鋁合金薄板焊接技術

祁春生 劉曉軍 呂士偉

摘要：鋁合金薄板焊接技術目前焊接方面難度較大的一種焊接項目，如何能焊接出好的焊接接頭，選用合理的焊接方法起到關鍵的作用。簡單介紹了鋁合金薄板的焊接技術、特點。

關鍵詞? 鋁及鋁合金? 手工氬弧焊? 焊接特點

鋁及其鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應用。隨著近年來科學技術以及工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接構(gòu)件的日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發(fā)展，同時焊接技術的發(fā)展又拓展了鋁合金的應用領域，因此鋁合金的焊接技術正成為研究的熱點之一。

一、鋁合金的分類

鋁合金可分為變形鋁合金（雙分為非熱處理強化鋁合金、熱處理強化鋁合金兩類）鑄造鋁合金。變形鋁合金是指經(jīng)不同的壓力加工方法制成的板、帶、管、型、條等半成品材料，鑄造鋁合金以合金鑄錠供應。

1、非熱處理強化鋁合金

非熱處理強化鋁合金通過加工硬化、固溶強化提高力學性能，特點是強度中等、塑性及耐腐蝕性好，又稱防銹鋁，原先代號為LFXX，AL-Mn合金和AL-Mg合金屬于防銹鋁合金，不能熱處理強化，但強化度比純鋁高，并且具有優(yōu)異的抗腐蝕性和良好的焊接性，是目前焊接結(jié)構(gòu)中應用最廣泛的鋁合金、超硬鋁、鍛鋁等。

2、硬鋁

硬鋁的牌號是按銅的增加順序編排的。Cu是硬鋁的主要成分，為了得到高的強度，CU含量一般應控制在4.0%-4.8%。Mn也是硬鋁的主要成分，主要作用是消除鐵對抗腐蝕性的不利影響，還能細化晶粒、加速時效硬化。在硬鋁合金中，銅、硅、鎂等元素能形成溶解于鋁的化合物，從而促使硬鋁合金在熱處理時強化。

退火狀態(tài)下硬鋁的抗拉強度為160～220MPa，經(jīng)過淬火及時效后抗拉強度增加至312～460MPa。但硬鋁的耐蝕性能差，為了提高合金腐蝕性，常在硬鋁板表面覆蓋一層工業(yè)純鋁保護層。

3、超硬鋁

合金中鋅、鎂、銅的平均總含量可達9.7%～13.5%，在當前航空航天工業(yè)中仍是強度最高和應用最多的一種輕合金材料。超硬鋁的塑性和焊接性差，接頭強度遠低于母材，由于合金中鋅含量較多，形成晶間腐蝕及焊接熱裂紋的傾向較大。

4、鍛鋁

具有良好的熱塑性，而且銅含量越少熱塑性越好，適于作鍛件用，具有中等強度和良好的抗蝕性，在工業(yè)中得到廣泛的應用。

二、鋁合金的鎢極氬弧焊

鋁合金的鎢極氬弧焊也稱為鎢極惰性氣體保護焊，是利用鎢極與工件之間形成電弧產(chǎn)生的大量熱量熔化待焊處，外加填充焊絲獲得牢固的焊接接頭。氬弧焊焊鋁是利用其“陰極霧化”的特點，自行去除氧化膜。鎢極及縫區(qū)域由噴嘴噴出的惰性氣體屏蔽保護，防止焊縫區(qū)和周圍空氣的反應。

TIG焊工藝最適于焊接厚度小于3mm的薄板，工件變形明顯小于氣焊和手弧焊。交流TIG焊陰極具有去除氧化膜的 清理作用，可以不用溶劑，避免了焊后殘留溶劑、熔渣對接頭的腐蝕。接頭形式可以不受限制，焊縫成形良好、表面光亮。氬氣流對焊接區(qū)的沖刷使接頭冷卻加快，改善了接頭的組織和性能，適合于全位置焊接。由于不用溶劑，焊前清理的要求比其他焊接方法嚴格。

焊接鋁合金較適宜的工藝方法是交流TIG焊和交流脈沖TIG焊，其次是直流反接TIG焊。通常，用交流焊接鋁合金時可在載流能力、電弧可控性以及電弧清理作用等方面實現(xiàn)最佳配合，故大多數(shù)鋁合金的TIG焊焊都是采用交流電源。采用直流正接（電極接負極）時，熱量產(chǎn)生于工件表面，形成深融透，對一定尺寸的電極可采用更大的焊接電流。即使是厚截面也不需要預熱，且母材幾乎不發(fā)生變形。雖然很少采用直流反接（電極接正極）TIG焊方法來焊接鋁，但這種方法在連續(xù)焊或補焊薄壁熱交換器、管道壁厚在2.4mm以下的類似組件時有熔深淺、電弧容易控制、電弧具有良好的凈化作用等優(yōu)點。

三、鎢極

鎢的熔點是340℃，是熔點最高的金屬。鎢在高溫時有強烈的電子發(fā)射能力，在鎢電極加入微量稀土元素釷、鈰、鋯等的氧化物后，電子逸出功顯著降低，載流能力明顯提高。鋁合金TIG焊時，鎢極作為電極主要起傳導電流、引燃電弧和維持電弧正常燃燒的作用。常用的鎢極材料分純鎢、釷鎢及鈰鎢等。

四、焊接工藝參數(shù)

1、焊接工藝參數(shù)分析

為了獲得優(yōu)良的焊縫成形及焊接質(zhì)量，應根據(jù)焊件的技術要求，合理的選擇焊接工藝參數(shù)。鋁合金手工TIG的主要參數(shù)有電流種類、極性和電流大小、保護氣體流量、鎢極伸出長度、噴嘴至工件的距離等。自動TIG焊的工藝參數(shù)還包括電弧電壓（弧長）、焊接速度及送絲速度等。

工藝參數(shù)是根據(jù)被焊材料和厚度，先確定鎢極直徑與形狀、焊絲直徑、保護氣體及流量、噴嘴孔徑、焊接電流、電弧電壓和焊接速度，再根據(jù)實際焊接效果調(diào)整有關參數(shù)，直至符合使用要求為止。

鋁合金TIG焊工藝參數(shù)的選用要點如下：

噴嘴孔徑與保護氣體流量? 鋁合金TIG的噴嘴孔徑為5～22mm，保護氣體流量一般為5～15L/min。

鎢極伸出長度及噴嘴至工件的距離? 鎢極伸出長度，對接焊縫時一般為5～6mm，角焊縫一般為7～8mm.噴嘴至工件的距離一般取10mm左右為宜。

焊接電流與焊接電壓? 與板厚、接頭形式、焊接位置及焊工技術水平有關。手工TIG時，采用交流電源，焊接厚度小于6mm鋁合金時，最大的焊接電流可根據(jù)電極直徑的d按公式I-（60～65）d確定。電弧電壓主要由弧長決定，通常使弧長近似等于鎢極直徑比較合理。

焊接速度? 鋁合金TIG焊時，為了減小變形，應采用較快的焊接速度。手工TIG焊一般是焊工根據(jù)熔池大小、熔池形狀和兩側(cè)熔合情況隨時調(diào)整焊接速度，一般的焊接速度為8～12m/h，自動TIG時，工藝參數(shù)設定以后，在焊接過程中焊接速度一般不變。

焊絲直徑? 一般由板厚和焊接電流確定，焊絲直徑與兩者之間呈正比關系。

交流電特點是負半波（工件為負）

2、鋁合金的焊接性特點

鋁和氧的親和力很大，因此在鋁及鋁合金表面總有一層難熔的氧化膜遠遠超過鋁的熔點，這層氧化膜不溶于金屬并且妨礙被熔融填充金屬潤濕。在焊接或釬焊過程中應將氧化膜清除或破壞掉。

熔焊時，鋁合金的焊接性首先體現(xiàn)在抗裂性上。在鋁中加入銅、錳、硅、鎂、鋅等合金元素可獲得不同性能的合金，各種合金元素對鋁合金焊接裂紋的影響不同。

鋁合金的固態(tài)和液態(tài)色澤不易區(qū)別，焊接操作時難以控制熔池溫度。焊后焊縫易產(chǎn)生氣孔，焊接接頭區(qū)易發(fā)生軟化。

總之，鋁及鋁合金因其獨特的材料性質(zhì)和焊接性在現(xiàn)代工業(yè)和其他高科技領域中得到了越來越廣泛的應用，成為我國現(xiàn)代化建設事業(yè)發(fā)展中不可缺少的結(jié)構(gòu)材料之一。通過對鋁及鋁合金材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和焊接性的研究，我們可以看出，鋁及鋁合金有著不同于其他金屬材料的特點和性質(zhì)，因此，我們要通過本論文更好的理解并掌握鋁及鋁合金的相關材料知識，并認識到鋁及鋁合金應用的領域不同和對其要求的性能不同時，我們進行焊接時要根據(jù)具體情況選擇相應的能滿足需要的焊接方法來焊接鋁及鋁合金構(gòu)件，同時也希望借助于本論文的介紹，我們能更好的應用鋁及鋁合金，也能在此基礎上去不斷地研究新的鋁及鋁合金焊接技術。

參考文獻：

1? 陳茂愛? 鎢極氬弧焊? 化學工業(yè)出版社

2? 孟慶森，王文先，吳志生? 化學工業(yè)出版社