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铝合金焊接工艺

一、铝合金焊接的特点

铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50%以上。

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,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍;

②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺;

③铝合金焊接容易产生气孔;

④铝合金焊接易产生热裂纹;

⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形;

⑥铝合金热导率大(约为钢的4倍) ,相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大2～4倍。

因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。

二、焊接要求

生产储存环境和辅助材料使用的要求

生产储存环境温度、湿度的要求

铝合金的生产和储存环境必须防尘、防水、干燥。环境温度通常应控制在5℃以上，湿度控制在70%以下。尽量保证焊接环境的湿

度不能太高，湿度过高会使焊缝中气孔的产生几率明显增加，从而影响焊接质量。空气的剧烈流动会引起气体保护不充分，从而产生焊接气孔，所以应设置挡风板以避免室内穿堂风的影响。

焊丝及送气软管的使用要求

对焊材的使用应该注意：铝焊丝要与钢焊材分开储存。焊接完成后，要在焊机中取出焊丝进行密封处理，防止污染。不同材质的送气软管抵抗湿气进入的能力不同，尤其在送气压力高时，送气软管的影响更明显。送气软管最好使用特富龙软管(Teflon)。

工装的选用

铝合金焊接最好选用点接触形式的工装，以减小工装与工件的接触面积。如果工装对工件是面接触，就会很快带走工件的热量，加速了熔池的凝固，不利于焊缝气孔的排除。

焊丝及保护气体的选用

焊丝的选用

铝及铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，应使对接接头的抗拉强度、塑性(通过弯曲试验)达到规定要求，因而焊丝的选用主要按照下列原则：

纯铝焊丝的纯度一般不低于母材；

铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近；

铝合金焊丝中的耐蚀元素(镁、锰、硅等)的含量一般不低于母材；

异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝；

不要求耐蚀性的高强度铝合金(热处理强化铝合金)可采用异种成分的焊丝，如抗裂性好的铝硅合金焊丝SAlSi一1等(注意强度可能低于母材)。

对于5083母材来说，选择的焊丝牌号为5087/AlMg4.5MnZr，5087焊丝不仅抗裂性能好，抗气孔性能优越，而且强度性能也很好。对于焊丝规格的选择，优先选择大直径规格的焊丝。同样的焊接填充量即同等重量的焊丝，大规格焊丝较小规格焊丝的表面积要小很多，因此，大规格焊丝较小规格焊丝的表面污染要少即氧化区域要小，焊接质量更容易达到要求。另外大直径焊丝的送丝过程更容易操作。对于8mm以下板厚的母材一般采用1.2mm直径的焊丝，对于8mm及以上板厚的母材采用1.6mm直径的焊丝。

保护气体的选用

Ar100%的特点是电弧稳定、引弧方便，对于8mm以下板厚的母材一般采用Ar100%进行焊接；对于8mm及以上板厚的母材和气孔要求高的焊缝，采用Ar70%+He30%进行焊接。氦气的特点在于：9倍于氩气的导热性，焊接速度更快，气孔率减少，熔深增加。厚板焊接时，Ar100%和Ar70%+He30%的熔深状况见图1。气体的流量选择不是越大越好，流量过大会造成紊流，导致熔池保护不充分，空气与熔敷金属发生反应，会改变焊缝组织，使性能下降，而且产生焊接气孔的倾向增加。

不同的保护气体对熔深的影响3焊前准备工作的要求

坡口的处理

板厚在3mm以下的对接焊缝可不开坡口，只需在焊缝背面倒一0.5～1mm的角即可，这样有利于气体的排放和避免背面凹槽。背面是否倒角对焊缝的影响，见图2。

背面不倒角

背面倒角

倒角对焊缝的影响示意

铝合金厚板的坡口角度较钢板的要大。单边坡口一般采用55°坡口，双边坡口采用每边35°坡口。这样可以使焊接的可达性提高，同时可降低未熔合缺陷的产生几率。

对于厚板T形接头中的HV或HY接头，要求填满坡口外，再加一个角焊缝，使焊缝总尺寸S不小于板厚T。厚板T形接头焊接要求

见图3。

图3厚板T形接头

焊前清理工作

铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。

化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。可用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用 40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液碱洗

3min～7min(纯铝