3毫米5083铝合金焊接参数

现在船厂大都是采用钢铝的复合板过度板条来连接的，就是从外面进口一侧是钢，一面是铝合金的板条，然后铝和铝板焊接，钢和钢焊接。我接触过一家，这种板条是美国进口的，成本非常高。

其实也可以考虑钎焊，采用类似于MG460F焊丝的焊接材料，直接气焊，强度很高，效果也不错的，就是操作起来不是很方便，气焊嘛！焊接变形也比较大。

还有就是我一个广东的朋友，是采用MG400焊条，手弧焊来焊接的，成本低，速度也快，但是估计对焊接工艺要求比较高。我们做过相应的焊接实验，连接强度还是可以的，不过抗冲击力就不是太理想了。 你自己可以试试，直流焊机，焊条直立，焊接速度要快，一般是普通碳钢焊条的两倍，

随着高速铁路在中国的迅速发展,高速火车的制造量也越来越大,时速200km以上的高速火车车厢外皮几乎全是由铝合金板及大型铝合金型材焊接而成,因此需要大量的铝合金焊丝。目前引进的进口焊丝主要是针对时速300km以下的列车,但随着火车速度的提高(超过300km/h),需要研发具有高强度和更好焊接性能的焊丝来保障列车的安全。 本文通过制备13种合金焊丝,并运用手工交流TIG焊用其焊接厚度为2.8mm的退火态5083铝合金薄板,利用金相显微观察、室温拉伸力学性能试验和扫描电子显微镜等手段研究焊丝制备过程中不同阶段显微组织和力学性能,研究了原材料、坩埚涂层、Mg元素含量、不同Mn含量下Zr元素和不同Fe含量下Mn元素含量对焊丝性能的影响,得到如下研究成果： (1)证明原材料纯度对焊丝的焊后性能有明显的影响,提高纯度能使焊丝获得更好的性能,另外熔炼工具涂TiO2也可保证合金在熔炼过程不受污染,保证合金具有高的纯度。 (2)当Mg含量在4.5%-5.5%之间变化时,Mg含量达到5.5%的焊丝焊接的焊口力学性能有所提高,强度超过母材的90%(达到287.0MPa),其延伸率达到14.0%。 (3)在不同Mn含量条件下,加入Zr元素制备的铝合金焊丝焊接5083板材时,其焊口均比未加Zr元素制备的铝合金焊丝焊接的焊口具有更高的力学性能。其中,在高Mn含量条件下,加入Zr元素制备的铝合金焊丝焊口强度超过母材的93%(达到295.7MPa),其延伸率达到16.4%,而未加Zr元素制备的铝合金焊丝焊口强度超过母材的90%(达到286.0MPa),其延伸率达到14.5%。 (4)在不同Fe含量条件下,高Mn含量的铝合金焊丝焊接5083板材时,其焊口均比低Mn含量的铝合金焊丝焊接的焊口具有更高的力学性能。其中,在高Fe含量条件下,高Mn含量的铝合金焊丝焊口强度超过母材的92%(达到293.4MPa),其延伸率达到15.9%,而低Mn含量的铝合金焊丝焊口强度超过母材的90%(达到285.9MPa),其延伸率达到13.8%。

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5083铝合金是高镁合金，在不可热处理合金中强度良好，耐蚀性、可切削性良好。阳极化处理后表面美观。电弧焊性能良好。5083合金中的主要合金元素为镁，具有良好的抗蚀性与可焊接性能，以及中等强度。优良的抗腐蚀性能使5083合金广泛用于海事用途如船舶，以及汽车、飞机焊接件、地铁轻轨，需严格防火的压力容器（如液体罐车、冷藏车、冷藏集装箱）、制冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹零件、装甲等。

氩气是惰性气体，主要是保护焊缝及母材的，但同时也是保护钨极不在高温下被氧化。

所以通常氩气需要起弧之前要提前和息弧之后要滞后一小段时间。

提前是为了把其他气体吹跑，保护焊缝及母材在纯氩情况下进行焊接；

滞后是为了保护焊缝及母材在纯氩情况下冷却，同时也是保护钨极在纯氩情况下冷却。

铝合金能焊接, 主要焊接工艺为手工MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）和自动MIG焊.

焊丝的选用

1 )　焊丝的选用

对于6005A、6082、5083 母材来说,选择的焊丝牌号为5087/ AlMg4. 5MnZr ,5087 焊丝不仅抗裂性能好,抗气孔性能优越,而且强度性能也很好。对于焊丝规格的选择,优先选择大直径规格的焊丝。同样的焊接填充量即同等重量的焊丝,大规格焊丝较小规格焊丝的表面积要小很多,因此,大规格焊丝较小规格焊丝的表面污染要少即氧化区域要小,焊接质量更容易达到要求。另外大直径焊丝的送丝过程更容易操作。对于8 mm 以下板厚的母材一般采用1. 2 mm直径的焊丝,对于8 mm 及以上板厚的母材采用1. 6 mm 直径的焊丝。自动焊机采用1. 6 mm直径的焊丝。

2 )　保护气体的选用

Ar100 %的特点是电弧稳定、引弧方便,对于8mm以下板厚的母材一般采用Ar100 %进行焊接。对于8 mm 及以上板厚的母材和气孔要求高的焊缝,采用Ar70 % + He30 %进行焊接。氦气的特点在于:9 倍于氩气的导热性,焊接速度更快,气孔率减少,熔深增加。厚板焊接时,Ar100 %和Ar70 % +He30 %的熔深状况见图1。气体的流量选择不是越大越好,流量过大会造成紊流,导致熔池保护不充分,空气与熔敷金属发生反应,会改变焊缝组织,使性能下降,而且产生焊接气孔的倾向增加。

焊前准备

1 )　坡口的处理

板厚在3 mm 以下的对接焊缝可不开坡口,只需在焊缝背面倒一0. 5～1 mm 的角即可,这样有利于气体的排放和避免背面凹槽。背面是否倒角对焊缝的影响。铝合金厚板的坡口角度较钢板的要大。单边坡口一般采用55°坡口,双边坡口采用每边35°坡口。这样可以使焊接的可达性提高,同时可降低未熔合缺陷的产生几率。

对于厚板T 形接头中的HV 或HY接头,要求填满坡口外,再加一个角焊缝,使焊缝总尺寸S 不小于板厚T。厚板T 形接头焊接要求。

2) 　焊前清理工作

焊接铝合金需要最干净的准备工作,否则其抗腐蚀能力下降,而且容易产生气孔。焊接铝合金应该与焊钢的习惯彻底区分。焊钢已经用过的工具,严禁焊接铝合金时使用。清理焊缝区域的氧化膜等杂质,尽可能使用不锈钢刷或者用丙酮清洗。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,而不会真正去除。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 膜在极短的时间内又会重新生成和堆积,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。

3) 　预热温度和层间温度的控制

对与板厚超过8 mm 的厚板进行焊接时,都要进行焊前预热,预热温度控制在80 ℃～120 ℃之间,层间温度控制在60 ℃～100 ℃之间。预热温度过高,除作业环境恶劣外,还有可能对铝合金的合金性能造成影响,出现接头软化,焊缝外观成形不良等现象。层间温度过高还会使铝焊热裂纹的产生机率增加。

合理选择规范参数

1 )　焊接电流较大

铝合金本身的导热系数大(约为钢的4 倍) ,散热快。因此,在相同焊接速度下,焊接铝合金时的热输入量要比焊接钢材时的热输入量大2～4 倍。如果热输入量不够,容易出现熔深不足甚至未熔合的问题,特别是在焊缝起头的位置。

2) 送丝速度要适当调高

送丝速度是与电流、电压等规范参数密切相关,并且相互匹配的。当焊接电流提高后,送丝速度也应该相应地提高。

3) 焊接速度的选择

对于薄板焊缝,为了避免焊缝过热,一般采用较小的焊接电流和较快的焊接速度对于厚板焊缝,为使焊缝熔合充分和焊缝气体充分逸出,采用较大的焊接电流和较慢的焊接速度。

4 )　焊枪角度的选择

在焊接方向上,焊枪角度一般控制在90°左右,过大和过小都会造成焊接缺陷。焊枪角度过大会造成气体保护不充分而产生气孔角度过小还有可能使液铝达到电弧前端,使电弧不能直接作用于焊缝而产生未熔合。

保护措施

1) 焊前用机械或化学方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物；

2) 焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护；

3) 在气焊时，采用熔剂，在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。

焊后清理

1) 在热水中用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头。

2) 将焊件在温度为60～80℃、质量分数为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5～10min，并用硬毛刷仔细洗刷。或者将焊件放于15～20℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗10～20min。

3) 在热水中冲刷洗涤焊件。

4) 将焊件用热空气吹干或在100℃干燥箱内烘干。

铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他一些焊接方法（如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等）也可以容易地将铝合金焊接在一起。

铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表1。应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。

表1 铝合金常用焊接方法的特点及适用范围

焊接方法

特点

适用范围

气焊

热功率低，焊件变形大，生产率低，易产生夹渣、裂纹等缺陷

用于非重要场合的薄板对接焊及补焊等

手工电弧焊

接头质量差

用于铸铝件补焊及一般修理

钨极氩弧焊

焊缝金属致密，接头强度高、塑性好，可获得优质接头

应用广泛，可焊接板厚1～20㎜

钨极脉冲氩弧焊

焊接过程稳定，热输入精确可调，焊件变形量小，接头质量高

用于薄板、全位置焊接、装配焊接及对热敏感性强的锻铝、硬铝等高强度铝合金

熔化极氩弧焊

电弧功率大，焊接速度快

用于厚件的焊接，可焊厚度为50㎜以下

熔化极脉冲氩弧焊

焊接变形小，抗气孔和抗裂性好，工艺参数调节广泛

用于薄板或全位置焊，常用于厚度2～12㎜的工件

等离子弧焊

热量集中，焊接速度快，焊接变形和应力小，工艺较复杂

用于对接焊要求比氩弧焊更高的场合

真空电子束焊

熔深大热影响区小，焊接变形量小接头力学性能好

用于焊接尺寸较小的焊件

激光焊

焊接变形小，生产率高

用于需进行精密焊接的焊件

（1）气焊

氧－乙炔气焊火焰的热功率低，热量较分散，因此焊件变形大、生产率低。用气焊焊接较厚的铝焊件时需预热，焊后的焊缝金属不但晶粒粗大、组织疏松，而且容易产生氧化铝夹杂、气孔及裂缝等缺陷。这种方法只用于厚度范围在0.5～10㎜的不重要铝结构件和铸件的焊补上。

（2）钨极氩弧焊

这种方法是在氩气保护下施焊，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高，在工业中获得起来越广泛的应用。钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完善的焊接方法，但钨极氩弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下操作。

（3）熔化极氩弧焊

自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大，热量集中，热量影响区小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高2～3倍。可以焊接厚度在50㎜以下的纯铝及铝合金板。例如，焊接厚度30㎜的铝板不必预热，只焊接正、反两层就可获得表面光滑、质量优良的焊缝。半自动熔化极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短焊缝及结构形状不规则的焊件，用半自动氩弧焊焊炬可方便灵活地进行焊接，但半自动焊的焊丝直径较细，焊缝的气孔敏感性较大。

（4）脉冲氩弧焊

1）钨极脉冲氩弧焊

用这种方法可明显改善小电流焊接过程的稳定性，便于通过调节各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。焊件变形小、热影响区小，特别适用于薄板、全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。

2）熔化极脉冲氩弧焊

可采用的平均焊接电流小，参数调节范围大，焊件的变形及热影响区小，生产率高，抗气孔及抗裂性好，适用于厚度在2～10㎜铝合金薄板的全位置焊接。

（5）电阻点焊、缝焊

可用来焊接厚度在4㎜以下的铝合金薄板。对于质量要求较高的产品可采用直流冲击波点焊、缝焊机焊接。焊接时需要用较复杂的设备，焊接电流大、生产率较高，特别适用于大批量生产的零、部件。

（6）搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是一种可用于各种合金板焊接的固态连接技术。与传统熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟尘，不需要添加焊丝和保护气体，接头无气孔、裂纹。与普通摩擦相比，它不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝。这种焊接方法还有一系列其它优点，如接头的力学性能好、节能、无污染、焊前准备要求低等。由于铝及铝合金熔点低，更适于采用搅拌摩擦焊。

铝用焊接材料

（1）焊丝

采用气焊、钨极氩弧焊等焊接铝合金时，需要加填充焊丝。铝及铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两大类。为了得到良好的焊接接头，应从焊接构件使用要求考虑，选择适合于母材的焊丝作为填充材料。

选择焊丝首先要考虑焊缝成分要求，还要考虑产品的力学性能、耐蚀性能，结构的刚性、颜色及抗裂性等。选择熔化温度低于母材的填充金属，可大大减小热影响区的晶间裂纹倾向。对于非热处理合金的焊接接头强度，按1000系、4000系、5000系的次序增大。

含镁3%以上的5000系的焊丝，应避免在使用温度65℃以上的结构中采用，因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感，在上述温度和腐蚀环境中会发生应力腐蚀龟裂。用合金含量高于母材的焊丝作为填充金属，通常可防止焊缝金属的裂纹倾向。

目前，铝合金常用的焊丝大多是与基体金属成分相近的标准牌号焊丝。在缺乏标准牌号焊丝时，可从基体金属上切下狭条代用。较为通用的焊丝是HS311，这种焊丝的液态金属流动性好，凝固时的收缩率小，具体优良的抗裂性能。为了细化缝晶粒、提高焊缝的抗裂性及力学性能，通常在丝中加入少量的Ti、V、Zr等合金元素作为变质剂。

选用铝合金焊丝应注意的问题如下：

1）焊接接头的裂纹敏感性

影响裂纹敏感性的直接因素是母材与焊丝的匹配。选用熔化温度低于母材的焊缝金属，可以减小焊缝金属和热影响区的裂纹敏感性。例如，焊接硅含量0.6%的6061合金时，选用同一合金作焊缝，裂纹敏感性很大，

但用硅含量5%的ER4043焊丝，由于其熔化温度比6061合金低，在冷却过程中有较高的塑性，所以抗裂性能良好。此外，焊缝金属避免镁与铜的组合，因为Al－Mg－Cu有很高的裂纹敏感性。

2）焊接接头的力学性能

工业纯铝的强度最低，4000系列铝合金居中，5000系列铝合金强度最高。铝硅焊丝虽然有较高的抗裂性能，但含硅焊丝的塑性较差，所以对焊后需要塑性变形加工的接头来说，应避免选用含硅焊丝。

3）焊接接头的使用性能

填充金属的选择除取决于母材成分外，还与接头的几何形状、运行中的抗腐蚀性要求以及对焊接件的外观要求有关。例如，为了使容器具有良好的抗腐蚀能力或防止所储存产品对其的污染，储存过氧化氢的焊接容器要求高纯度的铝合金。在这种情况下，填充金属的纯度至少要相当于母材。

（2）焊条

铝合金焊条型号、规格与用途见表2。铝合金焊条的化学成分和力学性能见表3。

铝合金可用普通焊机焊的。

铝及铝合金焊接的特点及焊接性

1、常见铝及铝合金的分类铝为银白色轻金属，纯铝的熔点为660℃，密度

2.7g/cm3。工业用铝合金的熔点约为560℃。按照GB/T3190-1996或GB/T16474-1996的规定，纯铝和铝合金牌号命名的基本原则是：可直接采用国际四位数字体系牌号；未命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌号。城轨事业部目前常用的铝材主要有以下三种： ①5083-H111，5表示为Al-Mg系，H111加工硬化状态：最终退火后又进行了适量加工硬化。主要用于折弯件用的板材。

②6005A-T6，6表示为Al-Mg-Si系，T6热处理状态：固溶处理后再人工时效的稳定状态。除牵引梁型材为6082之外，其余所有的型材均为6005A ③6082-T6，绝大部分板材。

常见铝合金焊接缺陷及成因：