焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响

赖鸥

摘 要：铝合金因其优良的金属性能被广泛应用于各种结构建设中。不同材料的铝合金也有着不同的焊接工艺，因此掌握铝合金焊接材料的性能特点以及不同的焊接工艺，对提高焊接接头的性能，不断扩大铝合金的适用范围有着深远的意义。文章从焊接材料和焊接工艺两方面论述了其对铝合金焊接性能的影响。

关键词：铝合金；焊接材料；焊接工艺；焊接性能

铝合金不仅延续了铝质轻、弹性好的特点，还根据不同的金属添加物具有了更多的性能，如更好的导热性、高强度、高导电等。随着铝合金应用领域的不断扩大，正确选择焊接材料，使用合适的焊接工艺，对提高焊接口的焊接性能，有着重要意义。

1 铝合金的分类

根据铝合金成分的不同，铝合金种类众多。总体来说大致分为两类，即变形铝合金和铸造铝合金。具体分类示意图如图1所示。其中不同的铝合金又具有不同的特性，在此就不一一说明。

2 铝用焊接材料

常见的铝合金焊接材料包括焊丝、焊条、保护气体。下面就简单介绍一下不同焊接材料对铝合金焊接性能的影响。

2.1 焊丝

在气焊和钨极氩弧焊中，焊丝使用比较广泛，但具体使用什么类型的焊丝就要根据母材的成分和具体构件来定了。在具体应用中，焊丝大致分为同质焊丝和非同质焊丝两大类，使用时要结合铝合金构件对构件焊缝、抗裂性、耐腐蚀性等的要求来选择。例如如果焊丝为5000系、镁含量超过3%的焊丝，那么含结构件使用环境的温度就必须低于65℃，以免出现应力腐蚀龟裂。一般情况下，焊丝的规格要与母体的规格基本保持一致，以提高结构的性能。为避免影响焊接接口的性能在具体选择上应注意以下三个问题：

2.1.1 焊接头的力学性能

焊丝型号不同，强度也不一样。对于焊后不需要进行塑性变形加工、对力学性能、抗裂性能要求较高的铝合金构件，要优先选择4000系以上铝合金强度较高的焊丝，如硅铝焊丝；相反，如果构建焊接后还要进行变形加工，就不能选用含硅焊丝，以免在折弯过程中出现接口断裂。

2.1.2 焊接接头的裂纹敏感性

铝合金构件接头热敏感区的裂纹敏感性与选择焊丝的材质有很大关系，如果构建对裂纹敏感性要求较高，选择的焊丝熔点就应尽可能的低一些，例如使用硅含量5%的ER4043焊丝可大大提高硅含量0.6%的6061铝合金接口的抗裂性能。

2.1.3 焊接接头的性能

焊丝的选择直接影响到焊接接头的性能，如需要承重的焊接口所使用的焊丝强度就必须大于或等于母材强度。

2.2 焊条

铝合金焊条型号、规格与用途见表1。

3 铝合金的焊接工艺

在实践中，根据使用工具、焊接对象、性能要求的不同，也有着不同的铝合金焊接工艺，最常见的有气焊、钨极氩弧焊等。

3.1 气焊的工艺

在焊接较薄的铝合金板材或一些小的铝合金部件时，或是没有特殊性能要求时，我们会首选气焊工艺，这与气焊使用设备简单是分不开的。

3.1.1 接头的选择

气焊以对接接头最宜，这样易于焊接后清理缝隙内的残渣等。为了提高焊接效率，保证焊接质量，在气焊过程中还可以适当选择纯铜或不锈钢的带槽垫板辅助焊接。需要注意的是气焊要尽量避免搭接接头和T形接头。

3.1.2 熔剂的选择

溶剂可以帮助我们在焊接过程中更好的去除杂质等不利于焊接的物质，提高焊接质量，更好的保证铝合金焊接接口的性能。

含锂熔剂和无锂熔剂是在铝合金焊接实践中使用最多的两大类熔剂，前者熔点低、粘度小，广泛应用于薄板和全位置焊接中；后者熔点高、粘度大更适应于焊接较大的铝合金构件。在具体使用上如下，焊接前先将熔剂和蒸馏水按照一定比例调好涂在要焊接的构建接口表面，调好的熔剂要尽快使用以免变质。

3.1.3 火焰的选择

在焊接铝合金构件时，火焰以中性或微弱碳化火焰最宜，同时绝不能使用氧化焰，这主要是由于铝合金易于氧化，使用氧化焰会减缓焊接的速度，影响接口性能。

3.2 铝合金的钨极氩弧焊（TIG焊）

钨极氩弧焊也叫做钨极惰性气体保护焊，这种焊接工艺适用于较薄的铝合金板材焊接，可以最大化降低构件变形程度。因为焊接过程中有惰性气体的参与，因此可以减少熔剂的使用。除此，这种焊接工艺还普遍适用于各种铝合金接口的焊接。

3.2.1 钨极

钨是熔点最低的金属，只有340℃。在钨中加入稀土元素，如钍、铈、锆等，这样既保留了钨的低熔点，又可以防止高温情况下电子逸出降低焊接工效。

3.2.2 焊接工艺参数

被焊材料和厚度对钨极氩弧焊的影响非常大，其焊接质量直接取决于焊接材料和材料厚度。下面简单介绍一下铝合金TIG焊工艺参数。

喷嘴孔径和保护气体流量。喷嘴的孔径根据具体焊接物的厚度控制在5-22mm之间，气体流最好保持在5～15L/min。

喷嘴与工件的距离。二者之间不宜过远，通常需保持在10mm左右。

焊接速度。为尽可能的减小变形，保证焊接质量，在进行铝合金TIG焊作业时，应保持较快的焊接速度，手工焊接速度为8～12m/h，自动焊接应保持恒定速度。

4 结束语

铝合金种类众多，不同的焊接材料和焊接工艺焊接处的接口性能是不一样的，甚至有着很大的区别，例如铝合金电焊工艺中的半自动MIG焊工艺、自动MIG焊工艺，这两种工艺对焊接接口性能的影响在此就不一一介绍了。总之在铝合金焊接中我们必须根据不同材质选择不同的焊接工艺，以提高焊接的质量。

参考文献

[1]王禹华.船用铝合金的几种焊接方法[J].机械制造，2012，（03）：11-12.

[2]王宏伟.铝及铝合金气焊工艺探讨[J].华章，2012，（01）：23-25.

[3]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第一卷）焊接方法与设备[M].北京：机械工业出版社，2001：55-58.