1.鋁合金具有比強度較高、制造工藝性好、成本低的特點，是航天產品的結構材料。運載火箭貯箱、衛星貯箱、戰術導彈殼體等采用鋁合金焊接而成。鋁合金焊絲是鋁合金焊接所必需的填充材料，是決定焊縫質量的因素之一，在航天鋁合金焊接生產中占有重要地位。
不同的鋁合金需要有不同的配用焊絲，我國航天常用鋁合金及其配用焊絲的對應關系見表1。主要的航天鋁合金焊絲有BJ-380系列和5B06焊絲，用于運載火箭貯箱、衛星貯箱、戰術導彈殼體的焊接生產。

表1 我國航天常用鋁合金及其配用焊絲對應關系

焊絲牌號 BJ-380系列 5B06 4043 Al-Mn
鋁合號 2A14 5A06 ZL104 3A21 　
　

BJ-380系列焊絲由BJ-380、BJ-380A、BJ-380B組成。BJ-380焊絲是由航天材料及工藝研究所和北京有色所在60年代針對2A14鋁合金研制的，所焊接頭具有良好的常溫、低溫性能，基本解決了2A14合金的焊接難題。但BJ-380焊絲所焊焊縫存在“存放裂紋”問題，80年代由航天材料及工藝研究所和北京有色所合作研發了抗裂性更好、能解決“存放裂紋”的BJ-380A焊絲，但BJ-380A焊絲的低溫性能較差，無法用于低溫貯箱焊接生產，為此，仍采用BJ-380焊絲焊接低溫貯箱，采用BJ-380A焊絲焊接常溫貯箱。在地面設備厚板2A14合金MIG焊接生產中，BJ-380、BJ-380A焊絲均發現焊接裂紋，航天材料及工藝研究所和北京有色所再次合作研發了適合于厚板2A14合金MIG焊接的BJ-380B焊絲。

本文對BJ-380系列和5B06焊絲的現狀進行總結，并對航天鋁合金焊絲發展方向進行展望。

2現狀

1）生產現狀

鋁合金焊絲生產流程為：熔鑄—扒皮—擠壓—拉拔（多次）—退火（多次）—油封（或表面光亮化）—包裝。焊絲有兩種供貨方式：（1）以半硬狀態，表面油封供貨，焊前須酸洗；（2）以半硬狀態，光亮表面供貨，焊前不須酸洗。主要的焊絲品種見表2。

油封焊絲焊前酸洗，去除表面油污和氧化膜。一般適合于手工焊，用于自動焊時焊縫質量不易，易出現焊縫氣孔、焊接夾雜缺陷。酸洗焊絲表面從微觀看存在很多凹坑，附有腐蝕產物，易吸附水分，圖1為焊絲酸洗表面和光亮表面的照片圖，可明顯看出酸洗表面的不良狀況，而光亮表面則具有明顯優勢。酸洗焊絲手工焊時可利用刮削方法去除表面凹坑附著物以焊縫質量。自動焊時由于焊絲以盤狀安裝在焊機送絲機構上，酸洗后表面刮削非常困難，酸洗焊絲不推薦用于自動焊。光亮焊絲用于手工焊可省去焊前酸洗和刮削，更為方便。

油封焊絲的保存期為長期，光亮焊絲的保存期一般為1年，過期光亮焊絲可作為普通焊絲焊前酸洗使用。

BJ-380焊絲由于Ti、Zr含量超過在鋁中的理論固溶度，易產生Ti、Zr偏析，焊絲生產成品率很低。BJ-380A、BJ-380B、5B06焊絲成分設計合理，焊絲生產成品率正常。油封時所有焊絲規格均以盤狀供貨，光亮焊絲φ1.2、φ1.6、φ2.4以盤狀供貨，φ3.0、φ4.0、φ5.0以直絲供貨。
2A14合金是目前我國運載火箭貯箱主體結構材料，配用焊絲共有三種，5A06合金用于部分貯箱主體結構材料，配用焊絲為5B06，應用情況見表3。

BJ-380焊絲生產應用解決了2A14鋁合金焊接難題，是我國代航天鋁合金焊絲，了航天鋁合金焊接生產，但它也存在一些問題，主要表現為：（1）焊絲Ti、Zr成分易偏析，焊絲合格率較低，Ti、Zr偏析處可能引發焊接缺陷；（2）焊絲中易有夾雜物，導致焊縫表面發黑，出現臟物；（3）焊絲氫含量偏高，易出現焊縫氣孔。為改善BJ-380焊絲，研制了BJ-380A、BJ-380B焊絲，目前生產應用較為穩定，BJ-380A焊絲焊接2A14合金時補焊處有時會出現焊接裂紋，這種裂紋為焊接液化裂紋，排除，否則會降低貯箱的可靠性。由于BJ-380焊絲所焊接頭的低溫性能優于BJ-380A焊絲所焊接頭性能，運載火箭低溫貯箱仍采用BJ-380焊絲。5B06焊絲應用為穩定成熟，生產中出現的問題多為氣孔、夾雜。

表3 航天鋁合金主要焊絲應用情況

焊絲牌號

應用對象

焊接方法

焊絲穩定性

焊接生產中的問題

應用型號

BJ-380

2A14低溫貯箱

TIG

不穩定、易出現Ti、Zr偏析

Ti、Zr偏析、夾雜、裂紋、氣孔

運載火箭低溫貯箱

BJ-380A

2A14常溫貯箱

TIG

穩定

補焊處有時出現液化裂紋、氣孔

運載火箭常溫貯箱

BJ-380B

地面設備

MIG

穩定

氣孔

地面設備

5B06

5A06常溫貯箱

TIG

穩定

偶有裂紋、氣孔、夾雜

運載火箭常溫貯箱、衛星貯箱

3 展望

為提高焊接質量，對現在成熟應用的焊絲，如5B06、BJ-380A和BJ-380B焊絲，工作應放在解決氫含量和夾雜物問題上，發展低氫高純焊絲。

航天鋁合金焊接中常見的焊接缺陷是焊縫氣孔，有資料顯示，焊縫氣孔缺陷占所有缺陷的70%以上，超標氣孔的補焊會帶來許多新的缺陷，如采用BJ-380A焊絲補焊2A14合金經常出現液化裂紋，可見控制焊縫氣孔的重要性。影響焊縫氣孔因素很多，除工藝因素、母材因素外，焊絲含氫量是一個重要因素，焊絲中的氫會直接進入熔池形成焊縫氣孔。為此，制造低氫焊絲非常重要，一般氫含量應控制在0.2ml/100g金屬以下。

焊絲中的夾雜物會導致焊縫產生夾雜或焊縫表面產生臟物，嚴重影響焊接質量。焊絲生產標準中雖有低倍組織檢查控制夾雜物的要求，但實際工作中很難通過低倍組織檢查查出夾雜物。控制鋁合金焊絲夾雜物應控制鑄造和拔絲兩個環節，鑄錠質量決定焊絲質量，拔絲工藝不良也會導致外來物裹入焊絲中形成夾雜。

現有鋁合金焊絲雖然存在諸多問題，但基本了現有型號焊接生產的需求。為了解決現在生產中存在的問題和滿足未來型號焊接生產的需要，航天鋁合金焊絲將在以下幾方面得到發展。

1） 生產問題帶來的發展

BJ—380焊絲存在的問題目前嚴重困擾著型號生產，為解決這一問題，航天材料及工藝研究所新研制了一種適合于低溫貯箱焊接的焊絲，牌號為BJ—380C，以替代BJ—380焊絲。表4為BJ—380C和BJ—380焊絲所焊接頭的性能比較, BJ—380C焊絲具有良好的熔煉性、制絲工藝性、焊接工藝性、抗裂性、介質相容性，接頭力學性能和BJ—380焊絲相當，完全可以取代BJ—380焊絲，需要進一步做的工作為大型試驗件考核。

2） 自動焊帶來的發展

焊接自動化程度在航天鋁合金產品焊接中越來越高，對焊絲的要求也相應提高。不僅要求焊絲 的挺度（硬度）適合送絲要求，而且要求焊絲表面質量較高，不能是酸洗表面，應為光亮表面，因為酸洗表面不僅會帶來腐蝕產物和水分造成夾雜和氣孔，而且送絲機構會局部刮削焊絲，形成刮削粉末阻塞送絲正常進行，中斷焊接過程。因此光亮焊絲將是航天鋁合金焊絲發展的重要方向。航天材料及工藝研究所在焊絲光亮化研究上做了較多工作，已能生產出BJ—380A、BJ—380B、5B06光亮焊絲，可以滿足航天焊接生產需求。

表4 BJ—380C和BJ—380焊絲所焊接頭的性能

焊絲牌號

BI-380C

BJ-380

裂紋敏感性

K1（%）

6.5

7.2

K2（%）

0

3.4

σb (MPa)

室溫

324

337

－196℃

413

412

－253℃

445

446

δ (%)

室溫

4.7

7.4

－196℃

5.4

5.2

－253℃

2.9

2.8

3） 新材料帶來的發展

隨著航天新型號的發展，新型鋁合金材料將發揮重大作用。如新一代運載火箭擬采用2219鋁合金，天地往返運輸系統貯箱必將采用更的鋁鋰合金2195或1460，衛星貯箱將采用鋁鈧合金，以實現航天器的輕質化，一定會帶動新型焊絲的問世。

2219鋁合金配用焊絲已由航天材料及工藝研究所研制完成，和國外焊絲相比的性能見表5，新研制的焊絲熔煉性好、制絲容易、抗裂性好、焊接工藝性好、接頭性能滿足設計要求，完全可以用于新一代運載火箭貯箱的焊接生產。

針對2195鋁鋰合金國內多家單位都在開展焊絲研制工作，均未取得突破進展，焦點集中在抗裂性問題上。

鋁鈧合金以其的屈服強度有望取代5A06合金用于衛星貯箱,由于鋁鈧合金具有良好的焊接性,配用焊絲研制應不困難。

4） 新技術帶來的發展

國內焊絲的晶粒度一般為2-3級，國外焊絲的晶粒度為10級，焊絲晶粒越細，焊絲的性能越好，柔韌性越好，送絲越容易，且表面光亮化越容易取得好的效果，為此，采用新技術開發細晶焊絲是鋁合金焊絲的發展方向。

納米技術的發展會帶動焊絲制造技術的進步，采用納米技術不僅可以獲得細晶焊絲，而且可以獲得細晶焊縫。從2219鋁合金探索試驗結果看，納米焊絲的晶粒度可達10級以上，所焊焊縫的晶粒度比常規焊絲要細得多，可明顯提高焊縫的屈服強度。

表5 2219鋁合金配用焊絲的性能

焊絲牌號

25＃

720

美國2319

裂紋 敏感性

K1（%）

1.8

5.3

3.8

K2（%）

0

0

0

σb (MPa)

室溫

2.6mm

313

298

264

6.0mm

293

270

287

－196℃

2.6mm

371

326

320

6.0mm

345

319

352

－253℃

2.6mm

485

440

－

δ (%)

室溫

2.6mm

4.5

2.8

4.6

6.0mm

4.0

3.2

4.2

－196℃

2.6mm

4.3

3.3

4.0

6.0mm

3.5

2.9

4.0

－253℃

2.6mm

2.8

2.1

－

氣孔敏感性

小

小

大

4 結束語

航天鋁合金焊絲在航天鋁合金焊接結構生產中占有特殊地位，應認清航天鋁合金焊絲國產化的重要性，民用行業可以大量使用甚至依賴國外進口鋁合金焊絲，航天鋁合金焊絲卻不能，易被國外卡脖子，影響我國航天工業的發展。應盡快完善航天鋁合金焊絲質量標準，加強焊絲生產過程控制，如降低焊絲中的氫含量控制焊縫氣孔，全面采用光亮焊絲適應自動焊的要求，使航天鋁合金焊接結構的質量得到。應重視航天鋁合金焊絲的研制，不僅使新材料能及時有配用焊絲，而且應加強現有焊絲的改進工作，使焊接質量不斷得到提高。

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