鋁合金焊接工藝
1、鋁合金的氣焊
氧－乙炔氣焊的熱效率低，焊接熱輸入不集中，焊接鋁及鋁合金時需采用熔劑，焊后又需清除殘渣，接頭質量及性能也不高。因為氣焊設備簡單，無需電源，操作方便靈活，常用于焊接對質量要求不高的鋁合金構件，如厚度較薄的薄板及小零件，以及補焊鋁合金構件和鋁鑄件。
（1）氣焊的接頭形式
氣焊鋁合金時，不宜采用搭接接頭和T形接頭，這種接頭難以清理流入縫隙中的殘留熔劑和焊渣，應盡可能采用對接接頭。為保證焊件焊接時既焊透又不塌陷和燒穿，可以采用帶槽的墊板，墊板一般用不銹鋼或純銅等制成，帶墊板焊接可獲得良好的反面成形，提高焊接生產率。
（2）氣焊熔劑的選用
鋁合金氣焊時，為了使焊接過程順利進行，保證焊縫質量，氣焊時需要加熔劑來去除鋁表面的氧化膜及其他雜質。
氣焊熔劑（又稱氣劑）是氣焊時的助熔劑，主要作用是去除氣焊過程中生成在鋁表面的氧化膜，改善母材的潤濕性能，促使獲得致密的焊縫組織等。氣焊鋁合金必須采用熔劑，一般是在焊前熔劑直接撒在被焊工件坡口上，或者沾在焊絲上加入熔池內。
鋁合金熔劑是鉀、鈉、鈣、鋰等元素的氯人鹽，是粉碎后過篩并按一定比例配制的粉狀化合物。例如鋁冰晶石（Na3AlF6）在1000℃進可以熔解氧化鋁，又如氯化鉀等可使難熔的氧化鋁轉變為易熔的氯化鋁。這種熔劑的熔點低，流動性好，還能改善熔化金屬的流動性，使焊縫成形良好。
（3）焊嘴和火焰的選擇
鋁合金有強烈的氧化性和吸氣性。氣焊時，為使鋁不被氧化，應采用中性焰或微弱碳化焰（乙炔既過剩的碳化焰），使鋁熔池置于還原性氣氛的保護下而不被氧化。嚴禁采用氧化焰，因為用氧化性較強的氧化焰會使鋁強烈氧化，阻礙焊接過程進行；而乙炔過多，游離的氫可能溶入熔池，會促使縫產生氣孔，使焊縫疏松。
（4）定位焊縫
為防止焊件在焊接中產生尺寸和相對位置的變化，焊件焊前需要點固焊。由于鋁的線膨脹系數大、導熱速度快、氣焊加熱面積大，因此，定位焊縫較鋼件應密一些。
定位焊用的填充焊絲與產品焊接時相同，定位焊接前應在焊縫間隙內涂一層氣劑。定位焊的火焰功率比氣焊時稍大。
（5）氣焊操作
焊接鋼鐵材料時，可以從鋼材的顏色變化判斷加熱的溫度。但焊鋁時，卻沒有這個方便條件。因為鋁合金從室溫加熱到熔化的過程中沒有顏色的明顯變化，給操作者帶來控制焊接溫度困難。但可根據以下現象掌握施焊時機：
1）當被加熱的工件表面由光亮白色變成暗淡的銀白色，表面氧化膜起皺，加熱處金屬有波動現象時，表明即將達到熔化溫度，可以施焊；
2）用蘸有熔劑的焊絲端頭及被加熱處，焊絲與母材能熔合時，即達到熔化溫度，可以施焊；
3）母材邊棱有倒下現象時，母材達到熔化溫度，可以施焊。
氣焊薄板可采用左焊法，焊絲位于焊接火焰之前，這種焊法因火焰指向未焊的冷金屬，熱量散失一部分，有利于防止熔池過熱、熱影響區金屬晶粒長大和燒穿。母材厚度大于5㎜可采用右焊法，此法焊絲在焊炬后面，火焰指向焊縫，熱量損失小，熔深大，加熱效率高。
氣焊厚度小于3㎜的薄件時，焊炬傾角為20～40°；氣焊厚件時，焊炬傾角為40～80°，焊絲與焊炬夾角為80～100°。鋁合金氣焊應盡量將接頭一次焊成，不堆敷第二層，因為堆敷第二層時會造成焊縫夾渣等。
（6）焊后處理
氣焊焊縫表面的殘留焊劑和熔渣對鋁接頭的腐蝕，是鋁接頭日后使用中引起損壞的原因之一。在氣焊后1～6h之內，應將殘留的熔劑、熔渣清洗掉，以防引起焊件腐蝕。焊后清理工序如下。
1）焊后將焊件放入40～50℃的熱水槽中浸漬，最好用流動的熱水，用硬毛刷刷焊縫及焊縫附近殘留熔劑、熔渣的地方，直至清除干凈。
2）將焊件浸入硝酸溶液中。當室溫為25°以上時，溶液濃度15%～25%，浸漬時間為10～15min。室溫為10～15℃時，溶液濃度20%～25%，浸漬時間為15min。
3）將焊件置于流動熱水（溫度為40～50℃）的槽中浸漬5～10min。
4）用冷水將焊件沖洗5min。
5）將焊件自然晾干，也可放在干燥箱中烘干或用熱空氣吹干。
2、鋁合金的鎢極氬弧焊（TIG焊）
也稱為鎢極惰性氣體保護電弧焊，是利用鎢極與工件之間形成電弧產生的大量熱量熔化待焊處，外加填充焊絲獲得牢固的焊接接頭。氬弧焊焊鋁是利用其“陰極霧化”的特點，自行去除氧化膜。鎢極及縫區域由噴嘴中噴出的惰性氣體屏蔽保護，防止焊縫區和周圍空氣的反應。
TIG焊工藝最適于焊接厚度小于3㎜的薄板，工件變形明顯小于氣焊和手弧焊。交流TIG焊陰極具有去除氧化膜的清理作用，可以不用熔劑，避免了焊后殘留熔劑、熔渣對接頭的腐蝕。接頭形式可以不受限制，焊縫成形良好、表面光亮。
氬氣流對焊接區的沖刷使接頭冷卻加快，改善了接頭的組織和性能，適于全位置焊接。由于不用熔劑，焊前清理的要求比其他焊接方法嚴格。
焊接鋁合金較適宜的工藝方法是交流TIG焊和交流脈沖TIG焊，其次是直流反接TIG焊。通常，用交流焊接鋁合金時可在載流能力、電弧可控性以及電弧清理作用等方面實現最佳配合，故大多數鋁合金的TIG焊都采用交流電源。
采用直流正接（電極接負極）時，熱量產生于工件表面，形成深熔透，對一定尺寸的電極可采用更大的焊接電流。即使是厚截面也不需預熱，且母材幾乎不發生變形。雖然很少采用直流反接（電極接正極）TIG焊方法來焊接鋁，但這種方法在連續焊或補焊薄壁熱交換器、管道厚在2.4㎜以下的類似組件時有熔深淺、電弧容易控制、電弧有良好的凈化作用等優點。
（1）鎢極
鎢的熔點是3410℃，是熔點最高的金屬。鎢在高溫時有強烈的電子發射能力，在鎢電極加入微量稀土元素釷、鈰、鋯等的氧化物后，電子逸出功顯著降低，載流能力明顯提高。鋁合金TIG焊時，鎢極作為電極主要起傳導電流、引燃電弧和維持電弧正常燃燒的作用。常用鎢極材料分純鎢、釷鎢及鈰鎢等。
（2）焊接工藝參數
為了獲得優良的焊縫成形及焊接質量，應根據焊件的技術要求，合理地選定焊接工藝參數。鋁合金手工TIG焊的主要工藝參數有電流種類、極性和電流大小、保護氣體流量、鎢極伸出長度、噴嘴至工件的距離等。自動TIG焊的工藝參數還包括電弧電壓（弧長）、焊接速度及送絲速度等。
工藝參數是根據被焊材料和厚度，先確定鎢極直徑與形狀、焊絲直徑、保護氣體及流量、噴嘴孔徑、焊接電流、電弧電壓和焊接速度，再根據實際焊接效果調整有關參數，直至符合使用要求為止。
鋁合金TIG焊工藝參數的選用要點如下：
1）噴嘴孔徑與保護氣體流量
鋁合金TIG的噴嘴孔徑為5～22㎜；保護氣體流量一般為5～15L/min。
2）鎢極伸出長度及噴嘴至工件的距離
鎢極伸出長度：對接焊縫時一般為5～6㎜，角焊縫時一般為7～8㎜。噴嘴至工件的距離一般取10㎜左右為宜。
3）焊接電流與焊接電壓 與板厚、接頭形式、焊接位置及焊工技術水平有關。
手工TIG焊時，采用交流電源，焊接厚度小于6㎜鋁合金時，最大焊接電流可根據電極直徑d按公式I=（60～65）d確定。電弧電壓主要由弧長決定，通常使弧長近似等于鎢極直徑比較合理。
4）焊接速度
鋁合金TIG焊時，為了減小變形，應采用較快的焊接速度。手工TIG焊一般是焊工根據熔池大小、熔池形狀和兩側熔合情況隨時調整焊接速度，一般的焊接速度為8～12m/h;自動TIG焊時，工藝參數設定之后，在焊接過程中焊接速度一般不變。
5）焊絲直徑
一般由板厚和焊接電流確定，焊絲直徑與兩者之間呈正比關系。
1）氣孔產生原因
氬氣純度低或氬氣管路內有水分、漏氣等；焊絲或母材坡口附近焊前未清理干凈或清理后又被污物、水分等沾污；焊接電流和焊速過大或過小；熔池保護欠佳，電弧不穩，電弧過長，鎢極伸出過長等。
防止措施
保證氬氣的管路，選擇認真清理焊絲、焊件，清理后及時焊接，并防止再次污染。更新送氣管路，選擇合適的氣體流量，調整好鎢極伸出長度；正確選擇焊接工藝參數。必要時，可以采取預熱工藝，焊接現場裝擋風裝置，防止現場有風流動。
2）裂紋產生原因
焊絲合金成分選擇不當；當焊縫中的鎂含量小于3%，或鐵、硅雜質含量超出規定時，裂紋傾向增大；焊絲的熔化溫度偏高時，會引起熱影響區液化裂紋；結構設計不合理，焊縫過于集中或受熱區溫度過高，造成接頭拘束應力過大；高濁停留時間長，組織過熱；弧坑沒填滿，出現弧坑裂紋等。
防止措施
所選焊絲的成分與母材要匹配；加入引弧板或采用電流衰減裝置填滿弧坑；正確設計焊接結構，合理布置焊縫，使焊縫盡量避開應力集中處，選擇合適的焊接順序；減小焊接電流或適當增加焊接速度。
3）未焊透產生原因
焊接速度過快，弧長過大，焊件間隙、坡口角度、焊接電流均過小，鈍邊過大；工件坡口邊緣的毛刺、底邊的污垢焊前沒有除凈；焊炬與焊絲傾角不正確。
防止措施
正確選擇間隙、鈍邊、坡口角度和焊接工藝參數；加強氧化膜、熔劑、熔渣和油污的清理；提高操作技能等。
4）焊縫夾鎢產生原因
接觸引弧所致；鎢極末端形狀與焊接電流選擇得不合理，使尖端脫落；填絲觸及到熱鎢極尖端和錯用了氧化性氣體。
防止措施
采用高頻高壓脈沖引弧；根據選用的電流，采用合理的鎢極尖端形狀；減小焊接電流，增加鎢極直徑，縮短鎢極伸出長度；更新惰性氣體；提高操作技能，勿使填絲與鎢極接觸等。
5）咬邊產生原因
焊接電流太大，電弧電壓太高，焊炬擺幅不均勻，填絲太少，焊接速度太快。
防止措施
減小焊接電流與電弧電壓，保持焊炬擺幅均勻，適當增加送絲速度或降低焊接速度。
3、鑄件常規補焊工藝
通常的鋁合金鑄件缺陷均可以采用氬弧焊接工藝進行補焊挽救,而以交流TIG焊方法補焊效果為佳。
采用補焊工藝實施鑄件缺陷補焊時,除了以上提到的一般做法如焊前注意清理焊絲和工件待焊部位,選用合理的焊絲材料,選擇短弧和小角度焊絲加入方式進行施焊等要點之外,在實踐中針對不同缺陷類型還有許多成功的經驗值得借鑒,如盡量選用小電流施焊;
選用補焊時的焊絲合金成分高于母材,以便在補焊過程中補充燒損合金,使焊縫成分與母材保持一致;對帶有裂紋缺陷的鑄件補焊前在兩端打止裂孔;焊接時應首先加熱待焊部位,采用左焊法填絲,以利于觀察焊縫的熔化情況,待施焊處熔化后再行填絲以形成充分潤濕的熔池;
當缺陷尺寸較大時為了提高補焊效率,可在傳統TIG焊前將很薄的一層表面活性劑(簡稱ATIG活性劑)涂敷在施焊位置表面,焊接時活性劑引起焊接電弧收縮或熔池內金屬流態發生變化,使得焊縫熔深增加,在進行鋁合金交流TIG焊時,是在焊縫表面涂敷一層SiO2活性劑以改變焊縫熔深、減少預熱程序和降低焊接難度。
結束語
鋁合金的焊接和補焊通常可采用方便和低成本的TIG和MIG氬弧焊方法。當采用高能束流焊和攪拌摩擦焊等鋁合金焊接新工藝時,可以有效避免合金元素燒損、接頭軟化和焊接變形等問題,尤其是攪拌摩擦焊為固相連接具有綠色環保的特點。
常規補焊方法用于鋁合金鑄件缺陷補焊時,為避免焊接缺陷,應注意焊前清理、選配合理的焊絲填料和正確的焊接工藝規范,通常宜選用交流TIG補焊。
在鑄件缺陷情況特殊和條件具備時,可以結合實際采用特種補焊方法,以便提高鋁合金鑄件的補焊質量。