6061焊接工艺

6061焊接结构的应用

6061铝板典型用途要求有一定强度、可焊接性与抗腐蚀性高的各种工业结构件，如制造卡车、搭式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等。

6061铝板化学成分：硅Si：0.40-0.8 铁Fe: 0.7 铜Cu：0.15-0.40 锰Mn：0.15 镁Mg：0.8-1.2 铬Cr：0.04-0.35 锌Zn：0.25 钛Ti：0.15 铝Al：余量其他：单个：0.05 合计：0.15

6061铝合金的焊接特性

6061铝合金具有独特的物理化学性能，在焊接过程中会产生同其他铝合金一样冶金上的困难，具体表现以下几点：

(1)强的氧化能力铝和氧的亲和力很大，在空气中铝容易同氧结合生成紧密而结实的A1 O，薄膜(厚度约0．1 pum)。薄膜的熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度3．95—4．10g／cm ，约为铝的1．4倍。氧化膜表面吸附的水分在焊接过程中会形成气孔、夹渣等缺陷，从而破坏金属的均匀性，降低了接头的力学性能。

(2)高的导热、导电性铝合金的导热系数、比热、熔化潜热很大，导热系数为0．538eal／(em·s·℃)，约比钢大一倍。在焊接过程中大量的热能被迅速传到基体金属内部，因此焊接铝及铝合金时比钢要消耗更多的热量。为了达到高质量的焊接接头，必须采用能量集中、

功率大的热源，并采取预热等措施。

(3)容易形成裂纹倾向铝的线膨胀系数23．5×10～，约比钢大两倍左右，凝固时的体积膨胀率达6．5％～6．6％，所以在某些铝合金焊接时，往往由于过大的收缩内应力而导致裂缝。

(4)容易形成气孔的倾向铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温下熔人的大量氢气，在焊后的冷却凝固过程中来不及析出而聚集在焊缝中形成气孔。(5)高温下的强度和塑性低在高温下铝的强度和塑性很低，以致支撑住液体金属而引起焊缝成形的恶化，甚至形成塌陷(或烧穿)缺陷。因此在某些场合下需要用夹具和垫板。

(6)合金元素的蒸发和烧损铝合金中含有低沸点的合金元素如镁、锌、锰等，这些元素在高温火焰或电弧的作用下极易蒸发、烧损，从而改变了焊缝金属的化学成分，同时也降低了焊接接头的性能。

(7)无色泽变化铝及铝合金从固态变成液态时，无明显的颜色变化，给焊接操作带来困难。

二、焊接接头中常见的冶金缺陷分析及预防措施

1．裂缝缺陷

铝合金焊缝中的裂缝是在焊缝金属结晶过程中出现的，称热裂缝，又称结晶裂缝。

(1)形成原因铝合金液态熔池冷却、凝固结晶到完全形成固态是在某一温度范围内进行的。在这温度范围内同时存在着液态和固态金属，强度和塑性很低，所以这个温度范围叫脆性温度区间，就是在金相平衡图的固相线和液相线之间的温度范围。另一方面，由于铝合金的线膨胀系数大，在焊缝金属冷却收缩过程中产生很大的拉伸变形。当熔池金属经过脆性温度区间的时刻与产生最大拉伸变形的时刻一致时，立即引起裂缝。纯铝、铝锰、铝镁合金的热裂纹倾向很小，但在结构刚度较大、杂质含量较多或工艺规范选择不当时，也会引起裂缝。纯铝、铝锰合金焊缝中硅含量多于铁时，即Fe／Si<1时，焊缝塑性显著降低，容易形成裂缝。

反之，当Fe／Si>1时，裂缝的倾向减小。铝镁合金的含镁量低于2％～3％时，容易引起裂缝。但在铝镁合金焊丝中加入0．2％以下的钛作变质剂时，可细化晶粒、提高焊缝金属的抗裂性和力学性能。随着坡口角度、间隙、工件厚度和工件刚性的增大，裂缝的倾向性愈显著。

(2)预防措施采取以下措施来预防裂缝缺陷：

第一，控制基体金属及焊丝的成分。纯铝、铝锰合金及焊丝中的铁、硅含量之比应大于1，以减少焊缝中低熔点硅共晶的数量，提高接头的抗裂性。

第二，通过填充焊丝向焊缝金属加入少量细化晶粒的变质剂，焊缝金属可变成细小的等轴晶组织。

第三，尽量采用加热集中的焊接方法(如熔化极自、动氩弧焊)及选择大电流、高焊速的规范。熔化极脉冲氩弧焊与一般的熔化极氩弧焊法相比具有较优的抗裂性。

第四，在结构装配、施焊时使焊缝不产生很大的刚性，在工艺上可采取分段焊、预热或适当降低焊接速度等措施。

第五，尽量采用开坡口和留小间隙的对接焊，并避免十字形接头及采用不适当的点固、焊接顺序。

第六，焊接结束或中断时，应及时填满弧坑，然后再移去热源，否则容易形成弧坑裂缝。

2．气孔缺陷

(1)形成原因铝焊缝中形成气孔的主要气体是氢气。

氢气的来源有铝丝、铝板中的水分，铝丝、铝板表面上氧化膜所吸附的水分，电弧焊焊条涂料中的湿气，氩气中过多的含水量(>0．2％)以及从喷嘴、保护气体

中}昆入的空气等。水分或湿气在电弧的作用下形成蒸汽，并和铝液起反应，生成三氧化二铝，析出氢气。由反应形成的氢气集中在弧柱中间，并溶解于焊接熔池。过饱和的气体形成气泡向外逸出。气泡的上浮速度小于熔池的结晶速度时，气泡来不及析出，就形成大量的散布气孔。如进入焊接熔池内的氧化膜厚度增加，氧化膜微粒中的水分同熔池液体金属作用的时间就可能延续到结晶完成阶段，因此析出的氢气增多，焊缝中的气孔量也相应增加。

(2)预防措施主要从减少氢气的来源及制定合理的焊接工艺来考虑。

第一，减少氢气的来源。正确选择焊丝、焊粉、焊条等焊接材料。焊粉、焊条涂料配方中的各组成物应经烘培，去除结晶水。对焊丝、焊件坡口及坡口根部两侧进行仔细的清洗，并加以烘干。焊丝表面应呈洁白光亮色，不得有局部腐蚀斑点。氩弧焊时，必须采用高纯度的氩气，氩气中的含水量限制在0．07％以下。氩气管路系统要保持干燥，不得有泄漏现象，以免混入潮湿空气。采用合理的焊炬、喷嘴，以改善气体的保护性能，并彻底清除喷嘴上粘附的飞溅物。

焊条电弧焊用的焊条应在150～160℃烘培2h。

第二，制定合理的焊接工艺。熔化极自动、半自动氩弧焊时，一般采用粗直径的焊丝，这有利于减少气孔的数量，因小直径焊丝的比表面积(单位长度上的焊丝表面积)大，也就是说，单位时间内熔融并进入熔池的焊丝数量多。因此，熔池中势必带入相当数量的氧化膜和氢气(同粗焊丝相比)。在焊接工艺上尽量采用高的输入热量(取决于焊接电流、电弧电压及焊接速度)延长熔池在高温液态下的时间，为氢气泡的浮出提供条件。输入热量相同，但电流、电压值不同时，气孔数也有很大的差别。气孔数量一般随着焊接电流的增大而减少。增大焊接电流还能改善根部的焊透程度以及增强熔池的搅动，因而使根部的气泡容易逸出。对工件