【摘 要】 铝合金是一种应用非常广泛的材料，因其密度小、力学性能好、耐腐蚀，因而在船舶制造、汽车、家居建材等行业应用比较广泛。5A03铝合金焊接过程比较复杂，很容易会出现各种焊接性问题，如变形、气孔、夹渣、裂纹等，因而需要多加注意，以满足使用要求。
　　【关键词】 纯铝及铝合金 比强度 焊接性 焊接工艺
　　铝是一种轻金属，有银白色光泽，导电及导热能力强，热导率大，无磁性，密度小，比强度高，延展性好，适于拉伸加工及其他各种冷热塑性成形。另外，其自身化学性质活泼，长时间在潮湿环境或腐蚀介质中，表面容易形成一层致密的氧化膜，即Al2O3，能有效的抵抗腐蚀。同时，铝及其合金没有低温脆性，在低温下不像钢材一样易脆断。铝最早应用到船舶上是在19世纪80年代末期，第一艘全铝船被建造出来，1920年以后，铝镁合金的出现使铝在船舶与海洋工程中开始广泛使用。快速渡船、渔船、工作艇、高速汽车渡船等高速船舶的建造中船舶设计者首选的材料就是铝材。因此，随着船舶业的发展，船舶用铝材会有广阔的市场。除船舶制造行业以外，汽车制造行业与家具建材行业同样对铝合金的需求比较广泛。铝合金材料虽然使用性能优良，但焊接过程却很复杂，最大的难度就在与本身的化学性质太活泼，氧化后表面的氧化膜会严重阻碍焊接过程顺利进行，继而出现各种问题。某铝合金制门，材料型号为5A03，板厚为10mm。正式焊接前，笔者采用了一副焊接试板来检验焊接工艺的可行性。试板规格为300mm×150mm×10mm 的5A03铝合金试板，通过制定焊接工艺并实施后，利用无损检测及力学性能试验来评判焊接质量是达标。
　　1 铝合金的焊接性分析
　　5A03铝合金是防锈铝合金的一种，属于非热处理强化铝合金，主加Mg元素，其抗蚀性、压力加工性能好，但强度较低，旧牌号为LF3。焊接试板时，采用的焊接方法为MIG焊，其母材及所用焊丝的化学成分见表1。焊接时可能出现的焊接性问题如下。
　　（1）焊接时产生气孔。铝合金焊接时，产生气孔的类型主要是H气孔，N气孔及CO气孔一般不会产生。H气孔的产生，主要原因包括：焊接时，高温下铝合金对H气体的溶解度有很大的差别，高温时溶解度大，随温度的降低，其溶解度同样随之降低，据资料表明，高温下的溶解度大概是凝固时的20倍左右。由于铝的导热性很强，焊缝金属冷却速度很快，在熔池阶段吸收的大量的H在焊缝凝固时来不及完全析出，因而造成最终气孔现象产生。焊接时，H的来源则主要包括：弧柱气氛中的水分（尤其在潮湿季节或湿度大的地区）、焊接材料及母材表面的吸附水。由于铝合金对于H气孔很敏感，因而在焊接时要注意采取保护措施。H气孔的其形貌如图1所示。
　　（2）焊接时产生夹渣。铝与氧的亲和力很大，裸露在空气中易形成一种致密的氧化膜，即Al2O3。氧化膜的熔点大约为2050℃，而铝合金的熔点相对来讲则会低很多。焊接过程中由于氧化膜的存在，会阻止金属间的熔合，易产生夹渣现象，外观的表现形式为黑色区域，周围有细微的颗粒状结晶物。另外，氧化膜在焊接过程中还会吸附水分，这也是促进气孔现象产生的原因之一。夹渣现象如图2所示。
　　（3）焊接时易变形。5A03铝合金的热导率及比热容要比普通的钢材大很多，并且其线膨胀系数要比钢大两倍，焊接过程中热量传递的很快，同时焊缝收缩时，体积收缩率比较大，很容易造成局部残余应力产生，焊后发生较大的变形。变形种类很多，最常见的有横向收缩变形、纵向收缩变形、弯曲变形、波浪变形等。焊接角焊缝时，则比较容易在残余应力的作用下产生挠曲变形。
　　（4）焊接热裂纹。焊接铝合金时，主要的表现形式是焊缝凝固裂纹和近缝区液化裂纹。焊接时，由于铝合金的散热速度快，合金中存在杂质元素过多时，易形成三元共晶物，其熔点很低，容易在焊接应力作用下促使铝合金产生裂纹。而铝合金的物理性能又使其本易产生较大的应力作用，因而热裂纹现象比较明显。
　　（5）焊缝根部易烧穿。铝合金焊接时，固态与液态金属之间无明显的色泽变化，并且高温下铝合金的强度比较低，焊接时若不加注意则很容易烧穿。
　　2 焊接工艺的制定
　　根据对5A03铝合金的焊接性特点分析，现制定了如下工艺方案：
　　（1）焊接方法采用半自动MIG焊，所用设备为OTC数字逆变控制脉冲MIG/MAG焊接机，焊机型号为CPDP-350，输入电压为3相380V，输出电流为40～350A，频率为50/60Hz，焊枪型号为WT3510-SCD。保护气体为氩气，要求气体纯度保证在99.99%，焊接坡口如图3所示。坡口样式采用V形，钝边高度为2mm，间隙为1mm，坡口角度为70°，坡口加工方法采用自动式空气等离子切割机。
　　（2）焊前清理。焊丝表面采用化学方法进行清理，所用的化学溶剂为丙酮溶液与低溶度氢氧化钠溶液及稀硝酸溶液。化学法清理时，丙酮溶液可以将焊丝表面进行脱脂处理，氢氧化钠溶液碱洗焊丝表面可能出现的氧化膜，溶液要求提前加热，碱洗时间为5min左右，之后再清水冲洗。稀硝酸溶液是在水洗后进行的酸洗过程，可以中和过度氧化的铝合金焊丝，最后再水洗并干燥处理。母材表面采用机械方法进行清理，所用的器具为丙酮溶液与不锈钢钢丝刷，用丙酮溶液将母材进行脱脂处理后，再用不锈钢钢丝刷将母材坡口及坡口表面20mm范围内刷出金属光泽。经过焊前清理过程的焊丝及母材要保证在3h内焊接完毕，否则放置时间过长，焊丝及母材表面会重新形成氧化膜。
　　（3）预热处理。由于选用的5A03铝合金板材厚度比较大，焊前要进行预热处理，目的是为了防止焊接变形与未焊透的产生，预热温度不超过90℃，加热方式采用氧乙炔火焰。
　　（4）预制反变形。根据焊接残余应力作用原理，试件装配成水平对接并焊接完成后，两端会发生向上的挠曲变形。因此，焊接前先将试板向上预制4～5°的反变形，这样，焊接完成后，试件会在残余应力的作用下变平整。预制反变形之后在进行定位焊，保证错边量小于3mm。
　　（5）在试板的两端设置引弧板与熄弧板。引弧板与熄弧板材料与母材相同。焊接时，共采用3层焊道来焊满整个焊缝，正面两层，反面一层，正面焊接完毕后，反面要进行清根处理。焊接参数见表2。
　　3 无损检测
　　根据国标相关要求，对铝合金焊缝进行无损检测，检测项目为：RT100%I级、UT100%I级。经无损检测后，发现焊缝无缺陷。
　　4 力学性能试验
　　根据国标要求，对试样做拉伸试验、弯曲试验及冲击试验。试验均合格。
　　5 结语
　　铝合金焊接时，防护设施要做到位，焊前清理工作要认真进行，保证焊接质量的问题可以比较容易做到。此次选择的焊接工艺适合于正式焊接，选择好相应的焊接材料后便可施焊。随着科技的进步，焊接铝合金工艺肯定会越来越简易，新的焊接方法定将不断产生，以适应工业发展的需要。
　　参考文献
　　[1]雷世明.焊接方法与设备.北京机械工业出版社，2008，9.
　　[2]宋志海.汽车用铝合金及其塑性加工技术[J]；锻压装备与制造技术，2006年05期.
　　[3]陈立志，王德强.铝合金材料焊接变形的分析与研究.2007年.
　　[4]向毅，孙海平，成国真.铝合金液压阀岛的研究及性能分析.2004年.
　　[5]羽佳.铝合金材料；让汽车实现轻装上路的梦想[N].中国有色金属报，2002年.
　　[6]纪艳卿.焊丝用5356铝合金制备工艺的研究[D].哈尔滨工业大学，2010年.

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