分析鋁及鋁合金的焊接性能和材料分類

胡鑫

摘 要：鋁及鋁合金材料作為一種基礎(chǔ)金屬，其分類、狀態(tài)代號等體現(xiàn)著焊接前后變形強(qiáng)化的程度。因此，加強(qiáng)對鋁及鋁合金的焊接性能和材料分類的了解十分必要，只要確保各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計的科學(xué)性，焊接過程中的工藝選擇、力學(xué)性能等才能夠有所保證。本文以鋁及鋁合金的材料分類和焊接性能兩方面為切入點作簡要的分析，旨在推動焊接工藝的科學(xué)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋁及鋁合金；焊接性能；材料分類

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）01-024-01

隨著近幾年我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和社會化生產(chǎn)速度的加快，鋁及鋁合金在建筑、輪船、化工機(jī)械等方面的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，同時，在高性能焊接方法的支持下，其焊接技術(shù)也得到了長遠(yuǎn)的發(fā)展。其主要的焊接方法為TIG焊，具有保護(hù)效果好、質(zhì)量高、電弧穩(wěn)定等特點，適用于全方位焊接。但受到鋁及鋁合金自身特點的影響，焊接工藝存在著一定的困難，較容易產(chǎn)生焊接缺陷。因此，分析焊接性能和其材料分類十分必要。

一、鋁及鋁合金的材料分類

鋁及鋁合金主要分為兩大類，其一為變形鋁及鋁合金，主要以冶金半成品如棒、管、帶為主，兼顧有鍛件和擠壓型材。其二是鑄造類鋁合金，包括有零件和毛坯。具體來看，變形鋁及鋁合金又可以細(xì)分為只可變形強(qiáng)化不能進(jìn)行熱處理的鋁及鋁合金和既能變性強(qiáng)化又能夠?qū)嵭袩崽幚淼匿X及鋁合金。

在我國的《變形鋁及鋁合金牌號表示法》中，四位字符體系牌號是屬于變形鋁及鋁合金的表示方法，其中第三和第四位代表著同組中不同的鋁合金或純鋁的純度。依據(jù)我國的《變形鋁及鋁合金狀態(tài)代號》來看，F(xiàn)為自由加工狀態(tài)，O為退火狀態(tài)，H為加工硬化狀態(tài)，W為固溶熱處理狀態(tài)，T為熱處理狀態(tài)。T代號后的第四位或第五六位數(shù)字代表著由不同的消除應(yīng)力處理過的狀態(tài)。

二、鋁及鋁合金的焊接性能

焊接性能指的是金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，也就是焊接后優(yōu)質(zhì)焊接接頭的獲取難易程度，受到鋁及鋁合金的物理和化學(xué)性能的影響，該基礎(chǔ)材料的焊接技術(shù)有著一定的難度，因此掌握鋁及鋁合金的特點十分必要。

第一，鋁及鋁合金具有高度的氧化性能。鋁與氧的結(jié)合力較強(qiáng)，常溫中鋁金屬的氧化作用就較為明顯，鋁合金中的某些合金元素也具有較強(qiáng)的氧化性。在焊接過程中，焊接的高溫直接作用到鋁及鋁合金中，導(dǎo)致該材料表面生成一層氧化膜，厚度在0.1-0.2 之間，其主要成分為氧化鋁。氧化鋁的熔點明顯高于鋁及鋁合金的660℃的熔點，達(dá)到2050℃，且具有較高的致密性，當(dāng)氧化鋁形成后，鋁及鋁合金的正常焊接工作就可能受到干擾，導(dǎo)致焊接不透。

氧化鋁具有較高的密度，較難從熔池中浮出，從而導(dǎo)致焊縫夾渣，而氧化膜對水分的吸附力較高，焊縫中氣孔的可能性較大。受到氧化膜電子發(fā)射的影響，焊接過程中的電弧穩(wěn)定性也相對有所下降。

針對這一情況，技術(shù)人員在焊接前需要對焊接區(qū)域的氧化膜進(jìn)行清除，對處于液化狀態(tài)的金屬進(jìn)行有效保護(hù)，減少金屬的進(jìn)一步氧化，對熔池中可能生成的氧化膜進(jìn)行破除。

第二，氣孔形成的可能性高。氣孔的形成多見于純鋁和防銹鋁的焊接過程中。其氣孔的主要形成因素為氫，原因為氮與液態(tài)鋁的溶合性差，而鋁中并不含有碳元素，因此，氣孔中氮氣孔和一氧化碳?xì)饪椎牡目赡苄詾榱恪ｋm然鋁和氧有著較強(qiáng)的結(jié)合力，但其反應(yīng)生成氧化鋁，也不會有氧氣孔出現(xiàn)的可能。

常溫中氫溶于固態(tài)鋁的可能性較小，而在高溫的作用下，氫與液態(tài)鋁的溶合度較高，原來液體中的氫被全部析出，形成氣泡并上浮、逸出。當(dāng)部分氣泡未能成功逸出但已經(jīng)長大時，氣孔便隨之誕生。鋁及鋁合金具有較低的比重，且導(dǎo)熱性較強(qiáng)，凝固速度快，氣泡的浮出速度受到影響，氣孔的生成幾率相對較大。

在焊接過程中，技術(shù)人員需要從減少氫進(jìn)入液體金屬中的量和氣泡的充分逸出等方面進(jìn)行考慮，減少氣孔的生成。

第三，鋁及鋁合金的熱裂紋的產(chǎn)生幾率較大。純鋁和非熱處理強(qiáng)化鋁合金較少產(chǎn)生熱裂紋，而熱處理鋁合金和高強(qiáng)度鋁合金的熱裂紋產(chǎn)生率較高。熱裂紋多出現(xiàn)在焊接金屬和近縫區(qū)部位，常被稱為結(jié)晶裂紋或液化裂紋，依據(jù)其部位不同而有所變化。

受到鋁熱膨脹系數(shù)大的影響，其焊接過程中的熱應(yīng)力也相對較大，而鋁合金在高溫下具有較低的強(qiáng)度和可塑性，過大的內(nèi)應(yīng)力會導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生。若鋁合金中的雜質(zhì)含量過大，其焊縫處的熱裂紋產(chǎn)生幾率也相對較大。

為減少熱裂紋，技術(shù)人員需要對鋁合金中雜質(zhì)的含量做嚴(yán)格的控制，并及時調(diào)整焊絲的成分，采取合理的焊接工藝。

第四，合金元素蒸發(fā)和燒損的可能性較大。在焊接過程中，高溫對鋁合金中某些合金元素有著較大的影響，從而出現(xiàn)合金元素?zé)龘p或蒸發(fā)，導(dǎo)致鋁合金成分的改變，最終影響到鋁合金焊接接頭的性能。同時，在焊接過程中，鋁及鋁合金的的顏色變化并不明顯，技術(shù)人員較難對焊接工作進(jìn)行操作，困難性較高。

正確的分析鋁及鋁合金的焊接性能并掌握科學(xué)的材料分類對于提高其焊接工藝十分有利。在焊接過程中，氣孔、焊接不透、溶合度低、金屬裂紋、咬邊、焊縫夾渣和夾鎢、穿孔等的出現(xiàn)都需要結(jié)合其原因做具體的分析，通過對癥下藥有效緩解焊接常見問題，提高焊接水平，減少不必要的基礎(chǔ)金屬的浪費。在社會發(fā)展速度不斷提高的今天，焊接操作不僅需要有基礎(chǔ)性的理論作指導(dǎo)還需要有較為熟練地操作技能，從而確保焊接技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于增瑞.鎢極氬弧焊實用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2] 王新彥，姚建輝，李曉梅.錫青銅軸瓦的焊補(bǔ)[J].熱加工工藝，2010（09）.

[3] 陸元三.鋁及鋁合金氣焊工藝研究[J].金屬鑄鍛焊技術(shù)，2011（07）.

[4] 謝業(yè)東，農(nóng)琪.鋁及鋁合金常見焊接缺陷的原因及對策[J].裝備制造技術(shù)，2010（07）.