铝及铝合金焊接工艺适应性研究

发表时间：2018-01-23T11:27:39.883Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第24期作者：康荣军李增胜[导读] 铝合金由于重量轻，比强度高，耐腐性性能好，无磁性，成型好等诸多的特点被广泛的应用在各种焊接结果产品中。

山东德建建筑科技股份有限公司山东省德州市 253000 摘要：铝合金是工业中应用比较广泛的一类有色金属结构材料，在航空，航天，汽车，机械制造，船舶和化学领域都有广泛的应用。随着科技的进步和工业经济飞速的发展，对于铝合金焊接构件的需求日益增多，使得铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术成为了当今热门的研究方向。

关键词：铝铝合金焊接工艺研究

铝合金由于重量轻，比强度高，耐腐性性能好，无磁性，成型好等诸多的特点被广泛的应用在各种焊接结果产品中。因此如何提高铝合金焊接的生存率和焊接质量，减少焊接缺陷存在的高效焊接方法成为了实际生产的迫切要求。1铝合金的分类

铝合金可以分为变形铝合金（双分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料‘铸造铝合金以合金铸锭供应。’ 2铝及铝合金的焊接特点（1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。（2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。（3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5％～6％时可不产生热裂，因而采用SAlSi 條（硅含量4．5％～6％）焊丝会有更好的抗裂性。（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。

（5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。

（6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。（7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。（8）铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。3铝合金的焊接难点铝合金焊接有几大难点：（1）铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这成为了阻碍铝合金应用的最大的障碍；（2）铝合金焊接容易产生气孔；（3）铝合金焊接易产生热裂纹；（4）铝合金表面容易产生难熔的氧化膜，这就需要采用大功率密度的焊接工艺。（5）铝合金膨胀系数大，易产生焊接变形；（6）铝合金热导率大（约为钢的4被），相同焊接速度小，热输入要比焊接钢材大2~4倍。4铝合金的焊接工艺方法几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG 或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）4.1铝合金的钨极氩弧焊（TIG）铝合金的钨极氩弧焊也可以称为钨极惰性气体保护电弧焊，是利用钨极与工件之间形成电弧产生的大量热量溶化待焊处，外加填充焊丝获得牢固的焊接接头。氩弧焊焊铝是利用其“阴极雾化”的特点，自行去除氧化膜。钨极及缝区域嘴中喷出的惰性气体屏蔽保护，防止焊缝区和周围空气的反应。

4.2铝合金的熔化氩弧焊（MIG）铝合金的熔化极氩弧焊也称为熔化极惰性气体保护电弧焊，电弧是在惰性气体保护中的焊件和铝及铝合金焊丝之间形成，焊丝作为电极及填充金属。由于焊丝作为电极，可以采用高密度电流，因而母材熔深大，填充金属熔敷速度快，焊接生产率高。

4.3铝合金的激光焊