宝鸡石油机械有限责任公司 陕西宝鸡 721000
摘要：铝合金在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化工领域中已普遍应用，其加工技术也随着工业技术的飞速发展日益成熟。随着石油钻机产品的发展和用户要求的提高，产品轻量化已成为必然的发展趋势。铝合金材料因其密度小、产品成型美观、成本可控等特点，可作为钻机部分钢结构件的替代品。本文将对铝合金MIG焊的焊接工艺及应用作以研究讨论。
关键词：铝合金；MIG焊接；焊接工艺
引言：铝合金焊接技术作为工业领域中的关键技术之一，已经有了相当成熟的焊接技术体系。铝合金焊接方法主要有激光焊、TIG焊、MIG焊等。本文将以6061铝合金材料MIG焊为例，对其焊接技术及工艺作以简单的论述。
一、铝合金的特点
纯铝的密度大约为铁的1/3，因此铝合金材料普遍具有密度低的特点，其金属强度接近甚至超过优质钢，优良的塑性、导电性、导热性和抗蚀性使其有着广泛的运用。工业生产中合理利用铝合金材料能很好地提高产品轻质化程度，对于众多产业都有很重要的意义。
SB209 6061 T62是6000系铝合金的代表，是一种冷处理铝锻造产品，其焊接性能、力学性能良好，具有较强的抗拉强度、疲劳强度和抗腐蚀性。
二、焊接方法选择
目前铝合金的焊接方法主要有激光焊、TIG焊和MIG焊。
激光焊是使用高能量激光束为热源的特种焊接方法，有着加热过程短、精度高、热影响区小和焊接变形小等优点，激光焊工艺相对复杂，大功率激光焊成本较高。
TIG焊即非熔化极气体保护焊，有能量集中、热影响区小和焊接过程稳定等特点。相比MIG焊，其焊前清理严格，对焊接环境要求高，焊接效率较低。
MIG焊即熔化极气体保护焊，MIG焊与TIG焊的区别是在焊接时使用可以融化的负极材料，焊丝作为电极及填充金属。焊接时母材熔深大，焊丝熔敷速度快，焊接效率高，其焊前清理相对简单，焊后不会造成金属腐蚀。
本文将以MIG焊为例介绍铝合金焊接工艺流程及注意事项。
三、焊接前准备
（1）焊接设备及焊材的选择
焊接焊机要求调整至送丝速度恒定或者可调，焊枪导电性、气体保护性能和冷却性良好，送丝通畅。电源一般选用直流机，降压式、恒压式或升压式均可满足需求，一般采用直流反接法，这种方法可以形成更为稳定的电弧，焊丝的融化速度也更快，能有效避免焊接时产生金属氧化膜。此外，焊机的控制电路、供气系统等部件必须稳定可靠。
本文根据实际情况选用林肯POWER WAVE S500焊机，焊材选用ER5183镁铝焊丝，直径1.2mm。
（2）、保护气体和流量
焊接保护气体一般采用纯氩气，可以混入一定比例的氦气来改善熔深、减少气孔。保护气体流量对产品的质量有很大影响，选用合适的气体流量可在保证电弧、熔池与大气隔绝的情况下消除环境影响。气体流量不足时，焊缝雾化区外会立刻产生黑烟，且对风吹等干扰抵抗力差；气体流量过大时，喷出的气流紊乱，容易混入空气影响保护效果，且气流会使熔池金属液翻腾，影响焊缝成形。根据实际情况，气体流量可选用在20-25L/min之间。
四、焊接过程控制
（1）组合及焊道的处理
铝合金有熔点低、导热性强、热容量大、线膨胀系数大、高温强度小等特点，给焊接带来一定困难，要采用合适的垫板、夹具来保证装配质量，防止焊接变形。
铝合金MIG焊的接头、坡口形式相对灵活，可根据实际情况选择合适的坡口。焊前要对坡口两侧50mm范围内进行清理，可使用丙酮擦拭去除油污，氧化膜可以用打磨或化学法去除，由于铝合金的氧化膜在通常情况下形成速度较快，去除氧化膜后应尽快进行焊接。
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（2）预热与层间温度的控制
板厚超过8mm的厚板焊接前要进行预热，预热温度控制在80℃-120℃之间，层间温度控制在60℃-100℃之间。预热温度过高会对铝合金的性能造成影响，增加产生热裂纹的机率，出现接头软化、焊缝成形不良等现象。
（3）焊接电流
合适的焊接电流在保证母材融化量的前提下能提高熔敷速度，且可以避免熔深浅、焊缝不饱满或烧穿、熔池下塌现象的发生。铝合金本身的导热系数大，因此同样的焊接速度在焊接铝合金时的热输入量要比焊接钢材时大2-4倍。如果焊接时热输入量不足，容易出现熔深不足甚至未熔合的问题，特别是在焊缝起头的位置。
（4）焊接及送丝速度
焊接速度过快或过慢都会对产品成型造成很大影响。焊接速度过快导致熔池温度不足，熔深和熔宽减小，容易导致未焊透、未熔合和成型不良等缺陷；焊接速度过慢导致焊缝加热时间过长，产品热影响范围增加，机械性能受到影响，容易产生烧穿缺陷。送丝速度与电流、电压等规范参数密切相关，且相互匹配，送丝速度应随焊接电流的增加而加快。
（5）焊接技巧
半自动MIG焊时操作者需根据工件摆放位置选用不同的焊接方法，以防止焊接缺陷的产生。铝合金由固态转变为液态时并无颜色的变化，因此也不易确定接缝的坡口是否熔化，造成焊接操作上的困难。
在焊接方向上，焊枪角度一般控制在90°左右。焊枪角度过大会造成气体保护不充分而产生气孔；角度过小还有可能使液铝达到电弧前端，使电弧不能直接作用于焊缝而产生未熔合
对于立焊可采用垂直上倾的焊接方式，这样焊接可有效避免金属溶液下坠的情况出现；对于横焊为防止焊缝下垂的现象出现，需根据实际情况调整焊接电流和焊接速度这两个参数，否则在焊缝的上半部分容易出现气孔等缺陷。
（6）焊后清理
1.在热水中用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头；
2.将焊件在温度为60-80℃、质量分数为2%-3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5-10min，并用硬毛刷仔细洗刷，或者将焊件放于15-20℃质量分数为10%的稀硝酸溶液中浸洗10-20min；
3.在热水中冲刷洗涤焊件；
4.将焊件用热空气吹干或在100℃干燥箱内烘干。
五、常见焊接缺陷及防范措施
（1）氧化问题 焊接时的高温使铝极易氧化生成氧化膜。铝合金氧化膜电阻高，造成焊接电弧不稳；熔点高，易产生未焊透及未熔合等缺陷；比重大，容易形成夹渣；易吸水，焊接过程中易产生气孔。焊前应充分清理去除氧化膜，且焊接过程中要注意保护防止氧化膜的形成。
（2）气孔气孔是铝合金焊接时易产生的一种缺陷，以氢气孔居多。铝合金的熔池易吸收气体，在熔池冷却过程中溶解度下降气体析出形成气泡，气泡来不及逸出则产生气孔。弧柱空气中的水分、焊材及坡口表面氧化膜中吸附的水分是焊缝中氢气的主要来源。焊前严格清理和合理的焊接工艺能有效防止气孔的产生。
（3）热裂纹 铝合金一般是共晶型的，因此焊缝中的合金成分对热裂纹的影响较大。凡是增大固－液相线间距的合金元素均增大焊接热裂纹的敏感性，同时铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积的收缩率为6.5％左右。因此，焊接时的内应力也是铝合金产生热裂纹的重要原因之一。
（4）焊接接头的性能变化 铝合金接头的性能变化主要表现在两方面：一是铝合金接头的软化问题，对于经过加工硬化后的铝合金，当焊接接头的热影响区温度超过再结晶温度时将发生明显的软化，另外对时效处理的铝合金，焊接时将会在焊接接头上因过时效出现软化现象。二是接头的耐蚀性下降问题，焊接接头的组织不均匀使焊接接头的局部电极电位下降，导致耐蚀性下降。
六、结论
铝合金的MIG焊技术在许多领域都有广泛的运用，特别是石油钻机轻量化发展中，采用6061铝合金材料，ER5183铝镁焊丝焊接的产品质量好、成型美观，焊接效率高，满足了设计及用户要求。
论文作者:商杰1,孙占奇2,陈昊翔3
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/5/31
标签：铝合金论文; 气体论文; 气孔论文; 熔池论文; 速度论文; 焊丝论文; 电弧论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;