铝合金材料具有比强度高，密度低，耐海洋环境腐蚀等优良性能，属于造船行业的常用选材之一。 本文简单介绍造船行业中铝合金焊接的相关要点。
铝合金船体 来源https://www.alloy-boats.co.uk/aluminium-boats-superstructures/
1. 确认合金牌号
仅仅知道待焊材料是铝合金还不够。专业焊接人员应明确待焊铝合金的牌号，并据此选用适合的焊丝。5xxx(Al-Mg系，以板材为主) 和6xxx系(Al-Mg-Si系，以挤压材为主)是造船行业中最常用的变形铝合金，主要因为它们具有出色的耐腐蚀性，以及良好的可焊性。
多数铝合金都可以通过电弧焊焊接。几乎所有的1xxx系，3xxx系，4xxx系，5xxx系和6xxx系铝合金都可以使用MIG或TIG焊接。但2xxx系和7xxx系中的绝大多数合金都难以通过电弧焊连接。除2219和2519外，几乎所有的2xxx系合金在焊接时都存在极强的开裂倾向。与之类似，7xxx系合金中可以进行电弧焊的合金仅包括7003，7004，7005和7039。
按主合金元素划分变形铝合金系别 来源：https://myengineerings.com/aluminum-alloy-designations/
2024和7075合金的性能优良，应用十分广泛，尤其是在航空制造领域。但它们对电弧焊裂纹极度敏感，难以通过电弧焊实现连接，属于不可焊接型铝合金。对不可焊接型铝合金施焊或焊丝与母材不匹配时，极易导致焊缝开裂，或造成零件过早失效。
2. 焊前预热
与钢铁相比，铝合金的导热能力更强，焊接热输入通常会损失掉一部分。为了确保焊接接头达到要求的温度，可以对待焊位置进行焊前预热。此外，在环境温度和湿度较高时，焊前预热有利于去除水分，确保焊接质量。但应注意，过度预热会对母材性能造成不可逆影响。对于不可热处理强化型铝合金（如5083），随温度的升高，固溶在铝基体中的Mg元素会以第二相形式析出，并优先选择晶界等低能位置析出，造成材料敏化，即抗腐蚀性能下降。对于可热处理强化型铝合金（如6061-T6），时效温度通常在160-250°C 之间。 当预热温度达到或超过时效温度时，可能会造成强化相部分回溶，进而导致材料力学性能下降。在应用MIG和TIG焊焊接铝合金时，如果焊接环境和设备参数适合，焊前预热并不是必须的，应根据实际情况确定。
3. 铝材存放
将铝材存放在室内固然是不错的建议。但在造船行业中这并不现实，因为很多情况下焊接都要在室外进行。因此，施焊前难免要将铝材放在室外，但仍有一些可以借鉴的经验。
首先，尽量不以平面堆叠的方式存放铝板。这种方式容易引起板材间积水，增加材料腐蚀。条件允许时可以将铝板竖直放置，确保板间不会有积水。如果采用平面方式堆叠，则必须取出板材层间的包装和保护纸。纸张的吸水和储水作用会加剧板材的层间腐蚀。推荐在铝板层间放置一定厚度的木头或铝作为垫块，保证层间有一定的空气流动，同时也便于使用挂钩吊具。铝材的存放应以控制腐蚀（即铝材表面的氧化物）为重点。
铝板的包装与存放 来源：https://www.aluminumalloyplate.com/sale-10392956-professional-marine-grade-aluminum-plate-5a02-h112-alloy-3-2mm-thickness.html
4. 清洁！清洁！清洁！
焊前清洁主要涉及两个方面——母材清洁和环境清洁。
对于母材。首先，必须清除残留在铝材表面的所有碳氢化合物，包括加工过程中可能引入铝材表面的油，乳液，切削液等。任何残留在材料上的碳氢化合物都可能在电弧高温作用下分解并与铝材反应生成氢，从而导致气孔等缺陷，严重影响焊接质量。通常使用有机脱脂溶剂（如丙酮、甲苯、MEK 等）配合干净抹布擦拭材料表面去除。酒精的脱脂能力有限，清洁效果不如以上溶剂。另外，可以将铝材浸入弱碱性溶液中，然后冲洗并干燥。其次，焊前应去除铝材表面的厚氧化层。通常使用不锈钢钢刷打磨坡口及坡口附近的表面。如果铝材表面有深灰色氧化物，则需要使用砂磨盘或角磨机去除。
此外，焊接环境的清洁对铝合金焊接质量也有显著的影响。应尽量清除焊接区域的油污，铝屑，灰尘等杂质，并选择湿度较小的施焊环境。完成母材或零件清洁后，应尽快施焊，避免因油污，粉尘和水气等引发的铝材表面重复污染。如果母材或零件必须放置一段时间，可以使用牛皮纸包覆待焊区域，并用胶带粘贴。
保证铝合金表面的清洁对于焊接质量至关重要 来源：https://www.indiamart.com/proddetail/aluminum-plates-17233056973.html
5. 关于焊机和送丝机构
如果一台焊机同时也用于铝合金以外的材料，焊接人员应确保在焊前将焊接设备的参数调整为适于铝合金的参数。这一点对于MIG焊尤其重要。
铝合金焊机及送丝机构 来源：https://www.grainger.com/product/MILLER-ELECTRIC-MILLER-Piperworx-FieldPRO350-5GWP3
· 焊丝丝盘制动器设置不宜过紧。过紧时可能导致送丝不畅。只要在送丝停止后，焊丝不发生惯性滑动即可。
· 应尽量选用铝合金焊接专用的送丝辊。刻槽形状与尺寸应与焊丝直径相匹配，送丝辊直径选择和张力设置以不出现送丝打滑为准。张力过度可能导致焊丝变形。
· 应使用适合铝合金焊丝的入口和出口导向衬套与，其他材料焊丝混用可能会导致送死不畅。
6. 保护气体
铝合金对焊接保护气的纯度要求较高，纯度不达标时，焊缝两侧会出现黑色氧化物，影响焊缝美观。如果想增大熔深，提高焊接速度，可以在氩气中加入适量氦气。但氦气的比例不宜过大，否则会引起飞溅。当使用氩气作为单一保护气体时，MIG焊的气体流速设置一般不低于16L/min，TIG焊的气体流速设置一般不低于12L/min。当然，影响气体流速的因素很多，例如喷嘴直径，周围空气流速等，应根据实际情况加以调整。
稳定的焊接保护气流很容易受到环境气流的干扰，使焊接熔池暴露在空气中从而导致气孔、焊缝发黑等缺陷。在造船行业中，安装焊接帘或者建造密围栏是比较常见的避免外界气流干扰的措施。
铝合金的TIG焊 来源：https://www.thefabricator.com/thewelder/article/arcwelding/tig-welding-aluminum-what-you-need-to-know
7. 关于焊材储存
铝合金焊丝应存放在清洁、干燥的环境中，并保留其原厂包装。满足这些条件的情况下，焊丝可以保存数年。尽管空调环境对焊丝保存不是必须的，但空调有助于提供相对湿度较低的环境。
防止焊丝受潮的最简单办法是保护好原厂包装，并整包存放在封闭的金属柜中。推荐在其中安装一个60w照明灯泡。灯泡的热量会使金属柜内的温度高于外界环境，从而降低柜内的相对湿度。不允许将未用完的焊丝留在现场，而应将其放回原厂包装，并返回焊丝仓库。
铝合金焊丝 来源: https://www.indiamart.com/proddetail/saraweld-er-1100-aluminum-alloy-welding-wire-17443999412.html
值得注意的是，将焊丝存放在空调环境中也可能带来问题。例如将存放在温度相对较低的空调环境中的焊丝拿到温度较高施焊现场时，水蒸气可能会很快在焊丝上凝结，也就是通常所说的结露。遇到类似情况时，不应急于打开包装，等待焊丝温度与环境温度平衡时，再拆开包装。综上，更推荐将焊丝保存在除湿室而非空调室。
8. 关于焊接摆动
摆动焊接会显著增加焊缝区域的热输入量，这对于铝合金焊接是不推荐的。但在一些行业中，焊工在焊接铝合金时也往往会采用摆动焊接，其主要目的是形成“堆硬币” 式的焊缝外观，即类似于TIG焊焊缝的波纹状焊缝。但摆动不会增加熔深或提升熔敷金属洁净度，而是只带来更好的焊缝外观。
在控制好摆动幅度的前提下，可以在铝合金焊接过程中应用摆动。一般将摆动幅度控制在3至5mm。摆幅过大可能造成焊缝波纹高度过低，在特定焊缝位置表现为焊喉长度不足，影响焊缝强度。
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9. 正确选用焊材
造船行业中最常见是 5xxx系合金（如 5052、5154、5454 或 5083）与5xxx系合金的焊接，或是5xxx系合金与6xxx系合金的焊接。正确选择焊丝对于保证铝合金焊接质量十分重要。
5554焊丝主要用于5154合金或5454合金的焊接。焊接5052合金时，一般选用5356焊丝。焊接5083这类高镁合金时，应使用5556或5183焊丝，因为5556和5183焊丝的强度与5083合金的强度基本匹配。4043焊丝并不适合5xxx系合金的焊接，但可以用于焊接5052合金、原因是5052合金Mg含量偏低。对于5xxx系合金和6xxx系合金（如 6061-T6）的焊接，通常使用5356或5554焊丝。
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