7075与6063异种铝合金的焊接技术研究

王月华

摘 要：某容器用接管需将7075与6063异种铝合金对接，但两种铝合金不论是化学成分还是力学性能均有很大差别，焊接时工艺不当容易出现裂纹、气孔、变形、接头软化，力学性能降低等缺陷。文章主要对7075与6063两种铝合金的焊接性做了简要分析，介绍了采用钨极氩弧焊焊接该异种铝合金接头所采用的焊接材料及工艺要点。

关键词：7075铝合金；6063铝合金；焊接技术

中图分类号：TG456 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0016-01

1 7075与6063铝合金的化学成分、用途与力学性能

1.1 化学成分与用途

7075铝合金为AL-Cu-Mg-Zn超硬铝合金，其在航空航天、各种模具及机械设备中得到大量应用，特别用于制造飞机结构及其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构体。该合金中Zn、Mg是主要的合金元素，可在热处理时形成MgZn2金属化合物，提高合金抗拉强度，提高承载力。它经热处理强化后具有高强度，易于加工，耐磨性好，也有优良的耐蚀性与抗氧化性能，但焊接性差。

6063铝合金为AL-Mg-Si系中具有中等强度的可热处理强化铸造铝合金，其广泛用于建筑、航空航天、交通、包装与印刷等行业。耐腐蚀性好，冷加工性较好，并具有中等强度。该合金中Mg和Si组成强化相Mg2Si，热处理强化效果随着Mg2Si量的增加而增大，其化学成分见表1。

1.2 力学性能

7075与6063铝合金经固溶处理与人工时效（T6）处理后的力学性能见表2。

2 焊接性分析

2.1 易氧化

铝合金在焊接高温的作用下易于氧化，且生成的Al2O3薄膜熔点远远高于铝的熔点，会在焊缝中形成夹渣，降低焊缝的力学性能，也会影响电弧的稳定性，阻碍焊接过程顺利进行。

2.2 易产生热裂纹

上述两种铝合金均为共晶型合金，结晶温度区间较宽， Mg2Si、MgZn2与Al在焊接热源的作用下，会形成低熔共晶体，呈连续薄膜状或网状分布于晶界，使晶粒分离；加之铝合金的线膨胀系数比钢大约1倍，在焊接拘束条件的作用下会产生很大的焊接应力，出现结晶裂纹。而7075铝合金为超硬铝合金，其强度高，又因有铜的存在，显著增加了裂纹倾向，因此防止裂纹是该焊接接头的关键所在。

2.3 焊接接头的软化

由于这两种铝合金均为热处理强化状态（T6），在焊接热源的高温作用下，焊接热影响区出现“过时效应”，即热影响区强化相脱溶析出，并聚集长大使强化效果消失，焊后接头的强度均低于母材的强度；加之焊缝的晶粒粗大，为了预防热裂纹所选用的焊材成分与母材也有较大的差别，均导致焊缝的强度、塑性低于母材，特别是强度更高的7075一侧影响更大。

2.4 其 他

此外，由于铝合金的导热率大，焊接时散热快，当焊接参数选用不当时，软化区会显著增宽，焊件变形倾向增大；当焊件表面没有清理干净时也会产生氢气孔。

3 焊接工艺分析

3.1 焊接方法选择

目前铝合金焊接中较常用的方法是钨极氩弧焊与熔化极氩弧焊，考虑焊件壁厚较薄及“阴极破碎”作用，采用手工交流钨极氩弧焊进行焊接。

3.2 焊丝选择

由于两种铝合金不论在化学成分还是力学性能方面都存在很大差异，而焊缝是机械性能的过渡区域，所以焊丝的选择要兼顾两侧母材的成分与性能。目前常用的铝合金焊丝有Al-Cu、Al-Si、Al-Mg、Al-Mn四大类，考虑焊接时焊缝与母材成分相近的原则，宜选用Al-Si、Al-Mg系列。Al-Si合金焊丝流动性好，抗裂性高，但接头强度低，远低于7075一侧母材的强度，而Al-Mg焊丝有较强的耐腐蚀性，接头强度高，焊丝中较高的含镁量也可以补偿焊接过程中Mg的烧损，综合考虑焊缝抗裂性、力学性能与耐腐蚀性能的要求，该接头采用铝镁合金焊丝ER5356（HS331）焊接，其化学成分见表3。

3.3 坡口形式

该焊件为对接接头，焊件厚度5 mm，考虑接头两侧不等强度及对焊缝金属熔合比的控制，7075铝合金一侧开30 ？觷坡口，6063铝合金一侧开35 ？觷坡口，钝边2 mm，装配间隙1.5～2 mm。

3.4 焊前清理

由于铝合金对污垢十分敏感，焊前需彻底清理，本接头采用化学清理与机械清理相结合。先用丙酮擦拭焊件表面，以清除焊件表面的油污，再在坡口两侧各30 mm范围内用风动钢丝刷（不锈钢丝，直径小于φ0.15 mm）清理氧化膜，并用刮刀将坡口内表面清理干净，清理后尽快焊接，装配时要防止再度弄脏。

3.5 焊接参数

采用钨极直径4 mm，喷嘴直径12 mm，焊丝直径4 mm，焊接电流180～240 A，氩气流量10～15 L/min，进行焊接。在焊接时宜采用较大的焊接电流，配合较快的焊接速度，以减少气孔。焊接操作时注意正常焊接，防止单边过热与熔化。

3.6 焊接检验

焊后焊缝外观质量良好，后经100%X射线检验，未发现裂纹，做压力试验，未渗漏，焊接效果良好。

4 结 语

为了获得满意的该异种接头性能，避免接头裂纹、软化、气孔等缺陷，焊接时宜开非对称坡口，7075铝合金一侧坡口角度略小一些；焊件应严格清理，采用化学法除油，机械法清除氧化膜，焊接时宜采用较粗钨极直径、较粗焊丝，采用较大焊接电流较快焊接速度，既可避免焊件过热，控制软化区，也可减少焊缝中的气孔，获得满意的焊接接头性能。

参考文献：

[1] 吕世雄，李俐群，石经纬，等.ZL101A和LF6异种铝合金的脉冲交流TIG焊工艺[J].焊接，2007，（9）.

[2] 邹家生，刘欣，许祥平.6063铝合金焊接接头热处理工艺研究[J].焊接技术，2014，（4）.