第九章铝及铝合金MIG焊设备和工艺
第一节 MIG焊接工艺的定义
MIG焊接是目前发展速度最快的一种弧焊工艺，起源于美国，1948年被首次应用于工业领域。MIG焊通常被定义为丝状电极的金属极电弧焊，在焊接过程中，惰性气体覆盖住焊接区域，避免熔化金属的氧化。焊接电弧的起弧过程为焊丝接触导电嘴获得电压，和设备地线构成焊接回流，使电弧能够在焊丝端部和工件之间燃烧，焊接保护气体通过喷嘴流出，覆盖住焊接区域，形成焊接冶金过程，原理如图9-1所示。
图9-1 MIG焊理论定义
第二节 MIG焊接设备
MIG焊接设备主要由焊接电源、控制器、送丝机、焊枪、封装套管、地线等构成，每部分作用如下：
一、焊接电源
焊接电源的作用是向焊接过程提供焊接能量，它将电网输入的3相、380V高电压、10A以下低电流转换为40V以下低电压和330A以下大电流。MIG焊接电源有三种，抽头式、可控硅式、逆变式。抽头式和可控硅式焊接电源属于低挡次焊接电源，只能做普通碳钢焊接使用。对于焊接铝合金结构，目前普遍使用逆变数字式焊接电源。其可实现焊接输出电流波形任意可调，能精确控制熔滴的过渡，实现平稳焊接。
逆变数字焊机的工作原理不同于常规焊接电源，从电网来的电压首先被整流成直流电，
然后，为了电源转换的需要，通过开关的开通、关断将电流切成窄窄的一段段，这种方法叫时钟控制，也叫斩波。这种快速的开、关控制，是由晶体管的快速电子开关实现的。世界上第一台晶体管逆变器的时钟频率大约在25千赫兹左右，随着今天晶体管的高速发展，100千赫兹以上的开关频率都已经成为现实，可以更加精确地把直流斩成各种方式的方波交流。同时在变压器次级输出交流方波，再进行二次整流，输出焊接电压。在此电流转换过程中，变压器大小，取决于电流变换的频率，频率越高，变压器体积可以做到更小，从而实现轻便电源。
对于数字电源，采用的很多电子元件如整流器、电抗器、电容都是由控制器电子触发的，因此对于数字焊接电源，控制器和功率单元一样重要，电流由斩波器控制，改变电流输入、输出时间的比率，就能改变输出电流。改变电抗器的频率，也能调整电流的大小。为了产生脉冲电流，可以周期性地改变电流输入、输出时间的比率，实现输出脉冲电流的目的，逆变数字焊机的主电路如图9-2所示。
图9-2 逆变MIG焊接设备主电路图
在图9-2 中，交流输入电压经380V经三相整流桥整流变为直流电压，整流后的直流电压经滤波电容进行滤波，直流电压经逆变器（IGBT、主变MTr）变成高频交流电压，次极整流二极管将逆变器输出的交流电压变为直流电压，直流电抗器对次极整流后的直流电压进行平滑滤波，焊机（+、—）输出平滑的直流电压（或直流脉冲电压）。
二、送丝单元
送丝单元保证焊接过程中，焊丝送进的速度和焊丝的熔化速度相匹配。焊丝从送丝机单元的焊丝导入嘴进入，经送丝轮向前导送焊丝，再经过送丝轮前面的导向嘴，以固定的方向将焊丝送入焊枪软管。送丝轮由一个旋转速度可无极调节的直流马达驱动，如图9-3所示。现代焊接允许控制焊接过程，送丝速度由速度计测量并且根据负载进行控制。MIG 焊标准送
丝速度为2-20 米/ 分钟。
图 9-3 带有四轮驱动的送丝单元内视图
送丝单元不允许破坏焊丝的表面。因而送丝轮需要足够的直径来保证作用于焊丝表面的单位压力不至于过大。相对两轮驱动单元，四轮驱动单元可以实现更小的表面压力送丝而不会滑动。如果使用多轮驱动则送丝轮之间的表面压力可以更小。对四轮驱动单元，通常所有驱动轮通过齿轮啮合由公共的齿轮马达驱动，见图9-4。一般一对送丝轮只有一只有梯形槽，另一个为光滑的表面。保护焊丝表面不被破坏是有重要意义的，因为焊丝的碎屑进入封装套管会很快堵塞送丝软管。送丝轮磨损老化也会加剧金属的损伤，因此应该定期检查其状况。
图9-4 一个马达驱动四轮送丝示意图
铝合金焊接，必须要采用四轮驱动来送焊丝，在大多数情况下，送丝轮应采用平稳、光滑的半圆凹槽辊轮。施加在前送丝轮的接触压力要比后端的大，避免堵丝。送丝轮压力过大、过小均会影响焊丝性能。图9-5、图9-6均示意了不合理的送丝轮状态，图9-7示意了理想的送丝轮状态。
图9-5 辊轮表面太粗糙，将损害焊丝
图9-6 辊轮的边缘太锋利，将损害焊丝
图9-7 送丝轮理想状态（边缘光滑）
三、焊枪
由于铝焊丝比较软，焊枪中的送丝软管要用塑料或特氟纶制成的专用软管，焊接钢结构所用的弹簧软管不适合铝焊。对于铝焊丝，必须使用较大直径的铝送丝软管。对于纯铝和铝硅合金焊丝，最好使用推拉式焊枪系统是有利的。
焊枪封装套管包括所有的管线，即焊接电缆，保护气管，送丝管和控制线，以及大电流焊机必须的水冷出水管和回水管。水冷焊枪的焊接电缆位于水冷回水管中，管线的尺寸比无水冷的要小，封装套管也更柔软。对纯钢和非合金钢，送丝管由钢制螺旋管组成。当使用镍铬不锈钢和铝以及其它金属焊丝时，使用低阻尼塑料（如特富龙）制成的送丝管。塑料导管
比钢丝管有更理想的摩擦系数。控制线使焊枪的控制信号能传递到控制器。使用位于焊枪上的焊枪开关来控制焊机的启动和输出。封装套管的末端是焊枪枪抦，下面为一些常用的焊枪类型。图9-8为鹅径式焊枪，鹅颈式焊枪重量轻且电弧更容易接近工作点。
图 9-8 鹅颈式焊枪
图9-9为鹅颈式焊枪断面图，它清楚显示了钢送丝管、焊丝在导电嘴内的状况，设计结构可以防止焊丝在焊枪前部扭曲。
图 9-9 焊枪断面图
图9-10 为推拉式焊枪。推拉开启后，位于焊枪手柄内的送丝马达驱动焊丝送进，同时位于送丝机内的马达也推动焊丝进入封装套管。双重送丝功能，意味着柔软和细的焊丝也能可靠地送丝。当采用直径0.8mm焊丝或4043焊丝时,一般采用该种方式。
图9-10 推拉式焊枪结构示意
图9-11为另一类焊枪，在数字焊接系统中，焊接参数可以在焊枪上显示，并能在焊枪上实现调节。
图9-11 数显焊接参数焊枪示意
图9-12是自带焊丝推拉式焊枪，该枪直接装有一个微型丝盘，同时枪把装有送丝马达，因送丝管非常短，可以毫无问题地输送柔软且细的焊丝。
图 9-12 自带焊丝推拉式焊枪
四、焊接控制器
焊接系统控制器可以设置不同的功能，其中一些可以经过控制线在焊枪开关上实现。这也包括从焊枪2 步方式到4 步方式操作的切换。其它功能包括设定焊丝引弧时的软起弧速度和焊接结束时电弧的回烧时间。引弧时焊丝速度可调使引弧过程更安全，这样可以避免在冷材料上刚刚开始燃烧的电弧不会被快速送入的焊丝再度熄灭。设定电弧的回烧时间避免焊丝粘在弧坑里。它是通过焊丝速度的停止略提前于电弧的停止而实现的。如果回烧时间过长，焊丝可能会粘在导电嘴上。另一个作用是防止焊接结束时焊丝末端留有太大的熔球，那样会妨碍引弧。为此在焊接过程结束前，焊丝末端形成的熔球会立即被一个电流脉冲消除掉。后一种功能对全自动焊接尤其重要，当然半自动焊接，焊工可以在重新引弧前剪去焊丝末端。现代MIG/MAG 系统可以允许焊接起始时电流斜坡上升和焊缝末端电流类似的下降。
五、焊接地线
焊接地线是将工件和焊接电源用电缆连接起来的实心电缆，地线跟工件的牢固性结合是焊接必须的，接地不牢会导致焊接电压升高。
第三节 MIG焊接电弧方式
MIG焊电弧基本分为短弧、长弧、喷射弧和脉冲弧。每种电弧焊丝金属熔滴过渡的方式不同，主要特点如下：
一、短弧
短弧一般出现在低电流、低电压区间，电弧特征是电弧短，在焊接过程中，以短路过渡方式进行焊接。熔滴过渡方式如图9-13所示意。
图 9-13 短弧的熔滴过渡
1: 焊丝 2: 熔滴 3: 电弧
由于短弧焊丝端部迅速地接触到熔池，在电弧热量的作用下焊丝的末端形成了一个小熔滴（a），产生了短路电弧熄灭（b），由于熔池的表面张力使熔滴从焊丝的末端脱落；由于电流箍缩效应在熔滴分离的过程中没有明显的作用，然后电弧重新引燃（c）。这个过程根据使用的保护气的不同以每秒20-100 次的频率非常有规律地重复。在短路状态，电流升高(短路电流) ，由于熔滴小，短路的时间很短，因此也不会出现特别大的电流峰值。另外，常规电源焊接电流回路的电抗器也降低了短路电流上升速度，这使得短路之后电弧平稳地重新引燃而不会出现任何大的飞溅。在逆变电源中，控制器设置软件防止电流过分升高，使用短弧焊是一个相对热输入较小的焊接方法，它在薄板及全位置焊接时应用较多。
二、长弧
长弧出现在高电压区，电弧端部没有电磁收缩效应或者几乎不可见，造成焊丝端部熔滴过渡困难，图2-24 解释了这种熔滴过渡的类型，首先在重力作用下向工件运动的焊丝的端部产生大粒的熔滴(a)，在此过程中，在熔滴和熔池之间形成短路桥(b)，通过这种方式，熔滴被转移到熔池里去(c)，有时也会转移一些很大的单个熔滴，在这种情况下，由于熔滴
尺寸大，这就产生了非常大的短路电流，其结果是重新引弧时形成很大的飞溅，这个过程发生在较高的电流和电压区间，产生体积大、热量高的熔池，因此仅适于水平焊(图9-14)，全位置焊接几乎不可能实现。
图9-14 长弧焊接过渡示意图
三、喷射弧
喷射弧产生在高电压、大电流状态，在焊丝末端，熔滴覆盖整个焊丝端部，电流箍缩效应显著，可以实现无飞溅焊接。图9-15示意了喷射弧的示意。
图9-15 喷射弧示意图
1: 焊丝 2: 熔滴 3: 电弧
四、脉冲弧
脉冲弧是由一种周期性变化的电流组成，脉冲参数的控制主要由电源控制器提供，脉冲参数包括基值电流、基值时间、脉冲电流、脉冲时间、频率、送丝速度、峰值电压、基值电压等，在脉冲电流峰值阶段，熔滴由于箍缩效应而与焊丝分离，其结果是细的焊接熔滴过渡到金属熔池中。在基值电流（电压）和峰值时间固定的情况下，可以通过改变脉冲频率来调整送丝速度和弧长，达到设置功率的目的，脉冲弧跨越全部的能量区间，均可以实现无飞溅焊接，适合各种焊接位置。铝合金MIG焊接主要是采用脉冲电弧技术。研究表明，设置较低
的基值电流，电压要相应高，保持稳定燃烧，脉冲电流要保持低电压，获得较强的穿透力，如图9-16所示。
图9-16 脉冲弧的熔滴过渡
脉冲弧优点：能焊接厚度小的材料(0.8 mm)
能使用较大直径的焊丝
良好位置的焊接性
较低热量耗费
轻度变形
气孔发生概率低
第四节铝合金焊接的开始、结束、焊接过程
一、铝合金焊接起弧和收弧
铝合金的导热性非常好，在开始起弧时，电弧的热量瞬间被导走，造成起弧处不熔合，为了抵消这一现象，使用焊接起弧程序，在起弧的初始阶段，用大于焊接能量的150%起弧，保证在起弧阶段具有足够的功率损失补偿。在收弧阶段，采用一个衰减的焊接程序，避免能量突然撤离带来的弧坑裂纹问题。图9-17示意了这一工艺过程。
图9-17 铝合金焊接程序功能图
起弧和收弧的设置，取决于材料的厚度，要经过试验来验证，如果焊接电源不能够提
供这样的功能，那么必须使用引弧板和收弧板。
二、引弧问题
在引弧阶段时，会出现短路的现象。通过常规引弧，电流在短路期间上升差不多900 A。由于这么高的电流，会通过“爆炸”的方式切断短路现象，从而引起焊接飞溅。此问题能通过无飞溅引弧来防止。引弧通常有常规引弧方式和无飞溅引弧方式：
1. 常规引弧
优点：
不需推挽式驱动
当引弧功能良好时，允许较短的启动时间
缺点：
没有重复引弧
飞溅喷出
焊丝直径越大，电弧起动电流越高。
较高的电弧起动电流施加在导电嘴上会减少寿命
2. 无飞溅引弧
优点：
无飞溅引弧能使电弧通过无飞溅来引弧。在焊接开始时，焊丝在接触工件表面前送丝速度较慢，只要送丝一触到工件，焊丝马上就停止，接着激活焊接电弧和收缩焊丝，一旦到达准确的电弧长度，将按特殊焊接工艺指定的送丝速度开始送丝。无飞溅引弧可实现无飞
溅引弧和100％可再生引弧。
3. 起弧比较
在高速摄影下,常规引弧和无飞溅引弧如图9-18和9-19所示。
图9-18 常规引弧图9-19 无飞溅引弧
三、铝合金焊接过程
MIG焊接过程是通过移动焊枪来形成焊缝，焊枪应当以一定的速度沿焊缝移动。焊接时使用惰性气体对熔池进行保护，防止焊缝被氧化。在平焊位置上，焊枪指向其运动方向，与垂直方向呈5～20°的夹角，焊枪焊丝指向要偏向导热快的一侧。
当铝材的厚度大于8mm时，需要多道焊接，焊接打底焊非常重要，铝合金焊接大部分缺陷都出现在焊缝底部，打底焊需要快而焊角小，避免熔化金属盖住焊道根部而形成根部缺陷。
第五节MIG焊缝坡口设计
焊缝形状大体上是由材料厚度和焊接结构设计决定的。不同的厚度，坡口形状是不同的，铝合金焊缝坡口角度要大于钢材的坡口角度,这是因为铝合金焊接根部缺陷避免非常困难，稍大的坡口会改善焊缝根部焊接的条件，表9-1为坡口形状建议表：
表9-1：MIG 焊的坡口形状
90-10 0
50-90
0- 10 50-90
第六节 MIG手工焊接规范参考值
M IG焊规范取决于多种因素，相同的板厚，焊接规范也是不同的，与导热状态、环境温度等等有关，表9-2只是一个参考值，在具体结构上要重新试验修正。
表9-2 焊接规范建议表
轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究 摘要：轨道车辆车体采用铝合金进行焊接制造，在车体制造技术条件中要求极 为严格，铝合金熔点低、导热系数及热膨胀系数较大，在焊接过程中需要进行大 电流快速焊接的特点，加大了难度；通过在车体生产制造过程中不断探索、改进，逐步提高铝合金车体制造技术；减少焊接中出现的缺陷，从而提高焊接质量和工 作效率。 关键词：轨道车辆；铝合金车体；焊接工艺； 一般情况下，轨道车辆铝合金车体大部件采用挤压铝型材料焊接而成，由于 焊缝都是规则的、纵向的、平直的，所以能够自动焊接。不过铝合金的导热性较大，高出钢材的四倍，膨胀系数也刚出钢材的一倍，所以铝合金车体焊接时，有 很大的变形，且这种变形不好控制。 一、轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究 1.工艺要求。一是焊接方法的选择。铝合金的焊接方法有很多种，铝合金车 体焊共采用了熔化极惰性气体的保护焊（MIG）、钨极惰性气体的保护焊（TIG） 和电阻点焊三种焊接方法。二是焊接速度的选择。在焊接时候，对于厚板的焊缝，为了能够保证焊接的质量在焊接的过程中使焊缝充分的融合，并且使焊缝内的气 体充分的溢出，在进行焊接的过程中一般采用较慢的焊接速度和较大的电流进行 焊接，对于薄板焊缝，为了避免焊缝过热，在焊接的过程中一般采用较快的焊接 速度和较小的焊接电流，从而保证焊接的质量。 2.铝合金车体焊接工艺。根据铝合金焊接技术的经验总结及铝合金车体焊接 变形规律，对车体总组装焊接制定了焊接工艺流程：车体预组→焊前尺寸调整→ 焊前清理→自动焊接→焊后打磨。通过上述的焊接工艺流程可以看出，要控制铝 合金车体焊接质量及整体几何尺寸满足技术要求，减小车体的焊后调修量；必须 加强过程控制，通过在预组及焊前尺寸调整过程中对铝合金车体几何尺寸进行预 变形控制，减小车体焊接变形，提高焊接质量。一是车体焊接几何尺寸控制。铝 合金车体焊接过程中，由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴（通过重心的轴） 不重合或不对称，导致了车体焊接完成后侧墙发生弯曲变形。这种变形在车体焊 接中主要表现在车体焊接后侧墙直线度、宽度、高度及对角线发生变化，不能满 足技术要求；通过实践从焊接顺序、预变形控制等方面制定了相应的工艺措施， 主要措施如下：（1）在车体焊接顺序方面，为尽量减小焊接不对称引起的变形，焊接方向一致从一端向另一端焊接；焊接时要对称焊接，一二位侧同时焊接。（2）在预变形控制方面主要是在焊接前通过专用工艺装备及测量设备测量出车 体侧墙直线度、车体宽度、高度及断面对角线，根据记录数据分析，通过手拉葫芦、工艺顶杆等工具对车体进行预制变形。二是焊前变形控制。概括起来，焊前 变形控制方法分为三种：（1）预拉伸法，其有加热拉伸和机械拉伸两种途径；（2）预变形法或者反变形法；（3）刚性固定组装法，采用夹具或刚性胎具等。 通常情况下，大部件均采用整体反变形技术、压铁反变形技术、大刚度卡具防变 形技术等。研究发现，通过数值模拟计算和预拉伸焊接试验的方法，能够有效控 制铝合金焊接板纵向残余应力，此外平面变形以及纵向挠娶的程度也大幅度降低。在铝合金车体生产的过程当中，在横向上压惊铝合金防止其横向变形。但是仅通 过这种措施是远远不够的在刚性固定工装完全松开之后，变形一定会反弹，如果 这个时候再次实施焊接，反变形量还会加大，所以也需要实施预留反变形措施。 简单来说，当焊完一侧准备焊另一侧之前，要预留一定的反变形量。所以，控制
第九章铝及铝合金MIG焊设备和工艺 第一节 MIG焊接工艺的定义 MIG焊接是目前发展速度最快的一种弧焊工艺，起源于美国，1948年被首次应用于工业领域。MIG焊通常被定义为丝状电极的金属极电弧焊，在焊接过程中，惰性气体覆盖住焊接区域，避免熔化金属的氧化。焊接电弧的起弧过程为焊丝接触导电嘴获得电压，和设备地线构成焊接回流，使电弧能够在焊丝端部和工件之间燃烧，焊接保护气体通过喷嘴流出，覆盖住焊接区域，形成焊接冶金过程，原理如图9-1所示。 图9-1 MIG焊理论定义 第二节 MIG焊接设备 MIG焊接设备主要由焊接电源、控制器、送丝机、焊枪、封装套管、地线等构成，每部分作用如下： 一、焊接电源 焊接电源的作用是向焊接过程提供焊接能量，它将电网输入的3相、380V高电压、10A以下低电流转换为40V以下低电压和330A以下大电流。MIG焊接电源有三种，抽头式、可控硅式、逆变式。抽头式和可控硅式焊接电源属于低挡次焊接电源，只能做普通碳钢焊接使用。对于焊接铝合金结构，目前普遍使用逆变数字式焊接电源。其可实现焊接输出电流波形任意可调，能精确控制熔滴的过渡，实现平稳焊接。 逆变数字焊机的工作原理不同于常规焊接电源，从电网来的电压首先被整流成直流电，
然后，为了电源转换的需要，通过开关的开通、关断将电流切成窄窄的一段段，这种方法叫时钟控制，也叫斩波。这种快速的开、关控制，是由晶体管的快速电子开关实现的。世界上第一台晶体管逆变器的时钟频率大约在25千赫兹左右，随着今天晶体管的高速发展，100千赫兹以上的开关频率都已经成为现实，可以更加精确地把直流斩成各种方式的方波交流。同时在变压器次级输出交流方波，再进行二次整流，输出焊接电压。在此电流转换过程中，变压器大小，取决于电流变换的频率，频率越高，变压器体积可以做到更小，从而实现轻便电源。 对于数字电源，采用的很多电子元件如整流器、电抗器、电容都是由控制器电子触发的，因此对于数字焊接电源，控制器和功率单元一样重要，电流由斩波器控制，改变电流输入、输出时间的比率，就能改变输出电流。改变电抗器的频率，也能调整电流的大小。为了产生脉冲电流，可以周期性地改变电流输入、输出时间的比率，实现输出脉冲电流的目的，逆变数字焊机的主电路如图9-2所示。 图9-2 逆变MIG焊接设备主电路图 在图9-2 中，交流输入电压经380V经三相整流桥整流变为直流电压，整流后的直流电压经滤波电容进行滤波，直流电压经逆变器（IGBT、主变MTr）变成高频交流电压，次极整流二极管将逆变器输出的交流电压变为直流电压，直流电抗器对次极整流后的直流电压进行平滑滤波，焊机（+、—）输出平滑的直流电压（或直流脉冲电压）。 二、送丝单元 送丝单元保证焊接过程中，焊丝送进的速度和焊丝的熔化速度相匹配。焊丝从送丝机单元的焊丝导入嘴进入，经送丝轮向前导送焊丝，再经过送丝轮前面的导向嘴，以固定的方向将焊丝送入焊枪软管。送丝轮由一个旋转速度可无极调节的直流马达驱动，如图9-3所示。现代焊接允许控制焊接过程，送丝速度由速度计测量并且根据负载进行控制。MIG 焊标准送
第六章铝及铝合金加热处理工艺 第一节焊前预热 由于铝合金的导热率高，当环境温度较低或材料厚度较大时，为保证焊接质量，一般焊接之前要对焊接区域进行预热，常用的预热方法采用火焰加热。通常预热到90℃即足以保证开始焊接处有足够的熔深，因而不必要在起弧后重新调节电流。一般铝合金预热温度很少超过150℃，因为在较高温度下某些铝合金的性能和热处理状态会受到不利的影响。含4.0%-5.5%镁的铝镁合金（5083、5086和5756）的预热温度一般不应超过90℃，否则会降低其抗应力腐蚀开裂的性能。对于可热处理的合金，预热温度高会扩大软化区范围。 使用AlZnMg合金，预热要尽快横跨200 °C –300 °C的危险温度范围！在此区间预热时间越长，强度损失越大。温度保持时间太长会导致粗晶结构，造成晶间腐蚀抗力下降，因此不要输入太多的热量。晶界对金属晶间滑移起自然阻碍作用，如果金属变的很热，那么结晶粒度就会变大，晶粒间的表面变小，滑面移动障碍物缺乏，金属就会失去它的强度。预热时间和预热温度对强度影响如下： 一、预热时间 预热对不同的铝合金影响有很大的差异，对时效硬化铝合金，预热过大会使强度明显下降，有些铝合金强度下降后，自恢复能力很强，如AlZnMg合金在加热强度损失后，能够在30天左右很快恢复到基体强度，但有些铝合金，强度下降后不可恢复。预热时间对铝合金强度的影响也很大，预热时间越长，越容易造成下降的强度不可恢复，因此，生产中，要严格控制预热时间，一般采用快速加热的热源来避免预热时间过长，在加热温度不变的前提下，预热时间对AlZnMg合金强度影响如下： 预热2 min，再冷却到室温的强度值为350 MPa 预热6 min，再冷却到室温的强度值为320 MPa 预热10 min，再冷却到室温的强度值为280 MPa 二、预热温度 对于AlZnMg合金，当材料加热到150 °C时，材料强度变为室温强度的80%，当加热到200°C时，材料强度是室温强度的60% ，当加热到400 °C时，材料强度只为室温强度的10%。因此，不能过分预热金属。材料加热温度的控制主要采用测温笔和点式温度测量计，测温笔
铝及铝合金焊接工艺的现状和发展趋势参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
铝及铝合金焊接工艺的现状和发展趋势 参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 对铝及铝合金焊接特点进行分析，比较了TIG、MIG、 PAW不同焊接方法焊接铝及其合金时的优缺点。通过搅拌 摩擦焊及变极性焊接两种焊接工艺的介绍，结合本企业产 品，对两种焊接方法的应用进行了展望。随着科学技术的 发展，低密度、高强度金属材料越来越多地得到应用，铝 合金以其低温特性、质量轻、强度高的优点，已经被广泛 应用在航空航天、机车和民用工业中，成为一种重要的加 工材料。在铝合金的加工过程中，铝合金的焊接是其中一 个重要的加工环节。铝合金导热快在空气中容易被氧化， 其表面形成一层致密、难熔、体积质量大的氧化膜，阻碍 基体金属的熔合。所以对于铝合金焊接必须可靠清理其表
面致密氧化膜，才能保证正常的焊接。 目前铝合金的焊接方法有交流TIG、直流氩弧TIG、熔化极气体保护焊MIG、穿孔变极性等离子焊接、真空电子束和激光以及搅拌摩擦焊等，但应用较多的仍然是交流TIG 和MIG两种方法，其余的不是工艺或设备不成熟，就是设备价格昂贵、应用场合受限制等因素而没有得到广泛应用。在此通过对铝及其合金焊接特点及常用焊接方法的分析，对目前比较先进的铝合金焊接技术一搅拌摩擦焊和变极性焊接进行简要介绍。 铝及其合金的焊接特点 1.1.采用热量集中的焊接特点 从物理性能上看，铝及其合金具有导热性强而热量大，线膨胀系数大，熔点低和高温强度小等特点。焊接时，首先必须采用能量集中的热源，以保证熔合良好；其次，要采用垫板和夹具，以保证装配质量和防止焊接变
上海明珠二号线地铁铝合金车体焊接工艺(图) 乔红云 (中国南车集团株洲电力机车厂,湖南株洲412001) 摘要:从生产环境、焊前准备、规范参数等方面介绍了上海明珠二线地铁铝合金车体焊接的工艺特点,指出了铝合金车体焊接要注意的一些问题。 关键词:铝合金;焊接工艺;车体 中图分类号:TG457. 14 ,U270. 32 文献标识码:B 上海明珠二号线地铁车体在焊接作业过程中出现了一些焊接质量方面的问题,在研究和解决这些问题的过程中,发现了铝合金车体焊接作业的一些特点。针对这些特点采取了相应的改进措施。 1 铝合金车体焊接概述 上海明珠二线地铁车体全部采用铝合金材料,实现了地铁车辆强度和轻量化的结合。车体焊接采用的主要焊接工艺为手工MIG焊和自动MIG焊,其母材、焊丝、保护气体、焊接设备见表1。母材和焊丝的主要化学成分见表2。 表1 铝合金车体MIG焊焊接材料 表2 母材和焊丝的主要化学成分% 不同牌号母材及其化学成分焊丝化学成分
2 生产储存环境和辅助材料使用的要求 2. 1 生产储存温度湿度的要求 铝合金的生产和储存环境必须防尘、防水、干燥。环境温度通常控制在5 ℃以上, 湿度控制在70 % 以下。 应尽量保证焊接环境的湿度不能太高,湿度过高会使焊缝中气孔的产生几率明显增加,从而影响焊接质量。空气的剧烈流动会引起气体保护不充分,从而产生焊接气孔,可设置挡风板以避免室内穿堂风的影响。 2. 2 焊丝及送气软管的使用要求 对焊材的使用应该注意:铝焊丝要与钢焊材分开储存,使用期不超过1a 。焊接完成后,要在焊机中取出焊丝进行密封处理,防止污染。不同材质的送气软管抵抗湿气进入的能力不同,尤其在送气压力高时,送气软管的影响更明显。送气软管最好使用特富龙软管(Teflon) 。 2. 3 工装的选用 铝合金焊接最好选用点接触形式的工装,以减小工装与工件的接触面积。如果工装对工件是面接触,就会很快带走工件的热量,加速了熔池的凝固,不利于焊缝气孔的排除。工装液压系统的压力最好控制在9～9. 5 MPa 。 压力过小达不到预设反变形的目的,但是压力过大,又会使铝合金结构的拘束度增大。由于铝合金的线胀系数大,高温塑性差,焊接时易产生较大的热应力,可能会使铝合金结构产生裂纹。 3 焊丝及保护气体的选用 3. 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。 3. 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。
铝合金车体焊接技术特点及焊接注意事项（1）铝合金与氧的亲和力很强 在空气中极易与氧结合生成致密而结实的氧化铝薄膜，厚度约为0.1μm，熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度很大，约为铝的1.4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝形成气孔。这些缺陷，都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量，焊前必/须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再次氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有/效地防护，这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。具体的保护措施是：焊前使用机械打磨或化学方法D40清/除工件坡口及周围部分的氧化物；焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护（例如百/分之99.99Ar）。 (2)铝合金的导热率和比热大 铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到集体金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必/须采用能量集中、功率大的热源，8mm及以上厚板需采用预热等工艺措施，才能够实现熔焊过程。 （3）铝合金车体的线膨胀系数大 铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达百/分之6.5～6.6，因此易产生焊接变形。防止变形的有/效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外，采用适宜的焊接工装也是非常重要的，焊接薄板时尤其如此。另外，某些铝及铝合金焊接时，在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹，这是铝合金，尤其是高强度铝合金焊接时z常见的严重缺陷之一。在实际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计，选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序，采用适应母材特点的焊接填充材料等。 （4）铝合金部件焊接时容易形成气孔
铝合金焊接工艺规范 技术部 编制 审核 批准 ××工业有限公司 2012.6.26
前言 本规范根据××工业有限公司，定制与实施设计规范、工艺规范、试验规范的要求，按《企业标准编写的一般规定》，为明确铝合金焊接的工艺要求而制定。 本规范是公司在铝合金焊接中的经验总结，对于生产起指导作用。 本规范编制部门：技术部 本规范制定日期：2012－6－26。
一、目的 为规范焊工操作，保证焊接质量，不断提高焊工的实际操作技术水平,特编制本规范。 二、编制依据 1. GB/T 985.3 《铝及铝合金气体保护焊推荐坡口》 2. GB/T10858-2008《铝及铝合金焊丝》 3. GB/T24598-2009《铝及铝合金熔化焊焊工技能评定》 4. GBT3199-2007 《铝及铝合金加工产品贮存及包装》 5. GBT22087-2008《铝及铝合金弧焊接头缺欠质量》 6.有关产品设计图纸 三、焊前准备 3.1 焊接材料 铝板 3A21(原LF21)及铝合金型材。 焊丝：S311铝硅焊丝 ER4043 直径φ2，φ3，焊丝应有制造长的质量合格证，领取和发放由管理员统一管理。铝硅焊丝抗裂性好，通用性大。 3.2 氩气 氩气瓶上应贴有出厂合格标签，其纯度≥99.99%，所用流量8-16升/分钟，气瓶中 的氩 气不能用尽，瓶内余压不得低于0.5MPa ，以保证充氩纯度。氩气应符合 GB/T4842-1995。 3.3 焊接工具 ①采用交流电焊机，本厂用WSME-315(J19)。 ②选用的氩气减压流量计应开闭自如，没有漏气现象。切记不可先开流量计、后开气 瓶，造成高压气流直冲低压，损坏流量计；关时先关流量计而后关氩气瓶。 ③输送氩气的胶皮管，不得与输送其它气体的胶皮管互相串用，可用新的氧气胶皮管
铝合金车体氩弧焊焊接工艺 0 前言 铝合金车体具有重量轻、耐腐蚀、外观平整度好和易于制造复杂美观曲面车体的优点,因而受到世界各城市交通公司和铁道运输部门的欢迎,在世界范围内,生产制造铝合金车体是铁路运输事业和城市轨道车辆发展的必然趋势。 1 铝合金的焊接特点 铝合金材料具有活性强、热导率和比热容大（均约为碳素钢和低合金钢的两倍多）、线膨胀系数大、收缩率高等特点，决定了铝合金焊接有其自身的特点。 1）极易氧化。 铝与氧的亲和力极大，常温下极易氧化，在母材表面生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、组织致密、非常稳定。焊接时该氧化膜阻碍母材的熔化和熔合，易出现未焊透、未融合缺陷；氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣缺欠；表面氧化膜（特别是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可吸附大量的水分而成为焊缝气孔形成的重要原因。 2）热导率和比热容大，导热快 尽管铝合金的熔点远比钢低，但是在焊接过程中，大量的热量被迅速传导到基体金属内部，消耗于熔化金属熔池外，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、功率大的热源，有时也可采用预热
等工艺措施。 3）线膨胀系数大，收缩率高 铝合金的线膨胀系数约为钢的两倍，凝固时体积收缩率达6.5%--6.6%，焊接时焊件的变形和应力较大，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、选择合理的工艺参数和焊接顺序、适宜的焊接工装等措施防止热裂纹的产生。 4）氢的溶解度存在突变 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，极易形成氢气孔。氢是铝合金焊接时产生气孔的主要原因。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。 5) 光、热的反射能力较强 铝合金对光、热的放射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断较难。 6）合金元素蒸发和烧损 某些铝合金含有低沸点的合金元素（如Mg、Zn等），这些元素在高温下容易蒸发烧损，从而改变焊缝金属的化学成分，降低焊接接头的性能。 2 铝合金的焊接方法 铝及铝合金具有较好的冷热加工性能和焊接性，几乎各种焊
第七章铝及铝合金常见焊接缺陷、原因分析和控制规则 焊接缺陷在焊接施工过程中，做到完全避免是不可能的，缺陷来自工艺缺陷和设计缺陷两部分，工艺缺陷需要在生产过程中，进行严格的质量控制、装备和人员配置要合理化、试验和培训要按着规程去执行，如气孔、咬边、起楞、裂纹、未焊透等均定义为工艺缺陷。设计缺陷是指结构产生的缺陷，如焊缝过密、交叉过多、焊缝板厚差过大、材料匹配不良等导致的裂纹属于设计缺陷。工艺缺陷可以通过优化施工条件和增加工艺装备解决，设计缺陷可以通过优化结构来完成，对于结构特殊的要求和限制，可能会有一些焊缝很难焊好，如需要盲焊等操作，在这种条件下，需要进行大量的模拟培训，实现合格的焊接质量。工艺和设计导致的缺陷种类繁多，以下是一些重点缺陷的定义和产生原因分析。 第一节气孔 气孔是铝合金焊接过程中最容易出现的焊接缺陷，无论工艺措施多么严格到位，要想完全做到克服气孔是很难得，气孔从位置上可区分为表面气孔和内部气孔，从性质上可区分为密集气孔和离散气孔，气孔产生的原因有外部原因和内在原因，外在原因主要是操作、环境方面的因素，内在原因主要是材料、位置方面本身造成的结果。 一、外在原因导致的气孔 1 环境湿度导致的气孔 铝合金表面的氧化膜有很强的吸水性，当环境湿度很大时，侵入铝合金表层的水很大，当电弧产生时，水分子会电离出氢，氢在熔池中来不及溢出而产生气孔，因此，铝合金焊接现场的湿度控制是非常必要的措施。 2 焊接保护不当造成的气孔 当焊接保护气体流量过大、过小，均会造成气孔缺陷，这部分气孔主要是氮气孔或氧气孔，焊接过程中，外界风的干扰会使保护气流紊乱而产生气孔，焊接过程中，要加强防风措施。 3 油污、灰尘、赃物导致的气孔 当工件表面有油污和有机赃物时，焊接过程会融入焊接熔池，有机碳水化合物分解会导
汽车车身铝合金自冲铆接分析 摘要：本文主要针对汽车车身处铝合金的自冲铆接进行综述分析，望能够为相 关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。 关键词：汽车；车身；铝合金；自冲铆接 前言： 随着现代的汽车技术的不断发展，轻质化已经是对汽车要求的技术重要指标。一些轻质材料也在生产中得到了广泛的应用，例如铝合金、镁合金、碳纤维等轻 型材料等。相应的对车身的连接技术也提出了越来越高的要求，一些的传统的铆 接工艺已经无法完全满足现在的生产要求。自冲铆接是一种冷成型的连接方法， 可以将多种材料进行连接，这种技术将来将会在汽车车身的制造中得到广泛的应用。 1.铝合金应用及连接现状 选用轻质材料已经是汽车轻量化的首要条件，人们普遍认为铝合金是现代汽 车车身的首选材料，铝的质量比较轻，比重只有钢的三分之一，并且基本上可以 做的全部回收，循环利用，是最佳的环保材料。而铝合金在强度上也基本能达到 车用钢材的效果，降低了成本。铝合金根据添加的元素、类别、加工的特点，汽 车车身所使用的铝合金可以分为铸造铝合金和变形铝合金两大类别。其中，铸造 铝合金就是通过冶炼及铸造成有一点形状的产品。这种技术是使用最广泛的，一 般应用于汽车的发动机、传动机构、制动器以及各种零部件上。而变形铝合金是 将合金熔炼铸造成铸锭，在通过加工变形成各种形状不一的板材、型材、管材的 铝合金产品。变形铝合金在汽车领域中主要应用于车门、车身板、热交换器等方面。 铝合金材料的轻量化虽然满足了车身的要求，但是由于铝合金自身的特点， 給连接工艺上带来了很大的难度。由于铝在和氧气接触后会在铝的表面上形成一 层薄薄的氧化膜，这种氧化膜是没有导电性的，要想进行焊接就需要把这层氧化 膜去掉，否则就会直接影响焊接的质量。同时，铝合金和钢进行比较具有更高的 热导率、比热率及电导率，在焊接的过程中会向母材中流失，所以要提前对铝合 金进行预热。在焊接时还要使用高度集中的热源，一般要比焊接钢材料的焊接电 流大四倍左右，而传统的二氧化碳焊接多采用工频焊机，焊接后容易出现假焊及 虚焊等现象。所以说传统的连接工艺无法满足铝合金的连接要求。 2.自冲铆接的工艺 自冲铆接工艺起源于上世纪五十年代，许多研究机构和人员对这项技术进行 了大量的实验及理论研究，自冲铆接该项技术也越发的成熟了，这项技术被用于 轻型合金车身的装配连接上很快被一些欧美汽车企业所应用。例如奥迪A2的车 身装配上就采用了大量的铆钉进行自冲铆接；还有沃尔沃汽车公司就成立了自己 的自冲铆接汽车生产线，并且在重型卡车上实现了应用，降低了车身重量的百分 之三十。 自冲铆接其实是一种快速的把多层板进行连接的冷成型工艺，它是将铆钉穿 透多层板，在一定的模具作用下，铆钉的根部向下层板周围扩展，形成机械性的 互锁结构。自冲铆接工艺流程具体如下： 2.1 压紧
浅谈高速动车组铝合金车体焊接工艺控制 摘要：铝合金材料具有良好的物理特性和力学性能，其焊接接头的力学性能、抗裂性及抗应力腐蚀性能，适用于制造轻轨车辆，在轨道车辆部件中的有着广泛的应用。本文简要介绍高速动车组铝合金车体焊接工艺，总结出了一些解决现场问题的方法和思路，以更好的应用于指导生产、提高质量和效率。 关键词：铝合金车体焊接工艺控制 一、前言 高强铝合金具有很高的室温强度及良好的高温和超低温性能，广泛应用于航空、航天及铁路运载工具的结构材料，如：高速动车组铝合金车体等。高速动车组铝合金车体代表着当今世界先进的铝合金焊接技术，从产品设计、工艺规划到生产制造，各环节都是高标准、严要求。因车体结构复杂、尺寸长，焊缝种类多，对操作者技能要求高，这给生产者带来了新的挑战。借鉴铝合金焊接生产的实际经验，通过在各种型号车体生产中逐步摸索、不断突破各个瓶颈难点，总结出一些新的经验方法，阐明了铝合金车体生产的工艺控制措施，逐步提高了生产质量和效率，满足了公司发展的需要。 二、铝合金焊接的特点 1）铝及其合金导热性好、热容量和线胀系数大、熔点低、高温强度低，焊接困难； 2）焊接时无颜色变化，难以确定焊接的坡口是否熔化，易焊穿、有裂纹，焊接操作难； 3）Mg、Zn、Mn易蒸发，影响接头性能。 4）焊接热源必须集中，以保证熔合良好； 5）要采用垫板和夹具，以保证装配质量，防止变形； 6）焊接之前严格清理焊丝和母材表面的氧化膜； 7）铝合金车体具有重量轻、节省能耗等优点，但是由于其尺寸大，焊缝长而且多，密集程度高，焊接变形较大，所以优良的焊接工艺决定了车体的整体质量。 三、铝合金车体焊接工艺 现结合我公司铝合金车体焊接工艺的经验，对铝合金MIG焊接方法的基本
第二章铝合金车体的设计工艺性技术 第一节铝型材设计技术 铝合金车体完全不同于碳钢车体的制造，初期国内生产的铝合金车体，只是模仿国外的结构和工艺，但在具体的生产过程中，逐渐意识到铝合金车体制造是一个综合的复杂技术，单纯追求设计技术、工艺技术、质量控制技术都不能获得很好的效果，因此，研究铝合金车体综合技术是制造铝合金车体的关键。铝合金车体的设计技术，一般要求三方面的技术人员均需要掌握，设计人员灵活应用，可提高设计质量，工艺人员掌握该技术可以做好图纸工艺性审查工作，质量人员据此可以在最后环节堵住质量缺陷，因此，铝合金车体设计技术可供设计、工艺、质量等技术人员参考。本处设计技术重点关注的是可以大幅提高生产效率、保证质量的设计技术，其它车体设计技术如计算机辅助设计技术、有限元强度分析技术、强度试验技术等不在此介绍，需要在其它专业理论中学习。 铝合金车体结构主要由铝型材构成，型材断面的设计直接决定了焊接工作量、焊接质量、制造难度和焊接效率。在铝合金车体结构型材设计中，应遵循如下原则： 一、在型材设计中，预留组对、加工基准线，方便后道工序加工 在型材设计中，预先将部件定位基准直接设计到型材上，如在地板中间型材上设计地板中心线、在侧墙型材上设计座椅安装线，节省了画线时间，同时统一了制造过程的基准线，效率高，质量容易保证。图2-1为在型材上设计的基准线，该基准线提供了组对基准和安装基准，无论车体工序进行到何工序，该基准线都会存在于结构中，供所有工序做画线参考。这种技术在西门子车体结构设计中广泛使用，易于保证车体制造质量。 图2-1 利用型材基准线加工座椅孔 二、结构设计中，要尽量采用宽的型材横截面，减少型材焊接工作量
铝合金车体焊接裂纹及其预防 发表时间：2018-05-28T16:24:30.973Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第35期作者：周武生王立国任海涛艾启文 [导读] 本文对铝合金车体焊接裂纹的产生过程和机理进行了分析，并从冶金、工艺角度提出了积极的预防意见。 中国中车长春轨道客车股份有限公司吉林省长春市 130000 摘要：本文对铝合金车体焊接裂纹的产生过程和机理进行了分析，并从冶金、工艺角度提出了积极的预防意见。 关键词：铝合金；焊接；裂纹；机理；预防 引言 近年来，铝合金材料在车辆、船舶、航空、化工、机械等领域得到了广泛应用。随着我国铁路运输的快速发展特别是高速列车的兴起，铝合金以其独特的轻量化、高强度、耐腐蚀等优势和焊接技术的不断完善，在铁路列车制造行业中一枝独秀，受到铁路运输部门及用户的青睐。 尽管如此，铝合金车体在焊接过程中同时也存在诸多问题，如裂纹、气孔、接头等强性、易氧化等，但最主要的还是裂纹问题，它的危害性最大，裂纹不只是因为它的危害性大，还因为它有时极具隐蔽性，不易被发现，比如微观裂纹和内部裂纹。因此，裂纹是一种让企业很头疼的焊接缺陷。 裂纹如此猖狂，企业是否束手无策呢？答案当然不是，在工艺方法得当的情况下，裂纹是可以得到有效预防的。 1 铝合金焊接裂纹分类 铝合金焊接裂纹通常为热裂纹，其形成原因：在凝固过程中高温金属的性能、形态和收缩应变随温度的降低而改变，金属在凝固过程中收缩受到周围金属的阻碍，在晶界受到拉伸应力的作用导致晶间不连续。热裂纹类型有两大类：结晶裂纹，液化裂纹。结晶裂纹包含焊缝区纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、显微裂纹和焊根裂纹，液化裂纹包括热影响区的焊趾裂纹、层状撕裂和熔合线附近的显微裂纹。 2 铝合金焊接裂纹产生的过程及机理 铝合金焊接时焊接熔池的结晶分为3个阶段。 第一个阶段是液固阶段，焊接熔池从高温冷却开始结晶时，只有很少数量的晶核存在。随着温度的降低和冷却时间的延长，晶核逐渐长大，并且出现新的晶核，但是在这个过程中液相始终占有较多的数量，相邻晶粒之间不发生接触，对还未凝固的液态铝合金的自由流动不形成阻碍。在这种情况下，即使有拉伸应力存在，但被拉开的缝隙能及时地被流动着的铝合金液态金属所填满，因此在液固阶段产生裂纹的可能性很小。 第二阶段是固液阶段，在焊接熔池结晶继续进行时，熔池中固相不断增多，同时先前结晶的晶核不断长大，当温度降低到某一数值时，已经凝固的铝合金金属晶体相互彼此发生接触，并且不断倾轧在一起，这时候液态铝合金的流动受到阻碍，也就是说熔池结晶进入了固液阶段。在这种情况下，由于液态铝合金金属较少，晶体本身的变形可以强烈发展，晶体间残存的液相则不容易流动，在拉伸应力作用下产生的微小缝隙都无法填充，只要稍有拉伸应力的存在就有产生裂纹的可能性。因此，这个阶段叫做“脆性温度区”。 第三阶段是完全凝固阶段，熔池金属完全凝固之后所形成的焊缝，受到拉应力时，就会表现出较好的强度和塑性，在这一阶段产生裂纹的可能性相对来说较小。因此，当温度高于或者低于脆性温度区时，焊缝金属都有较大的抵抗结晶裂纹的能力，具有较小的裂纹倾向。在一般情况下，杂质较少的金属（包括母材和焊接材料），由于脆性温度区间较窄，拉应力在这个区间作用的时间比较短，使得焊缝的总应变量比较小，因此焊接时产生的裂纹倾向较小。如果焊缝中杂质比较多，则脆性温度区间范围比较宽，拉伸应力在这个区间的作用时间比较长，产生裂纹的倾向较大。 3 铝合金焊接裂纹的预防 根据普洛霍洛夫理论，结晶裂纹的产生与否主要取决于以下3方面：脆性温度区间的大小；在此温度区间内合金所具有的延性以及在脆性温度区间金属的变形率大小。 通常人们将脆性温度区间的大小及在此温度区间内具有的延性值称为产生焊接热裂纹的冶金因素，而把脆性温度区内金属的变形率大小称为力学因素。 在焊接过程中，冶金因素和力学因素的综合作用将归结为两个方面，即是强化金属联系还是弱化金属联系。如果在冷却时，焊接接头金属中正在建立强度联系，在一定刚性拘束条件下能够顺从地应变，焊缝与近缝区金属能够承受外加拘束应力与内在残余应力的作用时，裂纹就不容易产生，焊接接头的金属裂纹敏感性低，反之，当承受不住应力作用时，金属中强度联系容易中断，就会产生裂纹。在这种情况下，焊接接头金属的裂纹敏感性较高。焊接接头金属从结晶凝固的温度开始，以一定的速度冷却到室温，其裂纹敏感性决定于变形能力和外加应变的对比以及变形抗力与外加应力的对比。然而在冷却过程中，在不同的温度阶段，由于晶间强度与晶粒强度增长的情况不同、变形在晶粒间和晶粒内部的情况分布不同、由应变所诱导的扩散行为不同、应力集中的条件以及导致金属脆化的因素不同，焊接接头具体的薄弱环节以及它弱化的因素和程度也是不同的。 根据铝合金焊接时产生热裂纹的机理，可以从冶金因素和工艺因素两个方面进行改进，降低铝合金焊接热裂纹产生的机率。 在冶金因素方面，为了防止焊接时产生晶间热裂纹，主要通过调整焊缝合金系统或向填充金属中添加变质剂。调整焊缝合金系统的着眼点，从抗裂角度考虑，在于控制适量的易熔共晶并缩小结晶温度区间。由于铝合金属于典型的共晶型合金，最大裂纹倾向正好同合金的“最大”凝固温度区间相对应，少量易熔共晶的存在总是增大凝固裂纹倾向，所以，一般都是使主要合金元素含量超过裂纹倾向最大时的合金组元，以便能产生“愈合”作用。而作为变质剂向填充金属中加入Ti、Zr、V 和 B 等微量元素，通过细化晶粒来改善塑性、韧性，并达到防止焊接热裂纹的目的。这种细小的难熔质点，可成为液体金属凝固时的非自发凝固的晶核，从而可以产生细化晶粒作用。 在工艺因素上，为了减小铝合金裂纹发生几率，可以从以下几方面进行控制： （1）合理搭配焊接参数，控制焊接线能量：控制好了焊接线能量，金属不会发生过热问题，其高温韧性能够得到很好的改善。但是为了保证熔合良好，焊接线能量也不能过低。