鋁合金焊接性能及焊接接頭性能

盛騰飛 寧永哲

摘要：鋁合金特點眾多，是工業(yè)中不可或缺的輕金屬材料。鋁合金的使用無法避免焊接過程。鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域非常之廣，船舶，工廠，建筑，家具等等。這就需要嚴(yán)格鋁合金焊接規(guī)范，熟悉鋁合金焊接可能遇到的問題。

關(guān)鍵詞：鋁合金;焊接性能;焊接接頭性能

引言：這些年來，鋁合金的發(fā)展十分迅速，應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣泛遍及各個領(lǐng)域。鋁合金在實際應(yīng)用過程中，避免不了需要焊接，這就對焊接性能和焊接街頭性能有十分嚴(yán)格的要求，否者會對鋁合金成體有非常大的危害影響。下面就鋁合金焊接性能及焊接接頭性能，展開討論。

一、鋁合金焊接裂紋和特征

鋁合金焊接接頭受焊接材料的影響所產(chǎn)生的接口有裂紋有會有較大的差異，同時焊接接頭還受其他因素的影響，比如說：焊接結(jié)構(gòu)的差異等。因此形成的接頭千變?nèi)f化，按接頭形成的部位有兩大類：

（一）金屬焊接裂縫中的裂紋可以分為：橫豎向，發(fā)狀，弧坑和焊根裂紋等等。

（二）熱覆蓋區(qū)的裂紋種類包括：層狀，焊趾以及微熱裂紋。其中按照形成裂紋的形成溫度可以劃分為冷，熱裂紋，熱裂紋的形成的原因使由于焊接時的高溫形成， 由于合成金屬的成分偏析還有低熔點金屬物質(zhì)的存在，焊接時由于溫度接近焊接金屬固相線，金屬凝固收縮，而剩余金屬液體不足以補充空缺。固相凝固時受到收縮應(yīng)力的影響以及外界環(huán)境的影響下產(chǎn)生金屬開裂現(xiàn)象。 主要是因為雜質(zhì)中碳和鋼的成分，小部分鋁合金成分占比比較大;液化裂紋則是由于被加熱到熱影響范圍內(nèi)高溫金屬晶體臨界固體的時候，在收縮應(yīng)力的影響下形成的。在實際操作過程中，需要被填充物體的表面沒有清理干凈，就有可能導(dǎo)致焊接表面以及焊接裂縫中存在較多的雜質(zhì)成分和些許微小氣泡。在實際實驗操作過程中，鑄組織為焊接填補物質(zhì)，里面含有熔點較高的材料，焊接完成后仍會留有焊縫;還因為鑄造組織過于稀疏，氣孔比較多，比價容易吸附外界環(huán)境中含有的油脂和結(jié)晶水組分，它們是形成氣孔的決定性因素。如果有拉伸應(yīng)力作用于焊縫上之時，其含有的雜質(zhì)和氣孔就是經(jīng)常成為裂縫形成的部位。。在條件準(zhǔn)許的情況下，我們可以利用顯微鏡觀察到，那些氣孔和雜質(zhì)和裂縫之間相互有融合的趨勢。但是，夾雜物所表現(xiàn)出來負(fù)面作用還無法判斷到底是由于物質(zhì)的應(yīng)力集中緣還是脆性，還有待實驗探究。還有，通常認(rèn)定，鋁鎂合金焊縫里面的氣孔對焊縫金屬的拉伸能力并不會造成嚴(yán)重影響。在實驗樣品中，我們可以發(fā)現(xiàn)焊縫試驗樣品中夾雜和氣孔現(xiàn)象同時存在，氣孔到底是不是決定微裂紋誘發(fā)的關(guān)鍵因素，還是寒焊縫強度減弱的關(guān)鍵因素之一，還需要深入調(diào)查。

二、焊接接頭的裂紋趨向和氣孔趨向

（一）裂紋趨向的決定因素

焊接材料的差異決定了裂紋趨向的不同。有大量的魚骨形變約束裂紋的實驗數(shù)據(jù)可以參考，這實驗過程中，采用相同焊接方式，操作步驟也完全一樣。

實驗數(shù)據(jù)表明，6061合金與7005合金與同樣的5356焊絲，4043焊絲焊接時，6061的合金在焊接時比7005合金裂紋趨向要小很多。從另一種角度來看，焊絲4043要比焊絲5356的裂紋趨向小得多，并且焊絲4043與6061合金，7005合金焊接時，兩者的裂紋趨向相差并不是很大，所以在特殊情況下兩者是可以進(jìn)行替換的。

（二） 氣孔傾向的決定因素

利用X光線放大焊接部位內(nèi)部的氣孔，用顯微鏡觀察細(xì)微的氣孔，觀察結(jié)果比較可以得出，焊絲4043與焊絲5356在同樣的焊接時，焊絲4043的微小氣孔較少，焊絲5356的內(nèi)部較大氣孔較多。

三、鋁合金防止焊接時裂紋產(chǎn)生的措施

從鋁合金焊接時的焊接機理可知，對于熱烈恩的處理方法我們可以從兩方面著手進(jìn)行改進(jìn)：冶煉原因和工程工藝方面，降低熱裂紋產(chǎn)生的概率。

在冶煉原因方面，我們主要是通過改善冶煉系統(tǒng)，在里面加入變質(zhì)劑。改善焊縫的著眼點，從其他角度上來看，像增強抗裂能力的話，可以從控制合適劑量的易熔共晶，并減小晶體發(fā)生結(jié)晶的溫度范圍。鋁合金的結(jié)構(gòu)是最典型的共晶型，最大的裂紋趨向與合金凝固溫度范圍相互對應(yīng)，而些許的易熔共晶晶體的會增大裂紋傾向。通常情況下，把變質(zhì)劑中混合一些鈦，鋯，釩和硼等微量元素，可以通過細(xì)化晶體來改善金屬的在可塑性，柔韌性，以至于達(dá)到預(yù)防熱烈問的產(chǎn)生。例如：鋯的含量為0.15%，鈦+硼的含量為0.1%?？梢悦黠@的看的出來加這些微量元素后，焊接時的抗裂能力得到了提高。其這些元素都可以與鋁發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)生成難溶性化合物質(zhì)，在凝固的時候這些微小顆粒發(fā)揮自己的作用，細(xì)化晶體成為凝固時的晶核。

工藝方面主要是從焊接應(yīng)力上進(jìn)行預(yù)防，焊接操作，預(yù)熱操作，接頭形狀和焊接時操作順序，從這些方面著手改善裂紋。焊接操作工藝的數(shù)據(jù)可以表現(xiàn)出來凝固時的不平衡性以及實時的物質(zhì)狀態(tài)，參數(shù)的選擇可以影響凝固時的應(yīng)變的速度，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)焊接方法的熱能比較集中的時候，有利于加快焊接速度，可以預(yù)防產(chǎn)生顆粒較大的粗壯柱晶，因而就能改變抗裂能力。在焊接時候采用小的焊接電流，放緩焊接速率，可以降低過熱，也可以改變抗裂能力。而焊接時速率的提高，增加焊接部位的應(yīng)變能力，近而使熱裂的趨勢升高。綜上所述，增大焊接時的速度和焊接時候的電流都可以導(dǎo)致裂紋增大的趨勢。經(jīng)過預(yù)熱，能夠減小焊接時候的膨脹量，焊接應(yīng)力也隨之減小，降低了所受脆性溫度范圍應(yīng)力;盡可能使用開坡口和間隙較小的對接焊，盡量不要發(fā)生采用十字型焊接接頭及其不恰當(dāng)?shù)奈恢?，焊接方式，焊接前后順序。?dāng)焊接停止，必須立即把弧坑填補，隨后在移去熱源，不然的話很有可能形成弧坑裂紋現(xiàn)象。

結(jié)束語：

鋁合金的焊接看是簡單，但實際操作起來有很多不盡人意的地方，這就需要我們提前了解鋁合金的性質(zhì)，熟悉鋁合金的焊接流程，熟練掌握鋁合金的操作工藝。提高操作人員自身的專業(yè)技能能力，對加工的鋁合金焊接性能及其焊接街頭的性能得到保證，生產(chǎn)的品質(zhì)得到提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]段金龍.鋁合金焊接性能及焊接接頭性能的研究[J].世界有色金屬，2020（01）：275-276.

[2]盧書媛，張波，王衛(wèi)忠，俞璐.鋁鋼異種金屬焊接性能的研究[J].金屬加工（熱加工），2019（09）：38-40.