冷藏集装箱门槛铝合金焊接特性分析及对策

王婷 尹雪峰

摘要：本人通过参与大量铝合金的试制与生产，通过实践探索、经验积累，就铝合金结构件焊接特性、焊接时的操作要点、常见缺陷的处理以及焊缝成形控制几个方面进行分析。

关键词：铝合金;焊接特性;焊缝成形

前言

随着国民经济的快速发展，我国海运集装箱进出口量逐年增加，其中，冷藏集装箱以其高技术含量和高附加值，在物流领域发挥着越来越重要的作用，铝合金材料在冷藏集装箱的运用也越來越广泛。其中门槛铝为6061铝合金材料，焊缝为外观焊缝，焊接质量尤其重要。由于铝合金焊接特性有的膨胀系数、溶解热、熔点等物理性能与碳钢材料差异较大，且铝合金焊接过程中熔池形态不易观察，焊接过程中容易氧化等特点，就此进行了实践探索。针对试制过程中遇到的质量问题进行处理对策，使得在批量生产顺利进行，保证了产品的按时交付。

一、冷藏箱门槛铝焊接简介

冷藏箱门槛铝焊缝是由门槛铝与T地板焊接而成。

冷藏箱门槛铝母材为6061—T6铝镁合金，厚度为3mm，采用焊丝牌号为ER5356，焊丝直径1.2mm，保护气体为99.99%高纯氩气。焊丝与母材化学成分见表一。

二、铝合金的焊接难点

铝合金是银白色的轻金属，熔点低658℃，因为其独特的物理及化学性能，在焊接过程中会出现一定的困难，具体表现在：

1、极易氧化

在空气中铝容易与空气中的氧结合生成致密的Al2O3氧化膜（厚度约0.1um），这层膜熔点2050℃，密度3.95—4.10k g/m3，是铝的1.4倍。它会吸附水分，在焊接过程中易形成气孔、夹渣等缺陷，引起焊缝性能下降。

2、高的热导率

铝及铝合金热导率、比热容很大，热导率235.3 W/m*k，是钢的三倍，在焊接过程中大的热能被迅速传导到基体金属内部。因此焊接时消耗的热量比钢高的多，必须采用能量集中、功率大的热源。

3、容易形成热裂纹

铝的线膨胀系数为钢的两倍左右，凝固时体积收缩率达6.5%—6.6%，焊接时由于过大的收缩应力导致裂纹。

4、容易形成气孔

铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温下吸入大量氢气，焊后冷却凝固过程中来不及析出聚集在焊缝中形成气孔。

5、高温下强度和塑性降低以及合金元素的蒸发

在高温下铝的强度和塑性很低，难以支撑住液体金属导致焊缝成形不良，甚至形成塌陷或烧穿。在高温下合金烧损严重从而改变了焊缝金属的成分，降低了焊接接头的性能。

6、无色泽变化

铝及铝合金从固态转变成液态时，无明显颜色变化，在焊接过程中给操作者带来了困难。

7、焊接变形

铝的线膨胀系数高，凝固时体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，从而导致焊接变形大。

三、铝合金焊接工艺分析及对策

根据铝合金的焊接特点，门槛铝焊接工艺具有一定的特殊性。

1、焊前清理

由于铝合金表面总有氧化膜的存在，其熔点2050℃，远远超过铝合金560-620℃的熔点，氧化膜的存在严重的影响了铝合金的焊接质量。

1.1氧化膜的处理方法

氧化膜的处理方法有化学清理和机械清理两种方法，下面主要介绍铝合金的两种清理方法和工件存放以及焊接环境的要求。

（1）化学清洗。化学清洗主要是用酸和碱等溶液清洗工件表面，不仅可以去除氧化膜，还可以起到去除油污作用。

（2）机械清理。机械清理方法主要用于去除金属表面的氧化膜、锈蚀污染。此法先用有机溶剂擦拭表面去油，随后直接用铜丝刷和不锈钢丝刷干净，直到露出金属光泽为止。

1.2存放与焊接环境要求

由于铝合金的氧化会随着温度的增加，氧化也同时增大，所以铝合金焊接对现场环境要求高，现场环境温度必须保证在10℃以上，湿度控制在65%以下。工件清理后应在8小时内完成焊接。焊丝在不使用时，放置在环境温度10℃以上，湿度65%一下的环境中，且放置包装箱内，防止污染，妥善保管。

2、焊接设备的选择

由于铝及铝合金热导率、比热容很大，热导率235.3 W/m*k，是钢的三倍，在焊接过程中大的热能被迅速传导到基体金属内部。因此焊接时消耗的热量比钢高的多，必须采用能量集中、功率大的热源。

通常情况下铝合金焊接采用熔化极气体保护焊和非熔化极气体保护焊进行焊接，由于非熔化极气体保护焊效率低，难以满足生产进度，只能在焊缝修补时使用，在生产中主要采用肯比多用途数字熔化极气体保护焊机。这种焊机有针对铝合金材料导热快特点，设有特殊四步焊枪开关模式。

3、控制装配间隙、合理焊接顺序

铝合金的线膨胀系数高，凝固时体积收缩率较大，焊件的变形较大，我们通过控制装配间隙，合理焊接顺序等措施对焊接变形进行防控。

3.1控制焊接变形的措施

（1）采用点焊固定，焊点长度30mm，间隔200mm;

（2）用木锤敲击焊缝处，使其装配间隙不大于1mm;

（3）采用合理的焊接规范，控制焊角尺寸，减少焊接线能量的输入。

4、优化焊接操作及焊接工艺参数

4.1 焊接操作方法

由于铝合金是银白色的轻金属，从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材温度，加上高温时铝合金强度和塑性降低，难以支撑住液体金属，导致施焊时常会因为温度过高无法察觉而焊穿，增加了操作者的难度。在焊接过程中，要仔细观察熔池金属，采用左焊法，且用直线小步伐的运条手法，焊抢与焊接方向的倾角为75-85°，焊枪与工件夹角保持45°，焊接速度在保证焊角情况下尽量快，减少焊缝的热输入。焊接过程中要掌握好熔池温度，仔细观察熔池的形状以及焊缝两边母材的熔合情况，同时还要控制好焊抢角度、焊丝伸出长度，与气体流量，避免在焊接过程中焊缝的氧化并注意起弧电流大而导致出现焊瘤、烧穿情况，应预留3mm左右起弧，收弧处应采用回焊法，在焊缝尽头1-2mm处使用收弧电流往回焊5-7mm，来回两次填满弧坑，避免弧坑缺陷。

4.2 采用合理的焊接工艺参数

焊接电流尽量选大一点，以达到亚射流过渡。焊接电弧不能过短，过短会引起飞溅增多，电弧过长则会引起电弧飘动、氩气保护作用变差。

四、结论

通过以上措施，有效的克服了铝合金材料的特殊性对焊接质量的影响，有效的保证了门槛铝的焊接质量及生产进度，同时也丰富了分公司铝合金焊接经验。

参考文献：

[1] 国际焊接工程师培训教程，铝及铝合金.