浅谈铝合金薄板材的焊接措施

李朝阳

（中国电建集团湖北工程有限公司 湖北 武汉 430040）

浅谈铝合金薄板材的焊接措施

李朝阳

（中国电建集团湖北工程有限公司 湖北 武汉 430040）

随着社会经济的飞速发展，铝合金的焊接技术在一定程度上取得了很大的进步，除了较为常用的MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）之外，等离子弧焊、真空电子束焊、激光焊、搅拌摩擦焊等的应用也越来越广泛。此类方法的推广使得原本难以焊接的铝合金材料获得了高质量的焊接产品，焊接技术的进步对铝合金的应用及推广有深远影响，本文将初步探讨铝合金薄板材的焊接措施，以供相关人士参考。

铝合金；焊接；铝合金的推广

近年来，铝合金的用途不断渗透到各行各业，在电站工程、工民建工程、汽车制造业、造船业、容器制造业、体育器材业以及国防和航天航空都广泛的应用着铝合金。据统计，市场上合金的产量仅次于钢铁。铝合金的快速推广也使得铝合金焊接技术得到了突飞猛进的发展，铝合金由于自身的优良特性，广泛的应用在各种焊接结构产品中，然而在铝合金的焊接中仍存在一些难点，增加了实际工作中的难度。

1 铝合金的特性

1.1 导热率高，比热容大

这一特性使得铝合金在焊接时，电弧的热量极易向周围扩散，为了保证焊接时的高温，必然要消耗大量的能量。在焊接的过程中，若按照焊接钢材的方式对铝合金进行焊接，往往会导致铝合金过热；若处在熔点左右的温度，铝并不变红，稍有疏忽，会

影响焊道下垂，导致烧穿[1]。

1.2 还原性强

铝的还原性较钢材强，因此暴露在空气中易与空气里的氧气发生氧化还原反应，表面产生一层氧化薄膜，这层薄膜的熔点极高，在后期的焊接过程中易产生缺陷[2]。

1.3 对H2敏感

钢和铝在电弧下的熔融温度都在2000℃左右，在此高温下铝合金会吸收大量的H2，待温度下降至凝固温度铝合金冷却过程中，会因溶解度差释放出H2，释放的H2形成气泡存在固相金属中，相对于钢，铝在此过程中产生的H2气泡为钢材约40倍。

1.4 线膨胀系数大

铝的这一特性主要表现在热变形大及焊后变形大两方面。若为了控制变形加大后板，铝的轻量化这一优势将会丧失，因此基于铝的这一特性，在实际工作中对热输入的控制当严格把关[3]。

2 铝合金薄板材焊接中存在问题

2.1 气孔的产生

气孔的产生是由于H2。焊接过程中不同来源的H2所占比例也不同，大致上包括保护气体中原含有的H2、来自电极焊丝的H2、来自母材的H2和由于空气卷入而产生的H2。氢在业态金属中的溶解度随温度的变化幅度较大，加上铝的导热性能好，焊缝凝固时间短，导致H2来不及逸出铝合金表面，形成气孔。一般而言，铝的纯度越高产生气孔的概率越大。

2.2 易开裂

铝合金的凝固需要一定的温度环境。在开始凝固时温度较高，焊缝呈固液态，且液态金属含量较多，此时未凝固的液态金属可对收缩量进行补充；凝固后期的温度处于凝固温度区间下限，焊缝呈固态，液态金属含量少，以间层状存在，易产生较大程度的收缩，加之没有足够的液体补充，导致形成裂纹。一般而言，纯铝不易产生凝固裂纹[4]。

2.3 熔化时无颜色变化

铝液化的过程中没有颜色变化，温度稍高就会导致金属塌陷熔池烧穿。除此之外，由于铝的表面有一层保护膜覆盖，增加了液化过程中观察母材熔化熔合的难度，稍有疏忽都会导致整个接头塌落。

3 铝合金薄板材焊接措施

3.1 焊丝的选择

焊丝的选择，要优先选择大直径规格的焊丝。对于6005A、6082、5083母材来说，一般选择的焊丝牌号为 5087/Al-Ng4.5MnZr，5078焊丝因其良好的抗裂性能和抗气孔性能，在实际工作中为铝合金的焊接带来了很多优势。一般而言，大规格焊丝的表面积较小焊丝小，在焊接过程中大规格焊丝的表面污染面较小焊丝小，能减少焊接过程的难度，焊接质量更容易达到要求。不仅如此，大直径的焊丝在送丝过程中更容易操作[5]。

3.2 保护气体的选用

由于惰性气体在化学上具有持久的中性，在高温的情况下不与熔化的金属或空气中的氧气发生化学反应，在铝及铝合金的电弧焊中会专门使用惰性气体作为保护气体。焊接中常选用的保护气体有氩气和氦气，一般而言，焊接中采用的氩气和氦气纯度都必须在99.99%以上，焊接时的保护气体能够有效的防止空气进入熔池，对处于高温的金属进行保护。纯氩气的特点是电弧稳定、引弧方便，氦气的导热性是氩气的9倍，相比于氩气，焊接速度更快，气孔产生小，熔深增加。气体的流量也要严格控制，过大造成紊流，导致熔池保护不充分，空气进入熔池与金属发生化学反应，对焊缝的性能造成一定的影响，易产生焊缝气孔。

3.3 焊接前的清理工作

为了保证铝合金的抗腐蚀能力，在焊接铝合金前必须做好最干净的准备工作。大致包括三点：焊接前清除工件坡口及周围部分和焊丝表面氧化物、焊接过程中合格的保护气体进行保护、焊接时及时用焊丝挑破熔池表面氧化膜。除此之外，焊接铝合金应该与焊钢彻底区分，焊接使用的工具要严格分开，焊钢用过的工具严禁和焊接铝合金的工具混用；尽可能的使用不锈钢刷或者丙酮清洗来处理焊缝区域的氧化膜杂质，切忌用砂轮打磨（砂轮打磨只会使氧化膜与焊材表面融合，而不是真正意义上的清除，除此之外，打磨过程中一些砂轮上的杂质也会进入焊缝，导致热裂纹）；铝表面的氧化膜（Al2O3）在极短时间内易重复生成，为避免氧化膜的堆积，清理完焊缝之后应立即进行施焊，以防影响焊缝的性能。

3.4 规范参数的选择

铝合金比钢材的物化性能差，在实际工作中要根据铝合金的焊接特性确定其焊接的规范参数。铝合金导热系数大，散热较快，在相同的焊接速度下，铝合金焊接时输入的热量约为钢材的2～4倍，焊接时如果输入的热量不够，容易导致熔深不足甚至未熔合，尤其是在焊缝起头的部位。

3.5 工装的选用

为减小工装与工件的接触面积，铝合金焊接最好选用点接触的形式。工装与工件的面接触会带走工件热量，加速熔池的凝固，不利于焊缝气孔的排放。对工装液压系统的压力控制在9～ 9.5MPa左右为宜，压力过小或过大，都达不到焊接的预期效果，加之铝合金的线膨胀系数大，焊接过程中产生的较大热应力可能会引起铝合金结构的开裂。

3.6 焊后的清理工作

铝合金焊接后的清理工作是一项重要的措施，能够对铝合金进行有效的保护，提高焊接的质量，具体措施如下：

（1）在热水中用硬毛刷对焊接接头进行有效的清洗；

（2）将焊件置于2～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液，温度控制在60～80℃左右，用硬毛刷进行清洗5～10min。若是在质量分数为10%的硝酸溶液中，则温度控制为15～20℃，浸洗时间为10～20min；

（3）用热空气吹干焊件或干燥箱内烘干（温度控制在100℃左右）。

4 结束语

随着激光焊、电弧复合焊、双束激光焊及摩擦搅拌焊的使用越来越广泛，铝合金焊接技术也得到了进一步的提升。焊接技术是铝合金在工业领域中扩大应用范围的关键技术之一，必须得到进一步的发展。随着新的焊机技术及新工艺的不断成熟，必将取代原本传统的TIG焊和MIG焊，铝合金产品的质量也将提升到新的高度。落实到相关的工作人员身上，必须在实际工作中认真负责，减少工作中的误差，只有每一个人都明白自己的使命所在，才能将工作做到最好，走向铝合金行业更高更新的舞台。

[1]张文毓.铝合金焊接技术研究进展[J].轻金属.2013，04（15）：53～56.

[2]杨淑芳，楼松年，薛小怀.铝合金焊接技术[J].造船技术，2013，05（28）：27～30.

[3]杨宗辉，孙孝纯.现代铝合金焊接技术[J].铝加工，2013，06（11）：19～24.

[4]农琪，谢业东，金长义，邓开豪，石秋红.铝合金焊接技术的研究现状与展望[J].热加工工艺，2013，09（20）：160～165.

[5]庞涛.铝合金焊接技术的研究现状及发展趋势[J].黑龙江科技信息，2009，14（22）：33～34.

TG44

A

1673-0038（2015）37-0271-02

2015-8-13

李朝阳（1981-），男，湖北武汉人，工程师，本科，从事电力工程管理及开发工作。