一、鋁及鋁合金焊接的特點(diǎn)及焊接性

1、 常見(jiàn)鋁及鋁合金的分類(lèi)鋁為銀白色輕金屬，純鋁的熔點(diǎn)為660℃，密度2.7g/cm。工業(yè)用鋁合金的熔點(diǎn)約為560℃。按照GB/T3190-1996或GB/T16474-1996的規(guī)定，純鋁和鋁合金牌號(hào)命名的基本原則是：可直接采用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)；未命名為國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)的純鋁及其合金采用四位字符牌號(hào)。城軌事業(yè)部目前常用的鋁材主要有以下三種：

①5083-H111，5表示為Al-Mg系，H111加工硬化狀態(tài)：最終退火后又進(jìn)行了適量加工硬化。主要用于折彎件用的板材。

②6005A-T6，6表示為Al-Mg-Si系，T6熱處理狀態(tài)：固溶處理后再人工時(shí)效的穩(wěn)定狀態(tài)。除牽引梁型材為6082之外，其余所有的型材均為6005A

③6082-T6，絕大部分板材。

二、鋁合金焊接基礎(chǔ)知識(shí)

1、定義：ISO857-1中對(duì)熔化極氣體保護(hù)焊定義如下：使用絲狀電極的

MIG/MAG焊接原理圖

金屬電弧焊，在過(guò)程中外部氣源提供的氣體形成的屏障將電弧和熔池與空氣隔離。根據(jù)使用的保護(hù)氣體類(lèi)型，進(jìn)一步劃分為：當(dāng)使用惰性氣體時(shí)為熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（MIG）。當(dāng)使用活性氣體時(shí)為活性氣體保護(hù)電弧焊（MAG）。

1- 母材 2-電弧 3-焊縫 4-套筒 5-保護(hù)氣體 6-導(dǎo)電嘴 7-焊絲 8-送絲輪

原理：通過(guò)送絲馬達(dá)由絲盤(pán)提供的焊絲，僅在離開(kāi)焊槍前通過(guò)簡(jiǎn)短地接觸導(dǎo)電嘴加載電流，以便電弧能在焊絲的端部和工件之間燃燒。保護(hù)氣體由保護(hù)氣噴嘴流出覆蓋焊絲。這樣保護(hù)了焊接金屬，防止空氣中的氧、氫、氮等的滲透。保護(hù)氣體除了保護(hù)熔池之外還有其他作用，比如它確定了電弧氣氛的成分，從而也影響了電弧的導(dǎo)電性和由此決定的焊接特性。此外它還對(duì)吸收和燒損過(guò)程以及形成的焊縫的化學(xué)成分有影響，即它由焊接冶金學(xué)方面的作用。

2 電流類(lèi)型

MIG焊接通常使用直流電源焊接，電極（焊絲）連接到電源的正極，工件連接到電源的負(fù)極。

3 焊接材料

鋁和鋁合金焊接用焊材一般為實(shí)芯焊絲，焊材標(biāo)準(zhǔn)為EN ISO 18273。城軌事業(yè)部常用的MIG焊絲材質(zhì)為5083，常見(jiàn)直徑為Ф1.2mm，底架手工MIG焊及自動(dòng)焊接使用的則為 Ф1.6mm。通常規(guī)格為7Kg/盤(pán)。

4 保護(hù)氣體

DIN EN 439標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了MIG/MAG焊用保護(hù)氣體。該標(biāo)準(zhǔn)定義了所有弧焊和弧割用的保護(hù)氣體。

城軌事業(yè)部常用焊接氣體為99.9999%的高純氬（Ar），只有在底架焊接時(shí)為增加熔深采用氬氦混合氣體，成分為70%氬氣+750ppm氮?dú)?剩余氦氣。這是因?yàn)樵跉鍤庵刑砑雍�氣能改善電弧氣氛的熱傳�?dǎo)性和保溫性能，這兩種影響產(chǎn)生了高能量的電弧和更好的電弧穿透性。

MIG焊接常用氣體流量為18~20L/min。

5 焊縫坡口的形式

鋁及鋁合金焊接時(shí)，坡口一般采用機(jī)械方法加工，常見(jiàn)的坡口形式如下：

6 襯墊

MIG焊接時(shí)功率較大，熔透能力強(qiáng)，這樣就造成焊縫金屬在焊縫根部下漏，造成根部裂紋，根部成型差等缺陷。所以鋁合金焊接全焊透時(shí)常需要加焊接墊板，有利于縮小接頭有關(guān)尺寸，操作條件較為寬松，對(duì)操作技能可以適當(dāng)降低。焊接墊板分為可移除式焊接墊板和永久性焊接墊板，可移除式焊接墊板常見(jiàn)材質(zhì)為不銹鋼或陶瓷，如下

7 焊接位置

ISO 6947中定義焊接位置如下：

PA-平焊 PB-平角焊 PC-橫焊 PD-仰角焊

PE-仰焊 PF-立向上焊 PG-立向下焊

三 鋁合金焊接實(shí)做

鋁合金焊接因材料的特殊性，在整個(gè)焊前準(zhǔn)備、焊接過(guò)程及焊后處理過(guò)程中有較多的注意事項(xiàng)及禁忌，操作人員必須注意這些事項(xiàng)，才能焊接出合格的焊縫。

1 焊前準(zhǔn)備

在焊接前，必須對(duì)工件表面及型腔內(nèi)部的鋁屑、飛濺、毛刺、灰塵、機(jī)加工殘留的切削液清理干凈，然后使用異丙醇清洗液將焊縫區(qū)域清洗干凈后用干凈的白棉布擦干。

使用風(fēng)動(dòng)不銹鋼鋼絲輪將焊縫區(qū)域（坡口邊緣兩側(cè)各20mm）氧化膜打磨掉，直到焊縫區(qū)域呈現(xiàn)亮白色。若清理氧化膜后12小時(shí)后并未焊接，在下次施焊前需重新打磨氧化膜。打磨過(guò)鋼材的工具不得再用于打磨鋁材。

檢查焊縫，焊接區(qū)域不得有鋼絲輪吊落的鋼絲等雜物。要求全焊透的焊縫，要留有2~3mm的焊縫間隙，角焊縫裝配間隙要盡量的小。

檢查溫濕度，作業(yè)區(qū)要求溫度在5℃以上，濕度小于70％。環(huán)境不符合要求，不能進(jìn)行焊接作業(yè)，當(dāng)濕度超過(guò)60%而小于70%之間時(shí)，操作人員需隨時(shí)關(guān)注濕度。夏季多雨季節(jié)濕度易超標(biāo)，需多關(guān)注。

檢查焊機(jī)狀態(tài)，檢查保護(hù)氣體的壓力、余量等，焊絲的余量。使用尖嘴鉗將導(dǎo)電嘴擰緊

2 焊接過(guò)程

對(duì)超過(guò)8mm厚板的接頭使用氧—乙炔焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度80~120℃。使用溫度計(jì)對(duì)預(yù)熱溫度進(jìn)行測(cè)量，切勿不使用儀器而僅評(píng)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷。

①引弧 焊槍開(kāi)關(guān)按下后，焊絲開(kāi)始按預(yù)設(shè)速度送絲，同時(shí)保護(hù)氣體開(kāi)始流出。當(dāng)焊絲接觸工件表面而短路，產(chǎn)生很大短路電流使焊絲尖端材料氣化引燃電弧。此時(shí)電弧還很微弱，若送絲速度很高則電弧很可能被焊絲擠壓而熄滅，這就需要二次引弧或三次引弧。現(xiàn)代的智能化焊機(jī)為了解決這種問(wèn)題，可以編制特殊的引弧程序：在起弧的瞬間增大電流，使焊絲“過(guò)燒”，從而避免焊絲擠壓微弱的電弧而造成熄弧，待電弧穩(wěn)定后引弧程序終止，電流回歸正常。

②焊接 引弧后，焊槍以一定姿態(tài)運(yùn)行，焊槍與工件及焊接方向應(yīng)保持一定的角度，但運(yùn)行過(guò)程中可機(jī)動(dòng)地調(diào)整。焊槍指向焊接前進(jìn)方向時(shí)稱為左焊法，焊槍指向反焊接方向時(shí)稱為右焊法，如下圖所示

若其他焊接條件相同，左焊法時(shí)熔深較小，焊道較寬較平，熔池被電弧力推向前方，操作者易觀察到焊接接頭位置，易掌握焊接的方向；右焊法可獲得較大的熔深，焊道窄而凸起，熔池被電弧力推向后方，電弧能直接作用于母材上。鋁及鋁合金的焊接多采用左焊法及亞射流過(guò)渡方式。

焊接時(shí)，噴嘴下端與工件間的距離保持在8mm~15mm之間。過(guò)低易與熔池接觸，過(guò)高時(shí)，弧長(zhǎng)被拉長(zhǎng)，保護(hù)效果變差，熔深變淺。

焊槍擺動(dòng) 在焊接過(guò)程中，可以通過(guò)有規(guī)律的焊槍擺動(dòng)，來(lái)提高焊縫質(zhì)量，完成焊接工作，常用的四種擺動(dòng)方式，其一為小幅度起伏擺動(dòng)，在電流較大時(shí)，此種擺動(dòng)方式可使打底焊不至燒穿，同時(shí)可加大熔深，使焊縫飽滿；其二為較大幅度的在焊接方向前后擺動(dòng)，適用于厚板，但焊絲擺動(dòng)幅度不能超越熔池，其步驟為：前進(jìn)—回拉—停留—再前進(jìn)—再回拉—…，采用這種方式可以避免燒穿，同時(shí)能加大熔深；其三為劃圈擺動(dòng)，適用于焊接時(shí)溫度過(guò)高而需避免過(guò)熱，此法可將焊接熱擴(kuò)散，但熔深將有所降低；其四為“八字步”式擺，適用于PF位置的焊縫，這種擺動(dòng)可以防止金屬液下墜，也可避免燒穿。

多道焊 對(duì)較厚的工件焊接時(shí)，一道焊縫已經(jīng)不能填充滿焊道，這時(shí)就需要多層多道焊接。對(duì)于單面多道焊，每焊完一條焊道，需要使用鋼絲刷等工具清理焊縫表面。熔覆焊道要寬而淺，以便于氣體的逸出。鋁合金焊接時(shí)還需嚴(yán)加控制層間溫度為60~100℃（使用溫度計(jì)測(cè)量），以防過(guò)熱產(chǎn)生熱裂紋等缺陷。對(duì)于雙面多層多道焊，正面打底焊應(yīng)一次焊透，在焊完一面在反面清根后，需做PT（滲透探傷）檢查無(wú)裂紋后，方可進(jìn)行反面打底焊接。

③熄弧 熄弧時(shí)容易產(chǎn)生弧坑及焊縫過(guò)熱，從而產(chǎn)生弧坑裂紋。現(xiàn)代焊機(jī)一般都帶有熄弧程序，可以在關(guān)閉焊槍開(kāi)關(guān)后電流遞減，并保持氣體通送一定時(shí)間，從而時(shí)弧坑填滿。操作者需要在關(guān)閉焊槍開(kāi)工后繼續(xù)停留一會(huì)再移開(kāi)焊槍，并將余高過(guò)高處修磨平整。

鋁合金焊接中，起弧端和收弧端是裂紋的高發(fā)區(qū)域，所以若焊縫中間停頓，若在接頭處再次起弧，必需再次將接頭打磨成斜坡?tīng)睢��?duì)于重要的焊縫，如鋁合金地鐵車(chē)體底架的牽引梁與枕梁20mm厚板雙面焊縫，需添加起弧板及收弧板，在焊縫區(qū)域外進(jìn)行起弧和收弧，待焊接完成后將起弧板及收縫有無(wú)缺陷，以便返工。弧板切除。目前城軌事業(yè)部采用TPS系列焊機(jī)，都有起弧及收弧程序，操作者在焊接前需根據(jù)板厚對(duì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。焊接完成后，需對(duì)焊縫表面的黑灰等進(jìn)行清理（焊接Al-Mg合金時(shí)，出現(xiàn)少量黑污不是缺陷），并目檢焊縫質(zhì)量，對(duì)有缺陷處進(jìn)行標(biāo)記，以便后續(xù)制定返工方案。

四 常見(jiàn)鋁合金焊接缺陷及成因

五 小結(jié)

鋁合金熔化極惰性氣體保護(hù)焊接，相對(duì)于普通鋼材的活性氣體保護(hù)焊接來(lái)說(shuō)，是一種很“嬌氣”的焊接技術(shù)，焊前工件的表面清理、接頭的裝配、焊接材料、保護(hù)氣體、電源、環(huán)境、焊接技術(shù)等因素有一個(gè)不到位，就很難得到滿意的焊縫，操作者需嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，才能焊接出漂亮的焊縫。