铝材激光焊接机 手持式铝材激光焊接机加工

一、铝及铝合金的焊接特点

1、铝在空气中及焊接时较易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。

焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨较氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴较清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化较气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴较清理”。

2、铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。

3、铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率非常大，焊件的变形和应力非常大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向非常大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5%~6%时可不产生热裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5%~6%)焊丝会有更好的抗裂性。

4、铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。

5、铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，较易形成氢气孔。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，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。

6、合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。

7、母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降；铝为面心立方晶格，没有同素异构体，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。

二、焊接方法

几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨较交流氩弧焊或钨较脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨较氦弧焊、氩氦混合钨较气体保护焊、熔化较气体保护焊、脉冲熔化较气体保护焊。熔化较气体保护焊、脉冲熔化较气体保护焊应用越来越广泛。

1）气焊

气焊的热功率比电弧焊低，热量分散，因而焊件变形大，生产效率低。且焊缝金属晶粒粗大，疏松，容器产生夹渣。实际上被氩弧焊所取代。

2）焊条电弧焊

焊条电弧焊的接头质量较差，工业中应用较少，主要用于焊补。

3）手工钨较氩弧焊

优点：热量比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性较高，接头质量较优，可焊接的板厚度为1mm~20mm，是焊接铝和铝合金普通的方法。

缺点：此方法不宜在露天操作。

4）熔化较氩弧焊

优点：以焊丝为电较，电流比非常大，电弧功率大，热量集中，焊接速度快，生产效率高。可焊接厚度为小于50mm。

缺点：焊丝直径受送丝系统的限制，且焊缝的气孔敏感性非常大。

5）熔化较脉冲钨较氩弧焊

焊接电流小，参数调节范围广，焊件变形小，适用于薄板焊和全位置焊。常用于2~12mm。

6）其它不常用的焊接方法：等离子弧焊、真空电子束焊、激光焊、电阻焊等。

按照本公司产品的特点及需求宜采用双脉冲熔化较气体保护焊，焊接质量好、生产效率高，但焊机成本较高，国产双脉冲熔化较气体保护焊机一套（含送丝机、送丝软管、焊枪等）约4~5万元；也采用钨较交流氩弧焊或钨较脉冲氩弧焊，此焊接方法焊缝成型美观，焊机成本较低，约1~2万元，但此种焊接方法生产效率较低，不宜在露天操作。

1、焊丝的选用主要按照下列原则：

（1）纯铝焊丝的纯度一般不低于母材；

（2）铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近；

（3）铝合金焊丝中的耐腐蚀元素（镁、锰、硅等）的含量一般不低于母材；

（4）异种铝材焊接时应按耐腐蚀较高、强度高的母材选择焊丝；

（5）不要去耐腐蚀性的高度度铝合金（热处理强化铝合金）可采用异种成分的焊丝，如抗裂性好的铝硅合金焊丝SAlSi-1等（注意强度可能低于母材）。

本公司选用焊丝需待产品铝合金材质确认后再选取，铝焊丝价格大概在30~40元/Kg。

2、焊丝、焊件的清洗：

在焊前必须将铝焊丝(钨较氩弧焊焊丝需进行表面清理，溶化较气体保护焊盘丝不需进行表面处理，因为盘丝有保护措施防止氧化、污染)、铝板表面上的油污、氧化膜等污物清洗掉。清洗方法如下：

a) 去油污

在清除氧化膜之前，先将铝丝表面、铝板坡口及其两侧(各30mm内)的油污、脏物清洗干净。在生产上一般采用汽油或丙酮、醋酸乙酯、松香水、四氯化碳等溶剂。也可配制一种化学混合液进行脱脂处理，其步骤如下：

①在温度为(60～70)℃的混合溶液(工业磷酸三钠(40～50)g，物质材料(40～50)g，水玻璃(20～30)g，水1L)中加热(5～8)min；

②在50℃左右的热水中冲洗2min；

③冷水中冲洗2min。

清除氧化膜 氧化膜的清理农业生产体系械清理及化学清理两种方法：

①机械清理 在去除油污后，可用不锈钢丝轮、铜丝轮或刮刀，将焊件坡口两侧表面刮净。这种方法较简便，但清理的质量较差，主要用于焊缝质量要求不高、焊件尺寸非常大、不易用化学方法清理或化学清理后又被局部污染的焊件。这种方法难于清除焊丝表面的氧化膜。

②化学清理 铝及铝合金板材、管子及铝丝化学清理时，先把铝板、铝管及铝丝放入温度为40~60℃、浓度8~10%的氢氧化钠溶液中侵蚀，保持10~15min（对于铝合金只需5min）后取出，用冷水冲洗2min；再置于30%的硝酸溶液中进行光化处理，以中和余碱，避免碱液继续腐蚀铝板、铝管、铝丝；再用流动的冷水冲洗2~3min。

按本公司产品特点可采用直径为0.15mm～0.2mm的铜丝刷或不锈钢刷的机械清理方法，不能使用砂轮打磨,因为使用砂轮打磨只会使氧化膜熔合在焊材表面,而不会真实去除。而且如果使用硬质砂轮,其中的杂质会进入焊缝,导致热裂纹。此外,由于Al2O3 膜在较短的时间内又会重变新成和堆积,为了使氧化膜尽可能少地影响焊缝,清理完毕后应立即施焊。

清理工作完成后，铝丝应置于150~200℃的烘箱内，随用随取。清理过的焊件、焊丝必妥善保管，不准随意乱放。铝板坡口清理后宜立即进行装配、焊接，一般不得超过24h。

3、保护气体：

保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流加高频TIG焊时，采用大于99.9%纯氩气，直流正较性焊接宜用氦气。MIG焊时，板厚>25mm时宜用氩气；板厚25~50mm时氩气中宜添加10%~35%的氦气；板厚50mm~75mm时氩气中宜添加10%~35%或50%的氦气；当板厚<75mm时推荐采用添加50%~75%氦气的氩气。氩气应符合GB/T4842-1995《纯氩》的要求。氩气瓶压低于0.5MPa后压力不足，不能使用。

按照本公司产品的特点保护气体采用大于99.9%纯氩气。

4、钨较

氩弧焊用的钨较材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。纯钨的熔点和沸点高，不易溶化挥发，电较烧损及高等的污染较少，但电子发射能力较差。在纯钨中加入1%~2%氧化钍的电较为钍钨较，电子发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧较稳定，但钍元素具有一定的放射性，使用时应采取适当的防护措施。在纯钨中加入1.8%~2.2%的氧化铈（杂质≤0.1%）的电较为铈钨较。铈钨较电子逸出功低，化学稳定性高，允许电流密度大，钨放射性，时目前普遍采用的电较。锆钨较可防止电较污染基体金属，高等易保持半球形，适用于交流焊接。

三、总结

综上所述，结合公司产品发展方向及铝合金焊接的主流发展趋势，建议采用双脉冲熔化较气体保护焊（应配套铝合金焊接专项使用的送丝机及送丝软管），焊接质量好、生产效率高；保护气体采用大于99.9%纯氩气；再按产品材质选取合适的铝合金盘丝（焊丝），焊前焊丝、工件坡口及坡口两侧各50mm范围应用丙酮去除油污，用Φ0.2mm左右的不锈钢丝刷（轮）清理表面氧化膜，经清理的焊丝和焊件焊前严禁沾污，如超过4h未焊，应重新清理。