摘要：众所周知，铝是银白色的轻金属，具有良好的塑性、较高的导电性和导热性，同时还具有抗氧化和抗腐蚀的能力。高强铝合金具有较高的比强度、比刚度，良好的耐腐蚀性能、加工性能和力学性能，已成为汽车、航空航天、舰船等载运领域结构轻量化制造不可或缺的金属材料，其中汽车、飞机应用最多。铝极易氧化产生三氧化二铝薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物，从而破坏金属的连续性和均匀性，降低其机械性能和耐腐蚀性能。焊接技术在提高结构材料利用率、减轻结构重量、实现复杂及异种材料整体结构低成本制造方面独具优势，其中铝合金氩焊弧接技术更是倍受关注的热点，值得业内人士的重视。
关键词：铝合金；焊接特点；施工要点
引言：铝及铝合金材料密度低，强度高，热电导率高，耐腐蚀能力强，具有良好的物理特性和力学性能，因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。随着材料技术的发展，各种高强高韧铝合金不断推出，尤其是第三代铝锂合金、新型高强铝合金的出现，对铝合金氩弧焊接技术提出了更多更高的要求。
1.铝合金的焊接技术特点
1.1铝合金与氧的亲和力很强
在空气中极易与氧结合生成致密而结实的氧化铝薄膜，厚度约为0.1μm，熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度很大，约为铝的1.4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝形成气孔。这些缺陷都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再次氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有效地防护，这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。
1.2铝合金的导热率和比热大
导热快尽管铝及铝合金的熔点远比钢低，但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到集体金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源，8mm及以上厚板需采用预热等工艺措施，才能够实现熔焊过程。
1.3铝合金车体的线膨胀系数大
铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6.5%～6.6%，因此易产生焊接变形。防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外，采用适宜的焊接工装也是非常重要的，焊接薄板时尤其如此。另外，某些铝及铝合金焊接时，在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹，这是铝合金，尤其是高强度铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。在实际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计，选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序，采用适应母材特点的焊接填充材料等。
1.4铝合金部件焊接时容易形成气孔
焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因，这已经为实践所证明。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆氢的来源，主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，对焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气孔，在高温下溶入的大量气体，在由液态凝固时，溶解度急剧下降，在焊后冷却凝固过程中气体来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。为了防止气孔的产生，以获得良好的焊接接头，对于氢气的来源要加以严格控制，焊前必须严格限制所使用的焊接材料的含水量，使用前要严格进行干燥处理，清理后的母材及焊丝最好在2～3小时内焊接完毕，最多不超过24h。
2.铝合金的焊接难点及其焊接工艺
第一，铝合金的焊接难点如下：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；铝合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；铝合金焊接容易产生气孔；铝合金焊接易产生热裂纹；线膨胀系数大，易产生焊接变形；铝合金热导率大，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。
第二，严格执行焊接工艺评定。在焊接作业前严格执行工艺评定：对焊丝、基材的化学成分进行检测，确保焊接材料符合技术条件。根据焊接要求，确保氩气纯度达到要求，焊接前对焊接材料进行清理，确保焊接接头处无污染物，清理完成后立即实施焊接作业，焊接过程中尽量避免钨极与熔池的接触，并注意对钨极的打磨，选择温度、湿度合适的作业环境。
第三，选择合理的焊接工艺。根据焊接项目选择合适的焊接工艺，以解决焊接过程中可能出现的应力和变形问题。例如：根据工件尺寸以及形状来选择相适应的电流、电压和气体流量，能够更好的保证焊接质量[1]。
第四，选择合理的装配焊接顺序。各构件在焊接过程中都会产生惯性力矩，合理的装配焊接顺序能够通过平衡力矩作用，抵消构件间的焊接变形，减少焊接应力。例如，焊接对称焊缝要按照从中间到外周的顺序，在夹具的稳定作用下进行焊接作业，尽量保持焊缝的自由收缩，以解决焊接结构在应力作用下的变形问题。
第五，选择合理的焊接方法。氩弧焊作业过程中可采用细丝形式充入氩气，一方面降低焊接成本，提高生产效率。另一方面氩弧热量更加集中、焊接速度更快，焊缝热影响区更窄，能有效规避焊接变形问题，焊接质量更稳定。
第六，采用合理的焊接工装。焊接工装能够对构件进行固定，有效控制焊接结构的变形情况。在进行复杂结构或某些重要部件的焊接时，能够通过固定构件位置，保证构件间应力和变形情况的平衡，以提高焊接结构质量[2]。
结论
简而言之，在工业生产之中，焊接是重要的应用技术之一，而氩弧焊，作为目前焊接的主要技术之一，被广泛应用在各类工业生产中，但是在实际应用中却出现了各类问题，影响到焊接质量。文章针对铝合金的焊接特点及其施工要点方面进行了详细的分析，希望能给相关人士提供重要的参考价值。
参考文献：
[1]任宏.关于铝合金焊接技术的应用分析[J].中国金属通报，2018（5）62-62.
[2]张可可.铝合金焊接常见缺陷的产生原因及质量控制措施{J}.广东技，2019，25（6）：49-50.
论文作者:马天野
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/15
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