ZL208 铝合金焊丝焊接工艺

ZL208 铝合金焊丝因含铜、镁元素，焊接时易出现热裂纹、气孔及热影响区性能劣化，需通过合理工艺设计规避缺陷。本工艺以钨极氩弧焊（TIG 焊） 为核心（适用于中厚件精密焊接），兼顾熔化极氩弧焊（MIG 焊）要点，覆盖从预处理到后处理全流程，确保焊缝性能与基材匹配。

一、焊接工艺选择：匹配材料特性

1. 优先工艺：钨极氩弧焊（TIG 焊）

• 适用场景：厚度≤8mm 的 ZL208 铝合金构件焊接，尤其适用于补焊、对接焊及复杂形状构件（如航空发动机零部件），可实现精准热输入控制，减少缺陷。

• 核心优势：电弧稳定、熔池可见性高，能有效控制氧化，焊缝成型美观，且可通过背面通氩保护，避免背面氧化。

• 辅助设备：需配备带高频引弧功能的 TIG 焊机、氩气纯度检测仪、温度监测仪（用于层间温度控制）及工装夹具。

2. 备选工艺：熔化极氩弧焊（MIG 焊）

• 适用场景：厚度＞8mm 的厚板焊接或大批量生产，焊接效率比 TIG 焊高 3-5 倍，适合长焊缝连续焊接（如装甲构件）。

• 注意事项：需采用脉冲 MIG 焊模式，减少飞溅与熔池过热；焊丝伸出长度控制在 10-15mm，避免送丝不稳定导致的焊缝缺陷。

二、焊接前工艺准备：消除潜在风险

1. 基材与焊丝预处理

• 基材处理：

a. 焊接区域（坡口及两侧各 20mm 范围）先用或乙醇擦拭脱脂，去除油污、切削液残留；

b. 采用100-150 目砂纸沿焊接方向打磨，去除表面氧化膜（Al₂O₃），直至露出银白色金属光泽，打磨后 2 小时内完成焊接，避免二次氧化；

c. 若基材存放超过 1 个月，需用5% NaOH 溶液常温浸泡 5-8 分钟，再用 10% 硝酸溶液中和 3 分钟，清水冲洗后烘干（80-100℃，1 小时），彻底去除氧化层与污染物。

• 焊丝处理：

a. ZL208 焊丝易吸潮，焊接前需在120-150℃烘箱中保温 2-3 小时，冷却后置于干燥器中备用，避免再次吸潮；

b. 焊丝表面若有划痕、氧化斑，需用专用钢丝轮轻磨，确保送丝顺畅。

2. 坡口加工与装配

• 坡口设计（按基材厚度划分）：

◦ 注：厚板焊接（＞12mm）需采用 X 型坡口，减少热输入与变形。

• 装配要求：

a. 对接构件错边量≤0.1 倍板厚，间隙偏差≤±0.2mm；

b. 采用不锈钢或铝合金工装夹具固定，避免碳钢夹具导致的渗铁污染；

c. 长焊缝（＞500mm）需分段装配，预留 1-2mm/m 的收缩余量。

3. 环境控制标准

• 环境温度≥5℃，湿度≤60%，风速≤1.5m/s；

• 低温（＜5℃）或高湿（＞60%）环境下，需搭建恒温恒湿焊接棚，并对基材预热至 50-100℃（采用远红外加热板，升温速度≤50℃/h）；

• 焊接区域需远离粉尘、油气源，防止杂质侵入熔池。

三、核心焊接工艺参数：精准控制热输入

1. TIG 焊参数（主流工艺）

• 关键说明：

a. 钨极选用铈钨极（WCe20），jianduan打磨成 30-45° 圆锥角，减少引弧困难与夹钨风险；

b. 弧长控制在 1-2mm（约焊丝直径的 1 倍），过长易导致保护不良，过短易粘丝；

c. 热输入量需≤15kJ/cm，避免基材过热导致晶粒粗大（ZL208 铝合金晶粒粗大后，抗拉强度下降可达 20%）。

2. MIG 焊参数（高效工艺）

• 关键说明：

a. 采用直流反接（焊丝接正极），增强阴极破碎作用，去除氧化膜；

b. 脉冲占空比控制在 40%-60%，降低平均电流，减少热输入；

c. 送丝速度与焊接速度匹配，避免焊丝堆积或熔合不良。

四、焊接操作工艺：规范流程降缺陷

1. TIG 焊操作步骤

1. 引弧与预热：采用高频引弧（避免接触引弧损伤钨极），引弧后在坡口边缘预热 3-5 秒，待局部温度升至 150-200℃（手触不烫），再开始送丝焊接；

2. 熔池控制：焊枪与基材夹角保持 70-80°，焊丝从熔池前方 10-15° 方向送进，每次送丝长度 2-3mm，避免焊丝直接插入熔池底部导致气孔；

3. 焊接路径：

◦ 短焊缝（≤100mm）采用直线匀速焊接；

◦ 长焊缝（＞100mm）采用分段退焊法（每段 30-50mm，从后往前焊），减少应力集中；

◦ 厚板多层焊时，每层焊缝厚度≤焊丝直径的 1.5 倍，避免层间未熔合；

1. 收弧处理：收弧时需填满弧坑，采用 “衰减电流” 模式（电流从峰值降至 20-30A，持续 3-5 秒），防止弧坑裂纹。

2. 层间与背面保护工艺

1. 层间处理：每焊完一层，需用钢丝刷清理焊缝表面熔渣，并用测温仪检测层间温度，确保≤150℃后再焊下一层；若层间温度过高，采用压缩空气（干燥无油）冷却至规定温度；

2. 背面保护：

◦ 薄壁件（≤3mm）可采用背面贴陶瓷衬垫，同时通氩保护；

◦ 厚壁件需在背面开 “U 型” 保护槽，内置铜管通氩（流量 5-10L/min），确保背面熔池不氧化，焊缝背面成型光滑。

五、焊接后处理工艺：恢复性能保质量

1. 消应力处理

• 焊接完成后 2 小时内，进行低温去应力退火：

a. 升温速度：50℃/h，避免温差过大导致开裂；

b. 保温参数：200-220℃，保温 2-3 小时（厚度每增加 5mm，保温时间延长 30 分钟）；

c. 冷却方式：随炉冷却至 100℃以下，再自然冷却至室温，禁止空冷或水冷。

2. 焊缝修整与检验

1. 外观修整：用角磨机（配 120 目砂轮片）打磨焊缝余高，使其与基材平齐（余高≤0.5mm），去除咬边、飞溅等缺陷；

2. 质量检验：

◦ 外观检验：焊缝表面无气孔、夹渣、裂纹，咬边深度≤0.2mm，长度≤10% 焊缝总长；

◦ 无损检测：重要构件需进行X 射线探伤（RT） ，Ⅰ 级焊缝内部缺陷≤φ1.5mm，Ⅱ 级≤φ2.5mm；或采用超声波探伤（UT） ，探测深度覆盖焊缝及热影响区（≥5mm）；

◦ 力学性能测试：抽样进行拉伸试验（抗拉强度≥280MPa）、弯曲试验（弯曲角度≥90° 无裂纹），确保满足使用要求。

3. 表面防腐处理

• 若构件用于腐蚀环境（如海洋、化工），焊接后需进行阳极氧化处理：

a. 先在 5% 溶液中酸洗（常温，10-15 分钟），去除表面氧化层；

b. 采用阳极氧化（浓度 15%-20%，温度 18-22℃，电流密度 1-2A/dm²），生成 10-15μm 氧化膜；

c. 后用封孔剂（如镍盐封孔）处理，提升耐腐蚀性。

六、工艺难点与解决方案