摘要：在我国零件焊接加工行业发展的过程中，很多地方运用到铝板及铝材，铝板加工在焊接的时候需要注意很多细节才能把工作做好，关于铝板加工工艺的操作，应该怎样做，才能更好地满足产品和客户的需要，由于铝材焊接的加工难度比较大，这就使得人们在加工的时候，经常会出现变形的情况。为了使加工出来的产品结构的稳定性得到有效的提高，我们就要对产品的特点和工艺进行分析，从而采用适合其加工方法的对策来对其进行分析处理。本文根据铝产品的特点，对加工及焊接工艺进行了一些分析，提出了相关的解决方案及处理方法，供大家共同学习和探讨。
关键词：化学清洗；机械清理；预热；氧化；定位焊
前言：目前，人们在产品加工生产的过程中，钣金类产品最为普遍，其中大多数为钢板类，随着生产和科技的发展，越来越多的产品用铝材质代替，铝材质的产品在外观及使用方法更优于钢材类，但是铝产品的加工方法不同于现有的钢板类零件，加工及焊接工艺更加复杂，需要对产品的加工尺寸及焊接方法进行严格的控制，从而使铝产品结构的可靠性得到有效的提高。
铝板材质有以下特点，铝板折弯后容易开裂，折弯好后通过阳极氧化就爆裂，那要如何才不会开裂呢？首要要分析一下致使铝板折弯后开裂的几个主要原因及注意事项：1.铝板的硬度。铝板硬度太高，很简单开裂。这就需求挑选好铝材，主要看铝材商标和状况。有些铝材的硬度太高，要先做退火处理到后才好折弯。还有即是铝板的质量，一样类型的铝板进口料就比国产料不易开裂，但价格也相对较贵。2.铝板的厚度。太厚的铝板不好折弯，尽量运用薄一点的铝板。3.折弯R角的大小。折弯R角越大，越易折弯，所以尽量调大折弯R角。4.铝板纹理方向。折弯方向要与铝板纹理方向垂直，不能平行。5.需要拉丝的铝板零件，在工序可行的情况下最好是折弯后再拉形，否则会添加折弯开裂的概率。
1 铝及铝合金焊前应进行的准备工作：
1.1 焊前清理：清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污，这是防止产生气孔、夹渣的重要措施。
a 化学清洗：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。分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3～7min（纯铝时间稍长但不超过20min），流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30％HNO3溶液酸洗1min～3min，流动清水冲洗，风干或低温干燥。
b 机械清理：在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为0.15mm～0.2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。工件和焊丝经过清洗和清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜，特别是在潮湿环境下，在被酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜成长得更快。因此，工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的存放时间应尽量缩短，在气候潮湿的情况下，一般应在清理后4h内施焊。清理后如存放时间过长（如超过24h）应当重新处理。
1.2 垫板：为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷，焊前可在接缝下面安放垫板。垫板材料可采用石墨、不锈钢或碳钢，表面开一圆弧形槽，以保证反面焊缝成形。
1.3 预热：对薄、小的焊件一般可以不用预热。焊接厚度超过5mm的焊件时，为了使接缝附近达到所需要的温度，焊前应对焊件进行预热，预热温度为100～300℃。
铝及铝合金焊后应进行的清理工作：
焊件焊后留在焊缝及邻近的残存熔剂和焊渣，需要及时清理干净，否则在空气、水分的作用下，残存的溶剂和焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜，激烈的腐蚀焊件。因此，焊后应立即严格清除焊件上残存的污物。
2 铝及铝合金的焊接特点
2.1 铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。
2.2 铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。
2.3 铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5%~6%时可不产生热裂，因而采用硅含量4.5%~6%的焊丝会有更好的抗裂性。
2.4 铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。
2.5 铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。
2.6 合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。
2.7 母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。
2.8 铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。
3 焊接方法
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊，焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛。
对薄铝板的焊接工艺的要求：
3.1 火焰的选择
焊接火焰要求中性焰或轻微的碳化焰。为防止铝的氧化，严禁使用氧化焰。焊嘴大小应根据板厚确定，铝薄板易烧穿，可选比低碳钢焊接小一号的焊嘴，而较厚的焊件散热量大，可选大一些的焊嘴。
3.2 定位焊
为固定焊件的相对位置和防止变形，需要对焊件进行定位焊，板厚小于1.55mm的定位间距为10～20mm；板厚小于5mm的定位间距为30～50mm。
3.3 焊前预热
对于薄小铝件，刚度不大时焊前不必预热，厚度大于Smm的焊件，需对焊件预热到200—300℃，以减少焊接变形和焊接裂纹。
3.4 焊接操作要求
3.4.1 在焊接加热过程中，不断地用蘸有焊粉的焊丝端头试探性地拨动加热处的表面，如感到带有黏性，并且熔化的焊丝能与焊缝金属熔合在一起，说明已经达到熔池形成的温度，即可进行焊接。
3.4.2 焊接薄小焊件可采用左焊法，以防止过热烧穿等。
3.4.3 火焰运动方式是做上下摆前移，焊丝始终处于熔池的前沿，并做轻微的上下跳动，与火焰作用相反的动作。最好一次完成一条焊缝，必须中断时，接头处应重合20～30mm．
3.4.4 铝合金应尽量避免多层焊，不然接头晶粒大，易产生气孔或裂纹，焊缝成形低劣。
以下是铝板加工焊接的一些特点及注意方法。
1.强的氧化能力：铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄，厚度约0.1μm。Al2O3的熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点（约660℃），而且体积质量大，约为铝的1.4倍。焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易形成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并加强焊接区域的保护。2.较大的热导率和比热容：铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍，焊接过程中大量的热量被迅速传导到基体金属内部。因此，焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的热量，焊前常需采取预热等工艺措施。3.热裂纹倾向大：线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%左右，因此焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而产生热裂纹。生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹。4.容易形成气孔：形成气孔的气体是氢。氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g，而在660℃凝固温度时，氢的溶解度突降至0.04ml/100g，使原来溶解于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。同时，铝和铝合金的密度小，气泡在熔池中的上升速度较慢，加上铝的导热性强，熔池冷凝快，因此，上升的气泡往往来不及逸出，留在焊缝内成为气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是氢的主要来源，因此焊前必须严格做好焊件的表面清理工作。5.接头强度不好：铝及铝合金的热影响区由于受热而发生软化、强度降低使接头与母材无法达到等强度。纯铝及非热处理强化铝合金接头的强度约为母材的75%～100%；热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材的40%～50%。6.焊穿：铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至焊穿。
结论：由此可见，技术人员在铝材零件进行焊接的时候，一定要先对铝产品的特点及焊接工艺进行严格的分析，避免在对其进行焊接的过程中，出现变形及焊接异常等情况。随着科学技术的不断发展，我们也可以将许多先进的工艺应用到其中，这样不仅可以大幅度的降低工人的劳动量，还可使产品的质量及外观得到有效的提升，从而使得我们的经济效益、生产效率和外观质量得到有效的提高。
参考文献：
[1]《铝及铝合金的焊接技术参数》机械工业出版社，周万盛.姚君山主编，2011年版.
[2]《氩弧焊技术入门与提高》化学工业出版社，孙景荣主编，2012年版.
[3]《铝及铝合金焊接设备和工艺》机械工业出版社，奚国华 主编，2011年版.
[4]《铝材表面酸性清洗剂的配方设计工艺》化学工业出版社，李东光主编，2013年版.
[5]《铝及铝合金产品的焊缝质量检验》机械工业出版社，王炎金主编，2010年版.
论文作者:刘喜民,赵晓勇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/3
标签：铝合金论文; 熔池论文; 铝板论文; 焊丝论文; 气孔论文; 表面论文; 方法论文; 《电力设备》2017年第18期论文;