铝合金焊接基础知识

铝合金焊接基础知识

一、铝及铝合金焊接的特点及焊接性

1、常见铝及铝合金的分类铝为银白色轻金属，纯铝的熔点为660℃，密度

2.7g/cm3。工业用铝合金的熔点约为560℃。按照GB/T3190-1996或

GB/T16474-1996的规定，纯铝和铝合金牌号命名的基本原则是：可直接

采用国际四位数字体系牌号；未命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及

其合金采用四位字符牌号。城轨事业部目前常用的铝材主要有以下三种：

①5083-H111，5表示为Al-Mg系，H111加工硬化状态：最终退火后又进行

了适量加工硬化。主要用于折弯件用的板材。

②6005A-T6，6表示为Al-Mg-Si系，T6热处理状态：固溶处理后再人工时

效的稳定状态。除牵引梁型材为6082之外，其余所有的型材均为6005A

③6082-T6，绝大部分板材。

二、铝合金焊接基础知识

1、定义：ISO857-1中对熔化极气体保护焊定义如下：使用丝状电极的

MIG/MAG焊接原理图

金属电弧焊，在过程中外部气源提供的气体形成的屏障将电弧和熔池与空气隔离。根据使用的保护气体类型，进一步划分为：当使用惰性气体时为熔化极惰性气体保护电弧焊（MIG）。当使用活性气体时为活性气体保护电弧焊（MAG）。

1-母材2-电弧3-焊缝4-套筒5-保护气体6-导电嘴7-焊丝8-送丝轮

原理：通过送丝马达由丝盘提供的焊丝，仅在离开焊枪前通过简短地接触导电嘴加载电流，以便电弧能在焊丝的端部和工件之间燃烧。保护气体由保护气喷嘴流出覆盖焊丝。这样保护了焊接金属，防止空气中的氧、氢、氮等的渗透。保护气体除了保护熔池之外还有其他作用，比如它确定了电弧气氛的成分，从而也影响了电弧的导电性和由此决定的焊接特性。此外它还对吸收和烧损过程以及形成的焊缝的化学成分有影响，即它由焊接冶金学方面的作用。

2 电流类型

MIG焊接通常使用直流电源焊接，电极（焊丝）连接到电源的正极，工件连接到电源的负极。

3 焊接材料

铝和铝合金焊接用焊材一般为实芯焊丝，焊材标准为EN ISO 18273。城轨事业部常用的MIG焊丝材质为5083，常见直径为Ф1.2mm，底架手工MIG焊及自动焊接使用的则为Ф1.6mm。通常规格为7Kg/盘。

4 保护气体

DIN EN 439标准规定了MIG/MAG焊用保护气体。该标准定义了所有弧焊和弧割用的保护气体。

城轨事业部常用焊接气体为99.9999%的高纯氩（Ar），只有在底架焊接时为增加熔深采用氩氦混合气体，成分为70%氩气+750ppm氮气+剩余氦气。这是因为在氩气中添加氦气能改善电弧气氛的热传导性和保温性能，这两种影响产生了高能量的电弧和更好的电弧穿透性。

MIG焊接常用气体流量为18~20L/min。

5 焊缝坡口的形式

铝及铝合金焊接时，坡口一般采用机械方法加工，常见的坡口形式如下：

6 衬垫

MIG焊接时功率较大，熔透能力强，这样就造成焊缝金属在焊缝根部下漏，造成根部裂纹，根部成型差等缺陷。所以铝合金焊接全焊透时常需要加焊接垫板，有利于缩小接头有关尺寸，操作条件较为宽松，对操作技能可以适当降低。焊接垫板分为可移除式焊接垫板和永久性焊接垫板，可移除式焊接垫板常见材质为不锈钢或陶瓷，如下

7 焊接位置

ISO 6947中定义焊接位置如下：

PA-平焊PB-平角焊PC-横焊PD-仰角焊

PE-仰焊PF-立向上焊PG-立向下焊

三铝合金焊接实做

铝合金焊接因材料的特殊性，在整个焊前准备、焊接过程及焊后处理过程中有较多的注意事项及禁忌，操作人员必须注意这些事项，才能焊接出合格的焊缝。

1 焊前准备

在焊接前，必须对工件表面及型腔内部的铝屑、飞溅、毛刺、灰尘、机加工残留的切削液清理干净，然后使用异丙醇清洗液将焊缝区域清洗干净后用干净的白棉布擦干。

使用风动不锈钢钢丝轮将焊缝区域（坡口边缘两侧各20mm）氧化膜打磨掉，直到焊缝区域呈现亮白色。若清理氧化膜后12小时后并未焊接，在下次施焊前需重新打磨氧化膜。打磨过钢材的工具不得再用于打磨铝材。

检查焊缝，焊接区域不得有钢丝轮吊落的钢丝等杂物。要求全焊透的焊缝，要留有2~3mm的焊缝间隙，角焊缝装配间隙要尽量的小。

检查温湿度，作业区要求温度在5℃以上，湿度小于70％。环境不符合要求，不能进行焊接作业，当湿度超过60%而小于70%之间时，操作人员需随时关注湿度。夏季多雨季节湿度易超标，需多关注。

检查焊机状态，检查保护气体的压力、余量等，焊丝的余量。使用尖嘴钳将导电嘴拧紧

2 焊接过程

对超过8mm厚板的接头使用氧—乙炔焰预热，预热温度80~120℃。使用温度计对预热温度进行测量，切勿不使用仪器而仅评个人经验判断。

①引弧焊枪开关按下后，焊丝开始按预设速度送丝，同时保护气体开始流出。当焊丝接触工件表面而短路，产生很大短路电流使焊丝尖端材料气化引燃电弧。此时电弧还很微弱，若送丝速度很高则电弧很可能被焊丝挤压而熄灭，这就需要二次引弧或三次引弧。现代的智能化焊机为了解决这种问题，可以编制特殊

的引弧程序：在起弧的瞬间增大电流，使焊丝“过烧”，从而避免焊丝挤压微弱的电弧而造成熄弧，待电弧稳定后引弧程序终止，电流回归正常。

②焊接引弧后，焊枪以一定姿态运行，焊枪与工件及焊接方向应保持一定的角度，但运行过程中可机动地调整。焊枪指向焊接前进方向时称为左焊法，焊枪指向反焊接方向时称为右焊法，如下图所示

若其他焊接条件相同，左焊法时熔深较小，焊道较宽较平，熔池被电弧力推向前方，操作者易观察到焊接接头位置，易掌握焊接的方向；右焊法可获得较大的熔深，焊道窄而凸起，熔池被电弧力推向后方，电弧能直接作用于母材上。铝及铝合金的焊接多采用左焊法及亚射流过渡方式。

焊接时，喷嘴下端与工件间的距离保持在8mm~15mm之间。过低易与熔池接触，过高时，弧长被拉长，保护效果变差，熔深变浅。

焊枪摆动在焊接过程中，可以通过有规律的焊枪摆动，来提高焊缝质量，完成焊接工作，常用的四种摆动方式，其一为小幅度起伏摆动，在电流较大时，此种摆动方式可使打底焊不至烧穿，同时可加大熔深，使焊缝饱满；其二为较大幅度的在焊接方向前后摆动，适用于厚板，但焊丝摆动幅度不能超越熔池，其步骤为：前进—回拉—停留—再前进—再回拉—…，采用这种方式可以避免烧穿，同时能加大熔深；其三为划圈摆动，适用于焊接时温度过高而需避免过热，此法可将焊接热扩散，但熔深将有所降低；其四为“八字步”式摆，适用于PF位置的焊缝，这种摆动可以防止金属液下坠，也可避免烧穿。

多道焊对较厚的工件焊接时，一道焊缝已经不能填充满焊道，这时就需要多层多道焊接。对于单面多道焊，每焊完一条焊道，需要使用钢丝刷等工具清理焊缝表面。熔覆焊道要宽而浅，以便于气体的逸出。铝合金焊接时还需严加控制层间温度为60~100℃（使用温度计测量），以防过热产生热裂纹等缺陷。对于双面多层多道焊，正面打底焊应一次焊透，在焊完一面在反面清根后，需做PT（渗透探伤）检查无裂纹后，方可进行反面打底焊接。

③熄弧熄弧时容易产生弧坑及焊缝过热，从而产生弧坑裂纹。现代焊机一般都带有熄弧程序，可以在关闭焊枪开关后电流递减，并保持气体通送一定时间，从而时弧坑填满。操作者需要在关闭焊枪开工后继续停留一会再移开焊枪，并将余高过高处修磨平整。

铝合金焊接中，起弧端和收弧端是裂纹的高发区域，所以若焊缝中间停顿，若在接头处再次起弧，必需再次将接头打磨成斜坡状。对于重要的焊缝，如铝合金地铁车体底架的牵引梁与枕梁20mm厚板双面焊缝，需添加起弧板及收弧板，在焊缝区域外进行起弧和收弧，待焊接完成后将起弧板及收缝有无缺陷，以便返工。弧板切除。目前城轨事业部采用TPS系列焊机，都有起弧及收弧程序，操作者在焊接前需根据板厚对参数进行适当设定。焊接完成后，需对焊缝表面的黑灰等进行清理（焊接Al-Mg合金时，出现少量黑污不是缺陷），并目检焊缝质量，对有缺陷处进行标记，以便后续制定返工方案。

四常见铝合金焊接缺陷及成因

五小结

铝合金熔化极惰性气体保护焊接，相对于普通钢材的活性气体保护焊接来说，是一种很“娇气”的焊接技术，焊前工件的表面清理、接头的装配、焊接材料、保护气体、电源、环境、焊接技术等因素有一个不到位，就很难得到满意的焊缝，操作者需严格遵守操作规程，才能焊接出漂亮的焊缝。