

（2）制定材料的清潔和保護工藝措施；

（3）確保焊接氣體的純度和輸送密封性；

（4）使用專用清潔工具，焊縫須連續(xù)焊接，盡量在短時間內施焊完畢；

（5）在濕度>80%時，不適宜焊接，和焊接中厚度以上板材時，要用加溫烘干槍烘干；

（6）對焊縫兩側進行加溫烘干，溫度不宜超過150 ℃；

（7）嚴控焊接速度、焊層厚度，焊具角度和焊絲干伸長度及層間溫度等工藝；

（8）嚴控氫的含量和來源（焊絲、焊條、熔劑、氣體、母材氧化膜、作業(yè)環(huán)境）；

（9）薄板焊接時，選用的工裝夾具要合適，盡量采用平焊；

（10）TIG焊時，選用大電流高速焊。MIG焊時，選用大電流和較慢焊接速度，延長熔池存在時間，可有效防止氣孔產生；

（11）嚴格執(zhí)行制定的焊接工藝流程，盡量采用熱能量集中，功率大的焊接方法；

（12）MIG焊時，采用噴射過渡焊接，電弧電壓要偏低，使熔滴處于噴射過渡中的噴滴過渡，將弧長控制在噴射與短路過渡之間，這種熔滴過渡形式的焊縫成形美觀，焊接過程穩(wěn)定，不利于氣孔的產生。

焊接試驗參數見表1 。

5 實踐試驗效果

通過各種實踐試驗和分析研究，基本確定焊接工藝參數和操作技術規(guī)程，并不斷改進調整。試驗焊縫經無損探測和力學破壞性檢驗，結果表明，焊接氣孔數大幅下降，控制在標準范圍內，焊縫熔合區(qū)的焊接質量明顯提高。焊縫兩側黑素污物少并遠離熔合區(qū)，說明霧化區(qū)的氣體保護效果好，焊接電弧不受干擾，保證了焊接效果和內在質量，且焊縫外形美觀和焊接質量穩(wěn)定。

試件經ABS（AWS）標準檢測試驗，各項數據值均符合要求。

參考文獻

[1]宋天虎、陳劍虹、吳林等.焊接手冊.焊接方法及設備第2版（1-3冊） [M].2001.

[2]陳祝年.焊接工程師手冊[M].2002.endprint