鋁及鋁合金在焊接過程中出現的問題

鋁及鋁合金在焊接過程中出現的問題

鋁及鋁合金由于具有獨特的物理化學性能，因此在焊接過程中會產生一系列的困難，具體來說，主要有以下幾點：

一、強的氧化能力

鋁與氧的親和力很強，在空氣中極易與氧結合生成致密而結實的AL2O3薄膜，厚度約為0．1μm，熔點高達2050℃，遠遠超過鋁及鋁合金的熔點，而且密度很大，約為鋁的1．4倍。在焊接過程中，氧化鋁薄膜會阻礙金屬之間的良好結合，并易造成夾渣。氧化膜還會吸附水分，焊接時會促使焊縫生成氣孔。這些缺陷，都會降低焊接接頭的性能。為了保證焊接質量，焊前必須嚴格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接過程中再氧化，對熔化金屬和處于高溫下的金屬進行有效的保護，這是鋁及鋁合金焊接的一個重要特點。具體的保護措施是：1、焊前用機械或化學方法清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面的氧化物；

2、焊接過程中要采用合格的保護氣體進行保護；

3、在氣焊時，采用熔劑，在焊接過程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。

二、鋁的熱導率和比熱大，導熱快

盡管鋁及鋁合金的熔點遠比鋼低，但是鋁及鋁合金的導熱系數、比熱容都很大，比鋼大一倍多，在焊接過程中大量的熱能被迅速傳導到基體金屬內部，為了獲得高質量的焊接接頭，必須采用能量集中、功率大的熱源，有時需采用預熱等工藝措施，才能實現熔焊過程。

三、線膨脹系數大

鋁及鋁合金的線膨脹系數約為鋼的2倍，凝固時體積收縮率達6．5%－6．6%，因此易產生焊接變形。防止變形的有效措施是除了選擇合理的工藝參數和焊接順序外，采用適宜的焊接工裝也是非常重要的，焊接薄板時尤其如此。另外，某些鋁及鋁合金焊接時，在焊縫金屬中形成結晶裂紋的傾向性和在熱影響區形成液化裂紋的傾向性均較大，往往由于過大的內應力而在脆性溫度區間內產生熱裂紋。這是鋁合金，尤其是高強鋁合金焊接時最常見的嚴重缺陷之一。在實際焊接現場中防止這類裂紋的措施主要是改進接頭設計，選擇合理的焊接工藝參數和焊接順序，采用適應母材特點的焊接填充材料等。

四、容易形成氣孔

焊接接頭中的氣孔是鋁及鋁合金焊接時極易產生的缺陷，尤其是純鋁和防銹鋁的焊接。氫是鋁及鋁合金焊接時產生氣孔的主要原因，這已為實踐所證明。氫的來源，主要是弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊絲及母材表面氧化膜的吸附水分，以焊縫氣孔的產生，常常占有突出的地位。

鋁及鋁合金的液體熔池很容易吸收氣體，在高溫下溶入的大量氣體，在由液態凝固時，溶解度急劇下降，在焊后冷卻凝固過程中來不及析出，而聚集在焊縫中形成氣孔。為了防止氣孔的產生，以獲得良好的焊接接頭，對氫的來源要加以嚴格控制，焊前必須嚴格限制所使用焊接材料（包括焊絲、焊條、熔劑、保護氣體）的含水量，使用前要進行干燥處理。清理后的母材及焊絲最好在2－3小時內焊接完畢，最多不超過24小時。TIG焊時，選用大的焊接電流配合較高的焊接速度。MIG焊時，選用大的焊接電流慢的焊接速度，以提高熔池的存在時間。Al－Li合金焊接時，加強正、背面保護，配合坡口刮削，清除概況氧化膜，可有效地防止氣孔。

五、焊接接頭容易軟化

焊接可熱處理強化的鋁合金時，由于焊接熱的影響，焊接接頭中熱影響區會出現軟化，即強度降低，使基體金屬近縫區部位的一些力學性能變壞。對于冷作硬化的合金也是如此，使接頭性能弱化，并且焊接線能量越大，性能降低的程序也愈嚴重。針對此類問題，采取的措施主要是制定符合特定材料焊接的工藝，如限制焊接條件，采取適當的焊接順序，控制預熱溫度和層間溫度，焊后熱處理等。對于焊后軟化不能恢復的鋁合金，最好采用退火或在固溶狀態下焊接，焊后再進行熱處理，若不允許進行焊后熱處理，則應采用能量集中的焊接方法和小線能量焊接，以減小接頭強度降低。

六、合金元素蒸發和燒損

某些鋁合金含有低沸點的合金元素，這些元素在高溫下容易蒸發燒損，從而改變了焊縫金屬的化學成分，降低了焊接接頭的性能。為了彌補這些燒損，在調整工藝的同時，常常采用含有這些沸點元素含量比母材高的焊絲或其他焊接材料。

七、鋁在高溫時的強度和塑性低

鋁在370℃時強度僅為10Mpa，焊接時會因為不能支撐住液體金屬而使焊縫成形不良，甚至形成塌陷或燒穿，為了解決這個問題，焊接鋁及鋁合金時常常要采用墊板。

八、焊接接頭的耐腐蝕性能低于母材

熱處理強化鋁合金（如硬鋁）接頭的耐腐蝕性的降低很明顯，接頭組織越不均勻，耐蝕性越易降低。焊縫金屬的純度或致密性也影響接頭耐蝕性能。雜質較多、晶粒粗大以及脆性相析出等，耐蝕性就會明顯下降，不僅產生局部表面腐蝕而且經常出現晶間腐蝕，此外對于鋁合金，焊接應力的存在也是影響耐蝕性的一個重要因素。

為了提高焊接接頭的耐蝕性，主要采取以下幾個措施：

1、改善接頭組織成分的不均勻性。主要是通過焊接材料使焊縫合金化，細化晶粒并防止缺陷；同時調整焊接工藝以減小熱影響區，并防止過熱，焊后熱處理。

2、消除焊接應力，如局部表面拉應力可以采用局部錘擊辦法來消除。

3、采取保護措施，如采取陽極氧化處理或涂層等。

九、無色澤變化，給焊接操作帶來困難

鋁及鋁合金焊接時由固態轉變為液態時，沒有明顯的顏色變化，因此在焊接過程中給操作者帶來不少困難。因此，要求焊工掌握好焊接時的加熱溫度，盡量采用平焊，在引（熄）弧板上引（熄）弧等。(end)