鋁及鋁合金焊接主要問題及工藝完善

王光智

【摘 要】本文介紹了鋁及鋁合金焊接的工藝特點(diǎn)以及在焊接過程中存在的主要問題，并著重探究了鋁及鋁合金焊接工藝的完善對(duì)策，以避免焊接接頭返修。

【關(guān)鍵詞】鋁；鋁合金；焊接工藝

【Abstract】This paper introduces the technical characteristics of aluminum and aluminum alloy welding and in welding the main problems existing in the process， and probes into the aluminum and aluminum alloy welding process improvement， in order to avoid welding joint repair.

【Key words】Aluminum； Aluminum alloy； Welding process

1 鋁及鋁合金焊接工藝特性

①易氧化。鋁及鋁合金焊接過程中很容易被氧化，進(jìn)而生成結(jié)實(shí)的三氧化二鋁薄膜，該薄膜難去除、很穩(wěn)定，會(huì)妨礙焊接的順利進(jìn)行，且很容易出現(xiàn)夾渣、夾鎢、氣孔等缺陷。②耗熱量多。與鋼材相比，鋁及鋁合金焊接需要消耗更多的熱量，必須選擇功率大、能量集中的熱源。另外，鑒于其良好的導(dǎo)電性能，在鋁及鋁合金焊接中需選擇較大的焊接熱能量。③易形成裂紋。鋁的線膨脹系數(shù)是鋼的兩倍左右，凝固體積收縮率也相對(duì)較高，因而，鋁及鋁合金焊接過程中很容易因過大收縮出現(xiàn)裂紋。④極易形成氣孔。由于鋁及鋁合金液體熔池較易吸收氣體，在冷凝過程中若無法及時(shí)析出氣體，很容易出現(xiàn)焊縫氣孔。

2 鋁及鋁合金焊接存在的主要問題

2.1 裂縫問題

鋁及鋁合金焊接裂縫主要分為近縫區(qū)母材液化裂紋以及焊縫中的裂紋。一般來說，裂紋有橫向、縱向之分，還有弧坑裂紋、根部裂紋等。通常情況下，焊接裂紋主要出現(xiàn)在端弧、起弧、熄弧，兩段焊縫、定位焊、補(bǔ)焊的接頭，或兩條焊縫的連接位置。焊接裂紋嚴(yán)重影響了接頭的連續(xù)性，很容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，進(jìn)而增加焊接接頭應(yīng)力，出現(xiàn)疲勞斷裂、脆性斷裂等事件。

2.2 氣孔問題

相比于其他類型的金屬，鋁及鋁合金焊接過程中很容易出現(xiàn)氣孔。氣孔種類比較多，氣孔不僅會(huì)減少焊接接頭承接面積、降低焊縫致密性，還會(huì)降低焊接接頭塑性、強(qiáng)度，尤其是大幅降低沖擊韌性與冷彎角。平均電弧電壓、焊嘴高度、焊前對(duì)焊件及焊絲的處理、大氣中的濕度等均是導(dǎo)致焊縫氣孔的主要因素。

3 鋁及鋁合金焊接工藝完善

3.1 焊前準(zhǔn)備

3.1.1 準(zhǔn)備

充分的焊接準(zhǔn)備工作是提高鋁及鋁合金焊接質(zhì)量的前提。為了預(yù)防冷裂紋缺陷，焊結(jié)構(gòu)必須避免出現(xiàn)應(yīng)力集中部位，反之，應(yīng)使焊縫遠(yuǎn)離集中部位。如果焊接不同厚度的工件，必須使兩者之間實(shí)現(xiàn)平滑過渡。

3.1.2 清理

良好的清理工作是保證鋁及鋁合金焊接質(zhì)量的有效途徑。鋁及鋁合金焊接過程中出現(xiàn)的氧化薄膜不僅是夾渣、氣孔產(chǎn)生的重要因素，還會(huì)妨礙結(jié)構(gòu)焊縫的有效熔合。若工件表面被污垢、油、銹等污染，也容易出現(xiàn)氣孔問題。為了全面提高焊接質(zhì)量，必須加強(qiáng)焊前清理工作，及時(shí)清除焊接接頭與焊絲上的油污、氧化膜。

3.1.3 焊接墊板

鋁及鋁合金在高溫環(huán)境中強(qiáng)度非常低，很容易出現(xiàn)燒穿或塌陷事件。為了預(yù)防這一問題，在實(shí)際焊接過程中，可采用焊接墊板方式托住金屬。在設(shè)計(jì)焊接墊板過程中需注意，應(yīng)設(shè)計(jì)成為可提供激冷作用的模式，進(jìn)而減少熱影響區(qū)，提高接頭焊接質(zhì)量。墊板的材料一般為不銹鋼。

3.1.4 焊接工裝

在鋁及鋁合金焊接工藝過程中，要想短時(shí)間內(nèi)提高焊接質(zhì)量，良好的焊接工裝是一種有效途徑。設(shè)置焊接工裝，必須保證焊接過程中加持力均勻，焊槍可達(dá)性良好，與此同時(shí)，應(yīng)保證焊接拆裝便捷。

3.1.5 焊前預(yù)熱

對(duì)于無法熱處理強(qiáng)化的焊接工件來說，應(yīng)先對(duì)基本金屬體進(jìn)行焊前預(yù)熱處理。通過焊前預(yù)熱，及時(shí)清除焊接金屬表面的濕氣，并通過緩慢冷卻、緩慢加熱等方式消除焊件溫度差，進(jìn)而減少裂紋、氣孔、焊透、變形等問題。另外，通過焊前預(yù)熱，還能提高焊接速度，降低高溫環(huán)境下鋁液停留時(shí)間。通常來說，若鋁及鋁合金焊件厚度不大，無需預(yù)熱處理；若鋁及鋁合金焊件厚度超過8mm，則需進(jìn)行預(yù)熱處理。預(yù)熱溫度一般為100～200℃。

3.1.6 焊絲選擇

純鋁一般選擇牌號(hào)為HS301的通用焊絲，鋁合金一般選擇牌號(hào)為HS311的通用焊絲。鋁合金選擇焊絲時(shí)需要具體考慮是鋁鎂系列、鋁銅系列或者鋁硅系列等等。

3.2 焊后處理

3.2.1 清除殘?jiān)?/p>

工件焊接完畢之后，在進(jìn)行焊縫無損檢查之前，應(yīng)及時(shí)清除焊縫及焊縫兩側(cè)的焊渣、殘存焊劑，預(yù)防因焊渣、殘存焊劑腐蝕工件表面而出現(xiàn)不良影響。

3.2.2 熱處理

焊后熱處理能有效消除焊接接頭的殘余應(yīng)力，改善焊接接頭組織性能。在鋁及鋁合金工件焊接完成之后，可充分進(jìn)行熱處理，從而促使金屬熱影響區(qū)強(qiáng)度逐步恢復(fù)到原先水平。若基體金屬與填充金屬成分不同，金屬強(qiáng)度則取決于填充對(duì)基體金屬的稀釋度。

3.2.3 去除缺陷

工件焊接完畢后，若出現(xiàn)焊瘤或焊接接頭余高過高等問題，必須及時(shí)去除缺陷。應(yīng)通過射線探傷或超聲波確定返修范圍，具體返修范圍應(yīng)超過缺陷部位面積，通?？上蛉毕輧深^分別擴(kuò)展80-100mm。如果探測結(jié)果明確指出缺陷靠近外側(cè)或內(nèi)側(cè)，可先返修該側(cè)。

3.3 焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

鋁及鋁合金焊接完成后，需要進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。常用的焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方式有如下幾種：①外觀檢驗(yàn)。該方式主要通過肉眼或放大鏡進(jìn)行觀察，觀察焊瘤、燒穿、裂縫、氣孔、咬邊、弧坑、余高等問題。②射線探傷。該檢測方法是檢驗(yàn)焊縫內(nèi)部缺陷最有效的方式，其能確定工件內(nèi)部裂紋、未焊透、夾渣、氣孔的位置以及內(nèi)部飛濺物等缺陷。③滲透檢驗(yàn)。該檢驗(yàn)方式主要是檢查工件焊縫的致密性或焊縫微近表面的缺陷是否影響工件的工作性能。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著工業(yè)發(fā)展對(duì)鋁材使用量的日益增加，鋁及鋁合金焊接件在航空、化工設(shè)備、軌道車輛、汽車制造等眾多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)鋁及鋁合金的焊接問題提出了部分建議，以期為一線的焊接工作提供一點(diǎn)理論指導(dǎo)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙長清.鋁及鋁合金板材非熔化極惰性氣體保護(hù)焊的焊接工藝探討[J].民營科技，2012（8）.

[責(zé)任編輯：王楠]