鋁及鋁合金在焊接過程中出現(xiàn)的問題

鋁及鋁合金由于具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，因此在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生一系列的困難，具體來說，主要有以下幾點(diǎn)：

一、強(qiáng)的氧化能力

鋁與氧的親和力很強(qiáng)，在空氣中極易與氧結(jié)合生成致密而結(jié)實(shí)的AL2O3薄膜，厚度約為0．1μm，熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋁及鋁合金的熔點(diǎn)，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(huì)阻礙金屬之間的良好結(jié)合，并易造成夾渣。氧化膜還會(huì)吸附水分，焊接時(shí)會(huì)促使焊縫生成氣孔。這些缺陷，都會(huì)降低焊接接頭的性能。為了保證焊接質(zhì)量，焊前必須嚴(yán)格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接過程中再氧化，對(duì)熔化金屬和處于高溫下的金屬進(jìn)行有效的保護(hù)，這是鋁及鋁合金焊接的一個(gè)重要特點(diǎn)。具體的保護(hù)措施是：1、焊前用機(jī)械或化學(xué)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(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)；

3、在氣焊時(shí)，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(dǎo)率和比熱大，導(dǎo)熱快

盡管鋁及鋁合金的熔點(diǎn)遠(yuǎn)比鋼低，但是鋁及鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)、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(dǎo)到基體金屬內(nèi)部，為了獲得高質(zhì)量的焊接接頭，必須采用能量集中、功率大的熱源，有時(shí)需采用預(yù)熱等工藝措施，才能實(shí)現(xiàn)熔焊過程。

三、線膨脹系數(shù)大

鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為鋼的2倍，凝固時(shí)體積收縮率達(dá)6．5%－6．6%，因此易產(chǎn)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(shù)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(shí)尤其如此。另外，某些鋁及鋁合金焊接時(shí)，在焊縫金屬中形成結(jié)晶裂紋的傾向性和在熱影響區(qū)形成液化裂紋的傾向性均較大，往往由于過大的內(nèi)應(yīng)力而在脆性溫度區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生熱裂紋。這是鋁合金，尤其是高強(qiáng)鋁合金焊接時(shí)最常見的嚴(yán)重缺陷之一。在實(shí)際焊接現(xiàn)場(chǎng)中防止這類裂紋的措施主要是改進(jìn)接頭設(shè)計(jì)，選擇合理的焊接工藝參數(shù)和焊接順序，采用適應(yīng)母材特點(diǎn)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(shí)極易產(chǎn)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(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因，這已為實(shí)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(chǎn)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(tài)凝固時(shí)，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(chǎn)生，以獲得良好的焊接接頭，對(duì)氫的來源要加以嚴(yán)格控制，焊前必須嚴(yán)格限制所使用焊接材料（包括焊絲、焊條、熔劑、保護(hù)氣體）的含水量，使用前要進(jìn)行干燥處理。清理后的母材及焊絲最好在2－3小時(shí)內(nèi)焊接完畢，最多不超過24小時(shí)。TIG焊時(shí)，選用大的焊接電流配合較高的焊接速度。MIG焊時(shí)，選用大的焊接電流慢的焊接速度，以提高熔池的存在時(shí)間。Al－Li合金焊接時(shí)，加強(qiáng)正、背面保護(hù)，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(qiáng)化的鋁合金時(shí)，由于焊接熱的影響，焊接接頭中熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)軟化，即強(qiáng)度降低，使基體金屬近縫區(qū)部位的一些力學(xué)性能變壞。對(duì)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(yán)重。針對(duì)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(dāng)?shù)暮附禹樞颍刂祁A(yù)熱溫度和層間溫度，焊后熱處理等。對(duì)于焊后軟化不能恢復(fù)的鋁合金，最好采用退火或在固溶狀態(tài)下焊接，焊后再進(jìn)行熱處理，若不允許進(jìn)行焊后熱處理，則應(yīng)采用能量集中的焊接方法和小線能量焊接，以減小接頭強(qiáng)度降低。

六、合金元素蒸發(fā)和燒損

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

七、鋁在高溫時(shí)的強(qiáng)度和塑性低

鋁在370℃時(shí)強(qiáng)度僅為10Mpa，焊接時(shí)會(huì)因?yàn)椴荒苤巫∫后w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(gè)問題，焊接鋁及鋁合金時(shí)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(qiáng)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(zhì)較多、晶粒粗大以及脆性相析出等，耐蝕性就會(huì)明顯下降，不僅產(chǎn)生局部表面腐蝕而且經(jīng)常出現(xiàn)晶間腐蝕，此外對(duì)于鋁合金，焊接應(yīng)力的存在也是影響耐蝕性的一個(gè)重要因素。

為了提高焊接接頭的耐蝕性，主要采取以下幾個(gè)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(xì)化晶粒并防止缺陷；同時(shí)調(diào)整焊接工藝以減小熱影響區(qū)，并防止過熱，焊后熱處理。

2、消除焊接應(yīng)力，如局部表面拉應(yīng)力可以采用局部錘擊辦法來消除。

3、采取保護(hù)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(shí)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，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(shí)的加熱溫度，盡量采用平焊，在引（熄）弧板上引（熄）弧等。(end)