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(chǎn)，通過實踐探索、經(jīng)驗積累，就鋁合金結(jié)構(gòu)件焊接特性、焊接時的操作要點(diǎn)、常見缺陷的處理以及焊縫成形控制幾個方面進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：鋁合金;焊接特性;焊縫成形

前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國海運(yùn)集裝箱進(jìn)出口量逐年增加，其中，冷藏集裝箱以其高技術(shù)含量和高附加值，在物流領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，鋁合金材料在冷藏集裝箱的運(yùn)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(zhì)量尤其重要。由于鋁合金焊接特性有的膨脹系數(shù)、溶解熱、熔點(diǎn)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(tài)不易觀察，焊接過程中容易氧化等特點(diǎn)，就此進(jìn)行了實踐探索。針對試制過程中遇到的質(zhì)量問題進(jìn)行處理對策，使得在批量生產(chǎn)順利進(jìn)行，保證了產(chǎn)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(hù)氣體為99.99%高純氬氣。焊絲與母材化學(xué)成分見表一。

二、鋁合金的焊接難點(diǎn)

鋁合金是銀白色的輕金屬，熔點(diǎn)低658℃，因為其獨(dú)特的物理及化學(xué)性能，在焊接過程中會出現(xiàn)一定的困難，具體表現(xiàn)在：

1、極易氧化

在空氣中鋁容易與空氣中的氧結(jié)合生成致密的Al2O3氧化膜（厚度約0.1um），這層膜熔點(diǎn)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(dǎo)率

鋁及鋁合金熱導(dǎo)率、比熱容很大，熱導(dǎo)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(dǎo)到基體金屬內(nèi)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(shù)為鋼的兩倍左右，凝固時體積收縮率達(dá)6.5%—6.6%，焊接時由于過大的收縮應(yīng)力導(dǎo)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(qiáng)度和塑性降低以及合金元素的蒸發(fā)

在高溫下鋁的強(qiáng)度和塑性很低，難以支撐住液體金屬導(dǎo)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(yán)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(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)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(shù)高，凝固時體積收縮率較大，焊件的變形和應(yīng)力較大，從而導(dǎo)致焊接變形大。

三、鋁合金焊接工藝分析及對策

根據(jù)鋁合金的焊接特點(diǎn)，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(diǎn)2050℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋁合金560-620℃的熔點(diǎn)，氧化膜的存在嚴(yán)重的影響了鋁合金的焊接質(zhì)量。

1.1氧化膜的處理方法

氧化膜的處理方法有化學(xué)清理和機(jī)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(huán)境的要求。

（1）化學(xué)清洗。化學(xué)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(jī)械清理。機(jī)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(jī)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(huán)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(xiàn)場環(huán)境要求高，現(xiàn)場環(huán)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(yīng)在8小時內(nèi)完成焊接。焊絲在不使用時，放置在環(huán)境溫度10℃以上，濕度65%一下的環(huán)境中，且放置包裝箱內(nèi)，防止污染，妥善保管。

2、焊接設(shè)備的選擇

由于鋁及鋁合金熱導(dǎo)率、比熱容很大，熱導(dǎo)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(dǎo)到基體金屬內(nèi)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(hù)焊和非熔化極氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，由于非熔化極氣體保護(hù)焊效率低，難以滿足生產(chǎn)進(jìn)度，只能在焊縫修補(bǔ)時使用，在生產(chǎn)中主要采用肯比多用途數(shù)字熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)。這種焊機(jī)有針對鋁合金材料導(dǎo)熱快特點(diǎn)，設(shè)有特殊四步焊槍開關(guān)模式。

3、控制裝配間隙、合理焊接順序

鋁合金的線膨脹系數(shù)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(jìn)行防控。

3.1控制焊接變形的措施

（1）采用點(diǎn)焊固定，焊點(diǎn)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(guī)范，控制焊角尺寸，減少焊接線能量的輸入。

4、優(yōu)化焊接操作及焊接工藝參數(shù)

4.1 焊接操作方法

由于鋁合金是銀白色的輕金屬，從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)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(qiáng)度和塑性降低，難以支撐住液體金屬，導(dǎo)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(xì)觀察熔池金屬，采用左焊法，且用直線小步伐的運(yùn)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(xì)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(dǎo)致出現(xiàn)焊瘤、燒穿情況，應(yīng)預(yù)留3mm左右起弧，收弧處應(yīng)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(shù)

焊接電流盡量選大一點(diǎn)，以達(dá)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(hù)作用變差。

四、結(jié)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(zhì)量的影響，有效的保證了門檻鋁的焊接質(zhì)量及生產(chǎn)進(jìn)度，同時也豐富了分公司鋁合金焊接經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國際焊接工程師培訓(xùn)教程，鋁及鋁合金.