一、鋁及鋁合金焊接的特點及焊接性

1、 常見鋁及鋁合金的分類鋁為銀白色輕金屬，純鋁的熔點為660℃，密度2.7g/cm。工業用鋁合金的熔點約為560℃。按照GB/T3190-1996或GB/T16474-1996的規定，純鋁和鋁合金牌號命名的基本原則是：可直接采用國際四位數字體系牌號；未命名為國際四位數字體系牌號的純鋁及其合金采用四位字符牌號。城軌事業部目前常用的鋁材主要有以下三種：

①5083-H111，5表示為Al-Mg系，H111加工硬化狀態：最終退火后又進行了適量加工硬化。主要用于折彎件用的板材。

②6005A-T6，6表示為Al-Mg-Si系，T6熱處理狀態：固溶處理后再人工時效的穩定狀態。除牽引梁型材為6082之外，其余所有的型材均為6005A

③6082-T6，絕大部分板材。

二、鋁合金焊接基礎知識

1、定義：ISO857-1中對熔化極氣體保護焊定義如下：使用絲狀電極的

MIG/MAG焊接原理圖

金屬電弧焊，在過程中外部氣源提供的氣體形成的屏障將電弧和熔池與空氣隔離。根據使用的保護氣體類型，進一步劃分為：當使用惰性氣體時為熔化極惰性氣體保護電弧焊（MIG）。當使用活性氣體時為活性氣體保護電弧焊（MAG）。

1- 母材 2-電弧 3-焊縫 4-套筒 5-保護氣體 6-導電嘴 7-焊絲 8-送絲輪

原理：通過送絲馬達由絲盤提供的焊絲，僅在離開焊槍前通過簡短地接觸導電嘴加載電流，以便電弧能在焊絲的端部和工件之間燃燒。保護氣體由保護氣噴嘴流出覆蓋焊絲。這樣保護了焊接金屬，防止空氣中的氧、氫、氮等的滲透。保護氣體除了保護熔池之外還有其他作用，比如它確定了電弧氣氛的成分，從而也影響了電弧的導電性和由此決定的焊接特性。此外它還對吸收和燒損過程以及形成的焊縫的化學成分有影響，即它由焊接冶金學方面的作用。

2 電流類型

MIG焊接通常使用直流電源焊接，電極（焊絲）連接到電源的正極，工件連接到電源的負極。

3 焊接材料

鋁和鋁合金焊接用焊材一般為實芯焊絲，焊材標準為EN ISO 18273。城軌事業部常用的MIG焊絲材質為5083，常見直徑為Ф1.2mm，底架手工MIG焊及自動焊接使用的則為 Ф1.6mm。通常規格為7Kg/盤。

4 保護氣體

DIN EN 439標準規定了MIG/MAG焊用保護氣體。該標準定義了所有弧焊和弧割用的保護氣體。

城軌事業部常用焊接氣體為99.9999%的高純氬（Ar），只有在底架焊接時為增加熔深采用氬氦混合氣體，成分為70%氬氣+750ppm氮氣+剩余氦氣。這是因為在氬氣中添加氦氣能改善電弧氣氛的熱傳導性和保溫性能，這兩種影響產生了高能量的電弧和更好的電弧穿透性。

MIG焊接常用氣體流量為18~20L/min。

5 焊縫坡口的形式

鋁及鋁合金焊接時，坡口一般采用機械方法加工，常見的坡口形式如下：

6 襯墊

MIG焊接時功率較大，熔透能力強，這樣就造成焊縫金屬在焊縫根部下漏，造成根部裂紋，根部成型差等缺陷。所以鋁合金焊接全焊透時常需要加焊接墊板，有利于縮小接頭有關尺寸，操作條件較為寬松，對操作技能可以適當降低。焊接墊板分為可移除式焊接墊板和永久性焊接墊板，可移除式焊接墊板常見材質為不銹鋼或陶瓷，如下

7 焊接位置

ISO 6947中定義焊接位置如下：

PA-平焊 PB-平角焊 PC-橫焊 PD-仰角焊

PE-仰焊 PF-立向上焊 PG-立向下焊

三 鋁合金焊接實做

鋁合金焊接因材料的特殊性，在整個焊前準備、焊接過程及焊后處理過程中有較多的注意事項及禁忌，操作人員必須注意這些事項，才能焊接出合格的焊縫。

1 焊前準備

在焊接前，必須對工件表面及型腔內部的鋁屑、飛濺、毛刺、灰塵、機加工殘留的切削液清理干凈，然后使用異丙醇清洗液將焊縫區域清洗干凈后用干凈的白棉布擦干。

使用風動不銹鋼鋼絲輪將焊縫區域（坡口邊緣兩側各20mm）氧化膜打磨掉，直到焊縫區域呈現亮白色。若清理氧化膜后12小時后并未焊接，在下次施焊前需重新打磨氧化膜。打磨過鋼材的工具不得再用于打磨鋁材。

檢查焊縫，焊接區域不得有鋼絲輪吊落的鋼絲等雜物。要求全焊透的焊縫，要留有2~3mm的焊縫間隙，角焊縫裝配間隙要盡量的小。

檢查溫濕度，作業區要求溫度在5℃以上，濕度小于70％。環境不符合要求，不能進行焊接作業，當濕度超過60%而小于70%之間時，操作人員需隨時關注濕度。夏季多雨季節濕度易超標，需多關注。

檢查焊機狀態，檢查保護氣體的壓力、余量等，焊絲的余量。使用尖嘴鉗將導電嘴擰緊

2 焊接過程

對超過8mm厚板的接頭使用氧—乙炔焰預熱，預熱溫度80~120℃。使用溫度計對預熱溫度進行測量，切勿不使用儀器而僅評個人經驗判斷。

①引弧 焊槍開關按下后，焊絲開始按預設速度送絲，同時保護氣體開始流出。當焊絲接觸工件表面而短路，產生很大短路電流使焊絲尖端材料氣化引燃電弧。此時電弧還很微弱，若送絲速度很高則電弧很可能被焊絲擠壓而熄滅，這就需要二次引弧或三次引弧。現代的智能化焊機為了解決這種問題，可以編制特殊的引弧程序：在起弧的瞬間增大電流，使焊絲“過燒”，從而避免焊絲擠壓微弱的電弧而造成熄弧，待電弧穩定后引弧程序終止，電流回歸正常。

②焊接 引弧后，焊槍以一定姿態運行，焊槍與工件及焊接方向應保持一定的角度，但運行過程中可機動地調整。焊槍指向焊接前進方向時稱為左焊法，焊槍指向反焊接方向時稱為右焊法，如下圖所示

若其他焊接條件相同，左焊法時熔深較小，焊道較寬較平，熔池被電弧力推向前方，操作者易觀察到焊接接頭位置，易掌握焊接的方向；右焊法可獲得較大的熔深，焊道窄而凸起，熔池被電弧力推向后方，電弧能直接作用于母材上。鋁及鋁合金的焊接多采用左焊法及亞射流過渡方式。

焊接時，噴嘴下端與工件間的距離保持在8mm~15mm之間。過低易與熔池接觸，過高時，弧長被拉長，保護效果變差，熔深變淺。

焊槍擺動 在焊接過程中，可以通過有規律的焊槍擺動，來提高焊縫質量，完成焊接工作，常用的四種擺動方式，其一為小幅度起伏擺動，在電流較大時，此種擺動方式可使打底焊不至燒穿，同時可加大熔深，使焊縫飽滿；其二為較大幅度的在焊接方向前后擺動，適用于厚板，但焊絲擺動幅度不能超越熔池，其步驟為：前進—回拉—停留—再前進—再回拉—…，采用這種方式可以避免燒穿，同時能加大熔深；其三為劃圈擺動，適用于焊接時溫度過高而需避免過熱，此法可將焊接熱擴散，但熔深將有所降低；其四為“八字步”式擺，適用于PF位置的焊縫，這種擺動可以防止金屬液下墜，也可避免燒穿。

多道焊 對較厚的工件焊接時，一道焊縫已經不能填充滿焊道，這時就需要多層多道焊接。對于單面多道焊，每焊完一條焊道，需要使用鋼絲刷等工具清理焊縫表面。熔覆焊道要寬而淺，以便于氣體的逸出。鋁合金焊接時還需嚴加控制層間溫度為60~100℃（使用溫度計測量），以防過熱產生熱裂紋等缺陷。對于雙面多層多道焊，正面打底焊應一次焊透，在焊完一面在反面清根后，需做PT（滲透探傷）檢查無裂紋后，方可進行反面打底焊接。

③熄弧 熄弧時容易產生弧坑及焊縫過熱，從而產生弧坑裂紋。現代焊機一般都帶有熄弧程序，可以在關閉焊槍開關后電流遞減，并保持氣體通送一定時間，從而時弧坑填滿。操作者需要在關閉焊槍開工后繼續停留一會再移開焊槍，并將余高過高處修磨平整。

鋁合金焊接中，起弧端和收弧端是裂紋的高發區域，所以若焊縫中間停頓，若在接頭處再次起弧，必需再次將接頭打磨成斜坡狀。對于重要的焊縫，如鋁合金地鐵車體底架的牽引梁與枕梁20mm厚板雙面焊縫，需添加起弧板及收弧板，在焊縫區域外進行起弧和收弧，待焊接完成后將起弧板及收縫有無缺陷，以便返工。弧板切除。目前城軌事業部采用TPS系列焊機，都有起弧及收弧程序，操作者在焊接前需根據板厚對參數進行適當設定。焊接完成后，需對焊縫表面的黑灰等進行清理（焊接Al-Mg合金時，出現少量黑污不是缺陷），并目檢焊縫質量，對有缺陷處進行標記，以便后續制定返工方案。

四 常見鋁合金焊接缺陷及成因

五 小結

鋁合金熔化極惰性氣體保護焊接，相對于普通鋼材的活性氣體保護焊接來說，是一種很“嬌氣”的焊接技術，焊前工件的表面清理、接頭的裝配、焊接材料、保護氣體、電源、環境、焊接技術等因素有一個不到位，就很難得到滿意的焊縫，操作者需嚴格遵守操作規程，才能焊接出漂亮的焊縫。