铝镁合金的焊接工艺

摘 要：通过焊接方法的不同选择以及对焊接工艺的数量掌握,并且做好母材和焊材两者的清理事项,还要能够有一些措施来预防和应对反变形,这几点是5052铝镁合金焊接成功的保证.

关 键 词：铝镁合金；焊接工艺；分析

中图分类号：TV54文献标识码：A

1铝镁合金的焊接性分析

1.1铝镁合金简介

铝镁合金属于防锈铝的一种（另一种为铝锰合金）,老牌号标以LF××,F即为防锈铝中“防”字汉语拼音的第一个字母.镁在铝中的室温溶解度为0.34%,极限溶解度为14.9%,铝镁合金表面可形成Al2O3·MgO尖晶石形氧化膜,具有良好的耐蚀性.当镁含量较高时,铝镁合金中会析出β相A12O3和Al5Mg8,β相与基体间的电位差较大,会使耐蚀性明显下降,因而铝镁合金中的镁含量一般低于12%,常用牌号低于8%,不同镁含量形成不同牌号.

1.2铝镁合金的焊接特点

（1）强的氧化能力.铝暴露在空气当中会和空气中的氧发生化学反应,并且极易发生,形成三氧化二铝,它薄薄的覆盖在铝材料上面形成了铝和空气的隔绝,而这种化学氧化物的熔点非常高,达到了2050℃,这在焊接过程中时非常不利的,容易形成夹渣,降低焊接质量.铝的氧化物还能吸附水分,导致焊接的时候有气孔产生,焊接效果非常不理想.所以对铝材料进行焊接需要进行前期的除去表面氧化层的工作,而且还要注意在焊接时的防氧化处理.如果焊接金属时或者金属的温度较高时都需要对金属采取一定的防护措施,这一点是在铝和铝合金材料焊接时必须要谨记的一点.

（2）热导率和比热容都比较大.因为铝材料以及其合金材料的导热率和比热都比较高,所以在焊接的时候,热量会顺着材料传入材料内部,在焊接过程中除了需要消耗能量来进行融化金属之外,还有部分能量因为传导而流失,所以说,对于焊接的接头来说,我们要达到比较良好的效果,就要在功率上做文章,要使用比较大的功率才行,并且,要把能量集中起来对设备来进行焊接,而且事前的预热处理也能起到作用.

（3）热裂倾向大.铝的线膨胀系数约为22.9×10-6/℃,铁为11.7×10-6/℃,铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍.由于拥有很高的膨胀系数导致了铝材料在热涨冷缩过程中会出现比较明显的体积变化,从而产生一些焊接瑕疵,像是缩孔、裂纹等.实际操作过程当中我们应该要对焊丝进行调整、改进焊接工艺、针对焊接时出现的裂纹情况采取一定的防护和处理措施.

（4）气孔敏感性高.氢这类气体容易被铝及其合金液体熔池所吸收,在温度较高的情况下会溶入过多的气体,等到材料冷凝之后,又无法从固体中排出,就会导致焊接的缝隙出现很多的气孔.氢气主要是从以下几个地方产生的：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.所以在焊接之前需要清理干净母材坡口以及焊丝,避免产生气孔.

（5）固态液化时无色泽变化.铝及铝合金焊接熔池金属由固态变成液态时,没有明显的色泽变化,给焊接操作带来了不便.

（6）单向.铝为面心立方晶格,没有别的同素异形体,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.

2焊接方法的确定及其主要特点分析

焊接时不能说固定于某一方法,根据焊接结构和设计要求的不同还有焊接头质量等问题的因素进行合理的改变,钨极氩弧焊（GTAW）和熔化极氩弧焊（GMAW）时当前比较成熟的应用于铝和铝合金的焊接方式,钨极氩弧焊在铝容器焊接中使用比较多,因为其能量集中,焊缝致密以及焊接接头强度和塑性都很高,但是这种方式有一个需要注意的地方,无法在室外露天操作.熔化极氩弧焊比起上一种方式来说,其能量更加,因为直接将焊丝作为电极,因此焊接的速度也要快上许多,多用于厚度较大的板材以及自动和半自动焊接.

3焊接材料的选用

3.1焊丝.铝及其合金材料的焊丝不仅仅只是需要考虑焊接工艺性能,容器对对接接头的抗拉强度以及可塑性等指标也需要进行考虑.

3.2保护气体.保护气体为氩气、氦气及其混合气.GTAW焊时,采用的氩气纯度不得小于99.9%,氩气瓶压低于0.5MPa后压力不足,不能使用.GMAW焊时,板厚<25mm时宜用氩气；板厚>25时宜用氩气与氦气的混合气体或氦气.

3.3钨极.氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨和锆钨四种,由于铈钨极电子逸出功低,化学稳定性高,允许电流密度大,无放射性,是目前普遍采用的电极.

4焊前准备

4.1焊接施工环境.下面的几种情况不适宜进行5052铝镁合金焊接施工工作,或者需要有相应的应对措施才可进行.

4.2焊件及焊材清理.（1）机械清理.在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清理后又沾污时,常采用机械清理,坡口及其附近各50mm范围内应用丙酮等有机溶剂去除油污及对焊接质量有害的物质,随后直接用直径为0.15～0.2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷,刷到露出金属光泽为止.（2）焊丝表面应用丙酮（或乙醇）清洗,去除油污.清理后未及时使用的GTAW焊丝放在烘干室内,并保持焊丝干燥.GMAW焊丝用塑料薄膜包裹.（3）清理完的焊件和焊丝在焊接前应防止再次被污染,并在8h内施焊,否则应再次进行清理.

4.3垫板.铝及其合金材料在高温环境下强度会降得非常低,液态的铝容易流动,因此焊接过程中焊缝金属会有塌陷的情况出现.为了防止这种情况出现,我们在焊接的时候可以在熔池机器附近的金属垫一个垫板.垫板的材质可以是铝或者石墨、不锈钢等等材料.垫板表面开一个圆弧形槽,以保证焊缝反面成形,也可以不加垫板单面焊双面成形,但要求焊接操作熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等先进工艺措施.

5焊前预热、焊接过程及焊后处理

5.1焊前预热.一些小型或者轻薄的铝件可以略过预热这一过程,但是厚度有10毫米左右则需要进行事前的预热工作,温度的范围通常是100到200摄氏度,具体要看材料类型,预热的功效是为了防止焊接过程中材料出现变形、气孔的问题.

5.2焊接过程.焊接过程严格按照焊接工艺的要求进行,料仓焊接时先进行单节简体的纵缝（A类焊缝）焊接,再进行环缝（B类焊缝）的焊接,焊接过程宜采用多人同时焊接的方式,将他们分成两人一组,进行同步焊接,里外各一个人,多点同步焊接,这样能够保证焊接过程铝镁合金受到的能量集中,减少焊接过程中的热量传导,内外同时焊接,还减少了因为焊接发生的变形和气孔等问题,具有互相保护的作用.

5.3焊后处理.（1）清理焊渣.焊接工作完成之后需要对焊接处的焊渣进行清理,焊渣对于木材表面的氧化膜会有影响.（2）通常我们对铝容器进行焊接之后是不需要经过热处理的,但是如果材料接触容器介质之后明显的出现了应力腐蚀的情况,那么就需要借由热处理来缓解这一现象,通过热处理抵消焊接应力或者让焊接应力降低到产生应力腐蚀临界点之下,这类处理过程都是需要经过容器设计文件的特别要求才会进行.