ZL108 铝合金焊丝：高强度耐高温特性、工艺要点与高端应用

在铸造铝合金焊接材料体系中，ZL108 铝合金焊丝是一款专为高强度、耐高温铸造铝合金部件设计的高端焊接材料。相较于侧重 “工艺性与成本平衡” 的 ZL106 焊丝，它通过调整硅、铜、镁等关键合金元素含量，强化高温力学性能与室温强度，同时优化杂质控制，使其在汽车发动机核心部件、工业窑炉耐热结构、高端压缩机缸体等领域表现突出，有效解决了高温工况下铸造铝合金焊接接头强度衰减、耐蚀性下降等难题。

一、ZL108 与 ZL106 铝合金焊丝的核心差异

要精准定位 ZL108 铝合金焊丝，需先明确其与通用型 ZL106 焊丝的关键区别，核心差异集中在成分设计目标与性能侧重方向，具体体现在三方面：

（一）成分设计的针对性优化

ZL108 焊丝摒弃了 ZL106 “成本优先” 的思路，通过调整元素配比实现 “高强度 + 耐高温” 的双重目标，具体成分对比如下：

（二）力学性能的显著升级

因成分设计目标不同，ZL108 焊丝焊后接头性能呈现 “室温高强度、高温高稳定” 的特点（均为 T6 时效处理后数据）：

（三）工艺适应性的精准定位

ZL108 焊丝虽工艺难度高于 ZL106，但通过成分优化，在高温部件焊接场景中展现出独特优势：

• 焊接温度兼容性：可适配更高的焊接预热温度（150-200℃，ZL106 为 80-120℃），避免高温部件焊接时因温差过大产生裂纹，同时提升焊缝与母材的熔合质量；

• 高温时效耐受性：焊后可承受更高温度的时效处理（如 200℃时效 8 小时），在强化力学性能的同时，不会因时效温度过高导致组织软化，适配高温部件的后续处理需求；

• 复杂焊缝适配性：7.5%-8.5% 的硅含量使熔池流动性更强，可填充复杂形状的焊缝（如发动机缸体的异形水道焊缝），减少未熔合、气孔等缺陷，提升焊缝成形质量。

二、ZL108 铝合金焊丝的材料特性

ZL108 铝合金焊丝的核心优势源于 “高强度 - 耐高温 - 高稳定” 的性能组合，其材料特性围绕高温工况需求展开，具体体现在三方面：

（一）高温性能的优化设计

ZL108 焊丝通过多元素协同作用，实现高温下的性能稳定，具体表现为：

• 高温结构稳定性：7.5%-8.5% 的硅含量使焊缝组织中 Al-Si 共晶比例达 40% 以上，该共晶组织在高温下（≤300℃）不易发生软化变形，长期服役后结构完整性仍能保持（如 250℃下服役 1000 小时，组织变形量≤0.5%）；

• 高温强度保持率：通过 Mg₂Si 与 Al₂Cu 双强化相的协同作用，ZL108 焊丝接头在 250℃下强度保持率达 75% 以上（ZL106 仅为 69%），300℃下强度保持率仍达 60%，满足高温部件长期服役的强度要求；

• 热疲劳抗性提升：严格控制铁含量（≤0.15%），减少高温下脆性相的析出，使接头在 - 40℃-250℃冷热循环（1000 次）后，无明显裂纹产生，热疲劳寿命较 ZL106 提升 40% 以上。

（二）室温力学性能的强化

ZL108 焊丝在保证高温性能的同时，也实现了室温力学性能的突破：

• 高强度特性：0.4%-0.6% 的镁含量与 0.3%-0.5% 的铜含量协同作用，使室温抗拉强度突破 300MPa，屈服强度达 170-200MPa，远超 ZL106（屈服强度 120-150MPa），可承受更大的静态与动态载荷；

• 硬度提升：室温硬度（HB）达 90-110，较 ZL106（70-85）提升 29%-29%，增强接头的耐磨性，适配发动机缸体与活塞接触部位、压缩机缸体等易磨损场景；

• 冲击韧性平衡：虽伸长率略有下降，但通过细化晶粒（添加微量钛元素 0.02%-0.05%，晶粒尺寸控制在 20-40μm），室温冲击功仍保持在 10-12J，避免低温环境下的脆性断裂。

（三）特殊环境适应性

针对高温部件的服役环境，ZL108 焊丝具备特定的环境适应能力：

• 抗高温氧化性能：在 300℃高温环境下，焊缝表面可形成致密的 Al₂O₃-SiO₂复合氧化膜（厚度 8-10nm），有效隔绝氧气，氧化速率仅为 0.008mm / 年（ZL106 为 0.012mm / 年），延长高温部件使用寿命；

• 抗油气腐蚀性能：在发动机油、燃料油等介质中，通过控制杂质元素含量，焊缝腐蚀速率≤0.01mm / 年，满足发动机缸体、燃油管路等与油气接触部件的使用需求；

• 热膨胀匹配性：热膨胀系数（20-250℃）为 22.5×10⁻⁶/℃，与 ZL108 铸造铝合金母材（23×10⁻⁶/℃）基本一致，减少高温冷热循环时因热膨胀差异产生的内应力，避免焊缝开裂。

三、ZL108 铝合金焊丝的焊接工艺要点

ZL108 焊丝因需适配高温、高强度部件焊接，工艺设计需围绕 “控制焊接缺陷、保障高温性能” 展开，重点关注预热与层间温度控制、焊接参数精准匹配、焊后时效优化三大环节：

（一）焊接前准备：严格控制洁净度与预热

针对高温部件焊接需求，ZL108 焊丝的焊前准备流程需更严格：

• 母材清理：采用 “机械打磨 + 化学清洗” 双重处理 —— 先用 120 目砂纸打磨焊缝两侧各 30-40mm 区域，去除氧化膜与表面缺陷；再用磷酸 - 硝酸混合溶液（磷酸 50%+ 硝酸 10%+ 水 40%）在 60-70℃下浸泡 5-8 分钟，去除残留氧化膜与油污；后用去离子水冲洗干净，烘干后 2 小时内完成焊接，避免二次污染；

• 焊丝预处理：采用 “两步烘干法”—— 先在 120℃烘干 1 小时去除表面水分，再升温至 200℃保温 1 小时，激活焊丝内部强化相析出核，提升高温性能；若焊丝储存超过 2 个月，需先进行酸洗（稀硝酸 15%+ 0.5%），去除表面钝化膜后再烘干；

• 母材预热：根据母材厚度与工况需求，预热温度控制在 150-200℃（厚度≥15mm 取上限，≤10mm 取下限），采用远红外加热方式，确保预热均匀（温差≤10℃），避免局部过热导致晶粒粗大。

（二）焊接过程控制：精准参数与操作规范

ZL108 焊丝焊接参数需严格匹配，避免因参数波动影响高温性能，核心参数推荐如下：

焊接操作需注意三点：一是采用 “小幅度摆动焊枪”（摆动幅度≤焊丝直径的 1.5 倍），确保焊缝成形均匀，避免出现未熔合；二是高温部件焊接时，需采用 “分段退焊法”，减少焊接变形与残余应力；三是 MIG 焊时，焊丝伸出长度控制在 12-15mm，保证电弧稳定与保护效果，减少气孔产生。

（三）焊后处理：优化时效与应力消除

ZL108 焊丝焊后处理需兼顾强度与高温稳定性，推荐以下方案：

• 高强度高温需求件（如汽车发动机缸体）：采用 T7 时效工艺 ——540℃固溶处理（保温时间按厚度计算，1mm/12min），水淬（水温≤40℃）后，200℃时效 8 小时，使强化相充分且稳定析出，室温抗拉强度达 320MPa，250℃抗拉强度达 230MPa；

• 高温稳定性需求件（如工业窑炉支架）：采用 T6 + 稳定化处理 ——540℃固溶 + 175℃时效 6 小时后，再进行 250℃稳定化处理 4 小时，进一步消除内应力，确保高温长期服役时性能稳定，避免时效软化；

• 复杂结构件（如压缩机缸体）：焊后 24 小时内进行 “振动时效 + 低温去应力” 组合处理 —— 振动频率 30-60Hz，时间 60-90min，再在 180℃保温 3 小时，残余应力消除率≥70%，减少后续加工与使用过程中的变形（变形量≤0.1mm/m）。

四、ZL108 铝合金焊丝的典型应用场景

凭借 “室温高强度、高温高稳定” 的特性，ZL108 铝合金焊丝在高温、高强度需求的高端制造领域实现广泛应用，尤其适配 “高温工况、高载荷、高可靠性” 的场景：

（一）汽车工业：发动机核心部件焊接

在汽车工业中，ZL108 焊丝主要用于 ZL108、ZL110 等铸造铝合金发动机部件的焊接，如发动机缸体、缸盖、排气管法兰等。某汽车厂商在 2.0T 涡轮增压发动机缸体（壁厚 15mm）焊接中，采用 ZL108 焊丝半自动 MIG 焊，焊后经 T7 时效处理，缸体室温抗拉强度达 310MPa，250℃（发动机正常工作温度）抗拉强度达 225MPa，满足发动机工作时的高温高压载荷要求（大工作应力≤200MPa），且焊缝密封性（压力 1.2MPa 下泄漏量≤0.03L/min）优于行业标准。

（二）工业窑炉：耐高温结构焊接

工业窑炉长期在 200-300℃环境下运行，对焊接接头的高温稳定性要求极高，ZL108 焊丝成为窑炉铝合金结构焊接的优选材料，如窑炉观察窗框架、耐热支架、热风管道等。某窑炉制造企业在高温热风管道（直径 200mm，壁厚 18mm）焊接中，采用 ZL108 焊丝手工 TIG 焊，焊后经 T6 + 稳定化处理，管道在 280℃下连续服役 6 个月，焊缝无变形、开裂现象，高温强度保持率达 90% 以上，满足窑炉长期运行的可靠性需求。

（三）压缩机制造：高强度缸体焊接

压缩机缸体需承受高压气体载荷，同时运行时因摩擦产生一定热量（温度可达 150-200℃），需焊接接头具备高强度与一定的高温稳定性，ZL108 焊丝适配此类需求。某压缩机厂商在螺杆式压缩机缸体（ZL108 材质，壁厚 25mm）焊接中，采用 ZL108 焊丝多层 MIG 焊，焊后经振动时效 + 低温去应力处理，缸体室温抗拉强度达 300MPa，可承受 1.6MPa 的工作压力（安全系数≥1.5），且长期运行后（1000 小时）无泄漏、变形，满足压缩机的高强度、高密封性要求。

（四）高端农机：大功率发动机部件焊接

大功率农机发动机（如 200 马力以上拖拉机发动机）工作时，缸体、缸盖等部件需承受高载荷与较高温度（200-220℃），ZL108 焊丝可适配其焊接需求。某农机企业在大功率拖拉机发动机缸盖（壁厚 12mm）焊接中，采用 ZL108 焊丝手工 TIG 焊，焊后经 T7 时效处理，缸盖室温抗拉强度达 290MPa，220℃抗拉强度达 215MPa，满足拖拉机田间高强度作业的载荷要求，且经 1000 小时田间测试，焊缝无腐蚀、开裂，可靠性显著优于采用 ZL106 焊丝的产品。

五、结语

ZL108 铝合金焊丝作为一款 “高温高强度导向” 的高端焊接材料，通过精准的成分设计与工艺优化，实现了室温与高温性能的协同提升，填补了高温工况下铸造铝合金焊接材料的市场空白。与 ZL106 的 “通用性价比” 路线不同，ZL108 更聚焦 “高端性能需求”，其优异的室温高强度、高温稳定性与复杂焊缝适配性，使其在汽车发动机、工业窑炉、高端压缩机等领域具备buketidai的竞争力。随着高端制造行业对高温、高强度部件需求的不断提升，ZL108 铝合金焊丝的应用场景将进一步拓展 —— 未来，通过引入微量稀土元素（如钪、锆）优化高温组织稳定性，或开发适配激光焊接的专用型号，有望进一步突破高温性能上限，为高端高温部件焊接提供更可靠的材料解决方案。