铝合金焊接工艺技术及安全注意

铝合金焊接工艺技术及安全注意铝合金凭借轻质、高强、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空航天、轨道交通、船舶制造及建筑装饰等领域。焊接作为铝合金构件成型的核心工艺，其技术水平与安全管理直接影响产品质量与作业安全。本文结合实践经验，系统阐述铝合金焊接的关键工艺技术及安全注意事项，为相关从业者提供实用参考。一、铝合金焊接工艺技术（一）材料特性与工艺难点铝合金的焊接难点源于其独特的物理化学特性：导热率高：约为钢的3倍，焊接时热量快速扩散，易导致熔池温度不均，增加焊接变形与未熔合风险。线膨胀系数大：焊接后冷却收缩率高（约为钢的2倍），易产生残余应力，引发裂纹或构件变形。氧化膜影响：铝合金表面易形成致密的Al₂O₃氧化膜（熔点约2050℃，远高于铝合金基体），若未有效清理，会阻碍熔池融合，导致夹渣、未熔合等缺陷。氢脆敏感性：铝合金在高温下易吸附氢，冷却时氢析出形成气孔，降低焊缝致密性与强度。（二）常用焊接工艺方法1.钨极氩弧焊（TIG焊）适用于薄板（≤6mm）、精密构件焊接，通过钨极产生的电弧熔化母材，氩气保护熔池。工艺要点：采用交流TIG焊，利用“阴极清理”效应（负半周时工件为阴极，电子轰击氧化膜使其破碎），有效去除表面氧化膜。钨极选择铈钨（WC20），电流范围50~200A（薄板取小值），氩气流量8~15L/min，焊接速度控制在5~20cm/min，避免热输入过大。薄板焊接可不开坡口，留1~2mm间隙；厚板开V型坡口，钝边2~3mm，间隙2~4mm。2.熔化极氩弧焊（MIG焊）适合中厚板（≥3mm）、批量生产，以铝合金焊丝为电极，熔化后填充焊缝。工艺要点：焊丝选择与母材同系（如5xxx系母材用5xxx系焊丝），直径1.0~1.6mm，确保焊缝成分匹配。焊接电流150~350A，电压20~35V，送丝速度与电流匹配（如电流200A时，送丝速度约5m/min），保护气体用纯氩或氩氦混合（氦气可提高电弧穿透力）。平焊时采用左向焊法，控制熔池形状，避免塌陷；立焊时减小电流，采用短弧操作。3.搅拌摩擦焊（FSW）固相焊接技术，通过搅拌头高速旋转（1000~3000rpm）与工件摩擦生热，使材料塑性化后结合。工艺要点：搅拌头设计需匹配母材厚度（如φ10~20mm搅拌针，长度略小于板厚），焊接速度50~500mm/min，下压量0.1~0.5mm（保证搅拌头与工件充分接触）。适合大厚度（≤25mm）、长焊缝焊接，无弧光、无烟尘，但设备成本较高，需专用夹具固定工件。4.激光焊接利用高能激光束（功率500~5000W）熔化母材，适合精密、薄壁构件（≤3mm）。工艺要点：光斑直径0.1~0.5mm，焊接速度50~500mm/s，保护气体（氩气）流量5~10L/min，防止熔池氧化。对接间隙≤0.1mm，需严格控制装配精度，热输入小（变形量≤0.1%），但设备维护成本高。（三）工艺参数优化与缺陷预防1.热输入控制根据母材厚度与焊接方法调整热输入：薄板（≤3mm）用小电流（TIG焊50~100A）、快速度（15~20cm/min）；厚板（≥6mm）适当增大电流（MIG焊200~300A）、降低速度（5~10cm/min），但需避免热裂纹（可通过添加Ti、Zr细化晶粒，或采用分段退焊法减少应力）。2.坡口与装配薄板（≤3mm）：I型坡口，间隙1~2mm，错边量≤0.2mm。中厚板（3~10mm）：V型坡口，角度60°~70°，钝边2~3mm，间隙2~3mm。厚板（≥10mm）：U型坡口（减少填充量），角度50°~60°，钝边3~5mm，间隙3~5mm。3.缺陷预防气孔：母材/焊丝焊接前用丙酮除油、钢丝刷除锈，80~120℃烘干1~2h；保护气体纯度≥99.99%，焊接时保持电弧稳定。热裂纹：控制焊丝杂质（S、P≤0.03%），调整焊接顺序（对称焊接），降低热输入（如采用脉冲TIG焊）。未熔合：增大焊接电流（TIG焊增加10~20A）、降低速度，清理坡口氧化膜（用不锈钢丝刷或机械打磨）。二、焊接作业安全注意事项（一）作业环境安全1.通风排毒：焊接产生的臭氧、氮氧化物及铝烟尘（长期吸入可致铝尘肺）需通过机械通风排除，车间换气量≥3次/h，局部排烟罩风量≥150m³/h（TIG焊）或300m³/h（MIG焊）。2.防火防爆：焊接区域5m内清理可燃物（如木屑、油污），配备干粉灭火器；严禁在易燃易爆容器（如油罐、气瓶）附近焊接。3.防触电：焊机外壳接地（电阻≤4Ω），电缆绝缘层无破损，潮湿环境作业时穿绝缘鞋，避免直接接触工件与焊机。（二）个人防护1.眼部防护：使用遮光号10~12的焊接面罩（TIG焊）或8~10（MIG焊），防止紫外线、红外线损伤角膜（“电光性眼炎”）。2.皮肤防护：穿戴牛皮工作服、耐高温手套（防弧光灼伤），脚穿绝缘鞋，避免皮肤直接暴露（弧光可致皮肤老化、癌变）。3.呼吸防护：通风不良时佩戴防尘防毒面具（过滤效率≥95%），过滤铝烟尘与有害气体；长期作业者每年体检，监测肺功能与金属指标。（三）设备与材料安全1.焊机维护：每月清理焊机内部灰尘，检查电缆接头（扭矩≥25N·m）、气路密封性（肥皂水检测），确保电流、电压稳定。2.气瓶管理：氩气/氦气瓶直立固定，远离热源（距离≥5m），使用减压器（压力≤0.5MPa），搬运时轻装轻卸（禁止滚动、撞击）。3.材料存储：焊丝存放在干燥库房（湿度≤60%），密封保存；母材板材覆盖保护膜，防止