铝合金车体氩弧焊焊接工艺

铝合金车体氩弧焊焊接工艺

0 前言

铝合金车体具有重量轻、耐腐蚀、外观平整度好和易于制造复杂美观曲面车体的优点,因而受到世界各城市交通公司和铁道运输部门的欢迎,在世界范围内,生产制造铝合金车体是铁路运输事业和城市轨道车辆发展的必然趋势。

1 铝合金的焊接特点

铝合金材料具有活性强、热导率和比热容大（均约为碳素钢和低合金钢的两倍多）、线膨胀系数大、收缩率高等特点，决定了铝合金焊接有其自身的特点。

1）极易氧化。

铝与氧的亲和力极大，常温下极易氧化，在母材表面生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、组织致密、非常稳定。焊接时该氧化膜阻碍母材的熔化和熔合，易出现未焊透、未融合缺陷；氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣缺欠；表面氧化膜（特别是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可吸附大量的水分而成为焊缝气孔形成的重要原因。

2）热导率和比热容大，导热快

尽管铝合金的熔点远比钢低，但是在焊接过程中，大量的热量被迅速传导到基体金属内部，消耗于熔化金属熔池外，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、功率大的热源，有时也可采用预热

等工艺措施。

3）线膨胀系数大，收缩率高

铝合金的线膨胀系数约为钢的两倍，凝固时体积收缩率达6.5%--6.6%，焊接时焊件的变形和应力较大，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、选择合理的工艺参数和焊接顺序、适宜的焊接工装等措施防止热裂纹的产生。

4）氢的溶解度存在突变

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。氢是铝合金焊接时产生气孔的主要原因。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。

5) 光、热的反射能力较强

铝合金对光、热的放射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断较难。

6）合金元素蒸发和烧损

某些铝合金含有低沸点的合金元素（如Mg、Zn等），这些元素在高温下容易蒸发烧损，从而改变焊缝金属的化学成分，降低焊接接头的性能。

2 铝合金的焊接方法

铝及铝合金具有较好的冷热加工性能和焊接性，几乎各种焊

接方法都可以用于焊接铝合金。常用的焊接方法有氩弧焊（TIG、MIG）、等离子弧焊、电阻焊和电子束焊等，也可采用冷压焊、超声波焊、钎焊等。热功率大、能量集中和保护效果好的焊接方法对铝及铝合金的焊接较为合适，因此氩弧焊（TIG、MIG）是最常用的铝合金焊接方式。

钨极氩弧焊（TIG焊）适于焊接厚度小于3mm的铝及铝合金薄板，接头形式不受限制，焊缝成形良好、表面光亮。氩气流对焊接区的冲刷使接头冷却加快，改善了接头的组织性能，适于全位置焊接。由于不用熔剂，焊前清理要求比其他焊接方法严格。与钨极氩弧焊相比，熔化极氩弧焊（MIG焊）除了具有以上特点外，可焊的铝合金厚度明显增大，而且焊接效率高，适合于自动化生产。因此铝合金车体型材的焊接一般采用熔化极氩弧焊（MIG 焊）。

3 铝合金车体的氩弧焊工艺

3.1 焊缝坡口形式和衬垫

铝合金车体大部分是对接接头，坡口加工可使用机械加工、研磨等方法。常用的坡口形式如图1所示；

MIG焊接时功率大，能量集中，熔透能力强，焊缝金属易下漏，造成根部成型差、裂纹等缺陷。所以全焊透时常需要加焊接垫板，如图2所示。焊接垫板分为可移除式和永久式两种，可移除式垫板材质为不锈钢或陶瓷。

3.2 焊接材料

1）保护气体

保护气体为氩气、氦气或其混合气。鉴于铝合金车体板厚基本小于25mm，一般采用纯氩气作为保护气体。根据情况可适当添加一定比例的氦气。

2）焊条和焊丝

焊条和焊丝原则上根据JISZ3232<铝及铝合金焊条及焊丝>的规定，在考虑母材种类，板厚及其他必要条件的基础上，以保证取得料号的焊接质量为准选用。

3.3 焊前清理

焊前应严格清除母材接头及焊丝表面的氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺与接头质量。常采用化学清洗和机械清理两种方法。

1）化学清洗

化学清洗效率高，质量稳定。可用擦洗法和浸洗法两种。用有机溶剂表面去油，依次用碱性溶液浸泡、流动清水清洗、硝酸溶液浸泡、流动清水冲洗、风干或低温干燥。

2）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。使用不锈钢钢丝轮将焊缝区域（坡口边缘两侧各20mm）氧化膜打磨掉，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。

工件和焊丝清洗和清理后存放时间尽量缩短，气候潮湿情况下，一般应在清理后4h内施焊，存放时间过长（如超过24h）应当重新处理。

3.4 焊接规范

铝合金车体MIG焊的主要参数是焊接电流和焊接速度，不同焊接姿势对接接头的

3.5 焊后检查

焊后焊接质量的检查主要有：目视检查，放射线透过实验，超声波探伤实验，磁粉探伤实验，浸透探伤实验，涡流探伤实验，气密性实验等。

4 铝合金车体焊接产生的缺陷及预防措施

由于铝合金材料具有活性强、热导率和线膨胀系数大、收缩率高等特点，在焊接时容易产生气孔、裂纹、融合不良等缺陷。

4.1 气孔

氢气是铝合金焊接产生气孔的主要原因，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，是焊缝中氢气的重要来源。为尽量减少气孔的产生，可采取以下措施：

1）清楚焊丝和母材表面的油污、氧化膜，所有焊接材料施焊前必须干燥处理，焊丝开封后尽快使用，不使用保存时间半年以上的焊丝。

2）采用合适的工艺参数，增大熔池存在时间以利气泡的溢出。