鋁合金材料具有比強(qiáng)度高，密度低，耐海洋環(huán)境腐蝕等優(yōu)良性能，屬于造船行業(yè)的常用選材之一。 本文簡(jiǎn)單介紹造船行業(yè)中鋁合金焊接的相關(guān)要點(diǎn)。
1. 確認(rèn)合金牌號(hào)
僅僅知道待焊材料是鋁合金還不夠。專業(yè)焊接人員應(yīng)明確待焊鋁合金的牌號(hào)，并據(jù)此選用適合的焊絲。5xxx(Al-Mg系，以板材為主) 和6xxx系(Al-Mg-Si系，以擠壓材為主)是造船行業(yè)中最常用的變形鋁合金，主要因?yàn)樗鼈兙哂谐錾哪透g性，以及良好的可焊性。
多數(shù)鋁合金都可以通過(guò)電弧焊焊接。幾乎所有的1xxx系，3xxx系，4xxx系，5xxx系和6xxx系鋁合金都可以使用MIG或TIG焊接。但2xxx系和7xxx系中的絕大多數(shù)合金都難以通過(guò)電弧焊連接。除2219和2519外，幾乎所有的2xxx系合金在焊接時(shí)都存在極強(qiáng)的開(kāi)裂傾向。與之類似，7xxx系合金中可以進(jìn)行電弧焊的合金僅包括7003，7004，7005和7039。
2024和7075合金的性能優(yōu)良，應(yīng)用十分廣泛，尤其是在航空制造領(lǐng)域。但它們對(duì)電弧焊裂紋極度敏感，難以通過(guò)電弧焊實(shí)現(xiàn)連接，屬于不可焊接型鋁合金。對(duì)不可焊接型鋁合金施焊或焊絲與母材不匹配時(shí)，極易導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂，或造成零件過(guò)早失效。
2. 焊前預(yù)熱
與鋼鐵相比，鋁合金的導(dǎo)熱能力更強(qiáng)，焊接熱輸入通常會(huì)損失掉一部分。為了確保焊接接頭達(dá)到要求的溫度，可以對(duì)待焊位置進(jìn)行焊前預(yù)熱。此外，在環(huán)境溫度和濕度較高時(shí)，焊前預(yù)熱有利于去除水分，確保焊接質(zhì)量。但應(yīng)注意，過(guò)度預(yù)熱會(huì)對(duì)母材性能造成不可逆影響。對(duì)于不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金（如5083），隨溫度的升高，固溶在鋁基體中的Mg元素會(huì)以第二相形式析出，并優(yōu)先選擇晶界等低能位置析出，造成材料敏化，即抗腐蝕性能下降。對(duì)于可熱處理強(qiáng)化型鋁合金（如6061-T6），時(shí)效溫度通常在160-250°C 之間。 當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到或超過(guò)時(shí)效溫度時(shí)，可能會(huì)造成強(qiáng)化相部分回溶，進(jìn)而導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降。在應(yīng)用MIG和TIG焊焊接鋁合金時(shí)，如果焊接環(huán)境和設(shè)備參數(shù)適合，焊前預(yù)熱并不是必須的，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。
3. 鋁材存放
將鋁材存放在室內(nèi)固然是不錯(cuò)的建議。但在造船行業(yè)中這并不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)楹芏嗲闆r下焊接都要在室外進(jìn)行。因此，施焊前難免要將鋁材放在室外，但仍有一些可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
首先，盡量不以平面堆疊的方式存放鋁板。這種方式容易引起板材間積水，增加材料腐蝕。條件允許時(shí)可以將鋁板豎直放置，確保板間不會(huì)有積水。如果采用平面方式堆疊，則必須取出板材層間的包裝和保護(hù)紙。紙張的吸水和儲(chǔ)水作用會(huì)加劇板材的層間腐蝕。推薦在鋁板層間放置一定厚度的木頭或鋁作為墊塊，保證層間有一定的空氣流動(dòng)，同時(shí)也便于使用掛鉤吊具。鋁材的存放應(yīng)以控制腐蝕（即鋁材表面的氧化物）為重點(diǎn)。
4. 清潔！清潔！清潔！
焊前清潔主要涉及兩個(gè)方面——母材清潔和環(huán)境清潔。
對(duì)于母材。首先，必須清除殘留在鋁材表面的所有碳?xì)浠衔?，包括加工過(guò)程中可能引入鋁材表面的油，乳液，切削液等。任何殘留在材料上的碳?xì)浠衔锒伎赡茉陔娀「邷刈饔孟路纸獠⑴c鋁材反應(yīng)生成氫，從而導(dǎo)致氣孔等缺陷，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。通常使用有機(jī)脫脂溶劑（如丙酮、甲苯、MEK 等）配合干凈抹布擦拭材料表面去除。酒精的脫脂能力有限，清潔效果不如以上溶劑。另外，可以將鋁材浸入弱堿性溶液中，然后沖洗并干燥。其次，焊前應(yīng)去除鋁材表面的厚氧化層。通常使用不銹鋼鋼刷打磨坡口及坡口附近的表面。如果鋁材表面有深灰色氧化物，則需要使用砂磨盤或角磨機(jī)去除。
此外，焊接環(huán)境的清潔對(duì)鋁合金焊接質(zhì)量也有顯著的影響。應(yīng)盡量清除焊接區(qū)域的油污，鋁屑，灰塵等雜質(zhì)，并選擇濕度較小的施焊環(huán)境。完成母材或零件清潔后，應(yīng)盡快施焊，避免因油污，粉塵和水氣等引發(fā)的鋁材表面重復(fù)污染。如果母材或零件必須放置一段時(shí)間，可以使用牛皮紙包覆待焊區(qū)域，并用膠帶粘貼。
5. 關(guān)于焊機(jī)和送絲機(jī)構(gòu)
如果一臺(tái)焊機(jī)同時(shí)也用于鋁合金以外的材料，焊接人員應(yīng)確保在焊前將焊接設(shè)備的參數(shù)調(diào)整為適于鋁合金的參數(shù)。這一點(diǎn)對(duì)于MIG焊尤其重要。
· 焊絲絲盤制動(dòng)器設(shè)置不宜過(guò)緊。過(guò)緊時(shí)可能導(dǎo)致送絲不暢。只要在送絲停止后，焊絲不發(fā)生慣性滑動(dòng)即可。
· 應(yīng)盡量選用鋁合金焊接專用的送絲輥?？滩坌螤钆c尺寸應(yīng)與焊絲直徑相匹配，送絲輥直徑選擇和張力設(shè)置以不出現(xiàn)送絲打滑為準(zhǔn)。張力過(guò)度可能導(dǎo)致焊絲變形。
· 應(yīng)使用適合鋁合金焊絲的入口和出口導(dǎo)向襯套與，其他材料焊絲混用可能會(huì)導(dǎo)致送死不暢。
6. 保護(hù)氣體
鋁合金對(duì)焊接保護(hù)氣的純度要求較高，純度不達(dá)標(biāo)時(shí)，焊縫兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)黑色氧化物，影響焊縫美觀。如果想增大熔深，提高焊接速度，可以在氬氣中加入適量氦氣。但氦氣的比例不宜過(guò)大，否則會(huì)引起飛濺。當(dāng)使用氬氣作為單一保護(hù)氣體時(shí)，MIG焊的氣體流速設(shè)置一般不低于16L/min，TIG焊的氣體流速設(shè)置一般不低于12L/min。當(dāng)然，影響氣體流速的因素很多，例如噴嘴直徑，周圍空氣流速等，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整。
穩(wěn)定的焊接保護(hù)氣流很容易受到環(huán)境氣流的干擾，使焊接熔池暴露在空氣中從而導(dǎo)致氣孔、焊縫發(fā)黑等缺陷。在造船行業(yè)中，安裝焊接簾或者建造密圍欄是比較常見(jiàn)的避免外界氣流干擾的措施。
7. 關(guān)于焊材儲(chǔ)存
鋁合金焊絲應(yīng)存放在清潔、干燥的環(huán)境中，并保留其原廠包裝。滿足這些條件的情況下，焊絲可以保存數(shù)年。盡管空調(diào)環(huán)境對(duì)焊絲保存不是必須的，但空調(diào)有助于提供相對(duì)濕度較低的環(huán)境。
防止焊絲受潮的最簡(jiǎn)單辦法是保護(hù)好原廠包裝，并整包存放在封閉的金屬柜中。推薦在其中安裝一個(gè)60w照明燈泡。燈泡的熱量會(huì)使金屬柜內(nèi)的溫度高于外界環(huán)境，從而降低柜內(nèi)的相對(duì)濕度。不允許將未用完的焊絲留在現(xiàn)場(chǎng)，而應(yīng)將其放回原廠包裝，并返回焊絲倉(cāng)庫(kù)。
值得注意的是，將焊絲存放在空調(diào)環(huán)境中也可能帶來(lái)問(wèn)題。例如將存放在溫度相對(duì)較低的空調(diào)環(huán)境中的焊絲拿到溫度較高施焊現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，水蒸氣可能會(huì)很快在焊絲上凝結(jié)，也就是通常所說(shuō)的結(jié)露。遇到類似情況時(shí)，不應(yīng)急于打開(kāi)包裝，等待焊絲溫度與環(huán)境溫度平衡時(shí)，再拆開(kāi)包裝。綜上，更推薦將焊絲保存在除濕室而非空調(diào)室。
8. 關(guān)于焊接擺動(dòng)
擺動(dòng)焊接會(huì)顯著增加焊縫區(qū)域的熱輸入量，這對(duì)于鋁合金焊接是不推薦的。但在一些行業(yè)中，焊工在焊接鋁合金時(shí)也往往會(huì)采用擺動(dòng)焊接，其主要目的是形成“堆硬幣” 式的焊縫外觀，即類似于TIG焊焊縫的波紋狀焊縫。但擺動(dòng)不會(huì)增加熔深或提升熔敷金屬潔凈度，而是只帶來(lái)更好的焊縫外觀。
在控制好擺動(dòng)幅度的前提下，可以在鋁合金焊接過(guò)程中應(yīng)用擺動(dòng)。一般將擺動(dòng)幅度控制在3至5mm。擺幅過(guò)大可能造成焊縫波紋高度過(guò)低，在特定焊縫位置表現(xiàn)為焊喉長(zhǎng)度不足，影響焊縫強(qiáng)度。
9. 正確選用焊材
造船行業(yè)中最常見(jiàn)是 5xxx系合金（如 5052、5154、5454 或 5083）與5xxx系合金的焊接，或是5xxx系合金與6xxx系合金的焊接。正確選擇焊絲對(duì)于保證鋁合金焊接質(zhì)量十分重要。
5554焊絲主要用于5154合金或5454合金的焊接。焊接5052合金時(shí)，一般選用5356焊絲。焊接5083這類高鎂合金時(shí)，應(yīng)使用5556或5183焊絲，因?yàn)?556和5183焊絲的強(qiáng)度與5083合金的強(qiáng)度基本匹配。4043焊絲并不適合5xxx系合金的焊接，但可以用于焊接5052合金、原因是5052合金Mg含量偏低。對(duì)于5xxx系合金和6xxx系合金（如 6061-T6）的焊接，通常使用5356或5554焊絲。
