铝与铝合金焊接的特点及技巧

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：铝及铝合金的线胀系数是钢的2倍，在约束条件下焊接时，所产生较大的焊接应力，也是铝及铝合金具有较大的裂纹倾向的原因之一。铝及铝合金焊接时不等强度的表现，说明焊接接头发生了某种程度的软化或存在某一性能上的薄弱环节。

由于铝及铝合金的化学性质非常活泼，表面极易形成难熔性质的氧化膜（如Al₂O₃的熔点约为2050℃，MgO的熔点约为2500℃），以及铝及铝合金的导热性很强，焊接热输入容易迅速向母材流失，所以，容易造成铝及铝合金产生未熔合缺陷。铝及铝合金在焊接生产中的主要问题有以下几个：

1.铝的比热容和热导率比钢大

铝的比热容和热导率比钢大，所以，焊接过程的热输入因向母材迅速传导而流失，因此，用熔焊方法焊接时，需要采用高度集中的热源焊接，为了获得高质量的焊接接头，有时需要采用预热的工艺措施，才能实现熔焊过程；用电阻焊方法焊接铝及铝合金时，需要采用特大功率的电源焊接。

2.线胀系数较大

铝及铝合金的线胀系数较大，约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%左右，因此，焊件容易产生焊接变形。

3.铝和氧的亲和力大

铝和氧的亲和力大，极容易氧化。铝及铝合金在焊接过程中，在焊接表面氧化生成高密度（3.85g/cm³）的氧化膜（Al₂O₃）熔点高达2050℃，该氧化膜在焊接过程中，会阻碍熔化金属的良好结合，容易造成夹渣。

4.容易产生气孔

铝及铝合金在焊接过程中最容易产生的缺陷是氢气孔，这是由于在焊接电弧弧柱的空间中，总是或多或少的存在一定数量的水分，尤其是在潮湿的季节或湿度大的地区焊接时，由弧柱气氛中的水分分解而来的氢，溶入过热的熔池金属中，在低温凝固时，氢的溶解度会发生很大的变化，急剧下降，若在焊缝熔池凝固前不能析出，留在焊缝中就形成氢气孔。

其次，焊丝和焊件氧化膜中所吸附的水分，也是产生气孔的重要原因。Al-Mg合金的氧化膜不致密、吸水性很强。所以，Al-Mg合金要比氧化膜致密的纯铝具有更大产生气孔的倾向。

5.铝及铝合金熔化时无色泽变化

铝及铝合金在焊接过程中由固态变为液态时，没有明显的颜色变化，因此，焊工很难控制加热温度。此外，还由于铝及铝合金在高温时强度很低（铝在370℃时强度仅为10MPa），容易使焊缝熔池塌陷或熔池金属下漏。所以，焊接时焊缝背面需加垫板。

6.焊接热裂纹

铝及铝合金焊接过程中，在焊缝金属和近缝区内出现的热裂纹，主要是金属凝固裂纹，也可以在近缝区见到液化裂纹。易熔共晶体的存在，是铝及铝合金焊缝产生凝固裂纹的重要原因。铝及铝合金的线胀系数是钢的2倍，在约束条件下焊接时，所产生较大的焊接应力，也是铝及铝合金具有较大的裂纹倾向的原因之一。

7.焊接接头的等强性

能时效强化的铝合金，除了Al-Zn-Mg合金外，无论是在退火状态下、还是在时效状态下焊接，焊后如不经热处理，其焊接强度均低于母材。

非时效强化的铝合金，如Al-Mg合金，在退火状态下焊接时，焊接接头与母材是等强度的；在冷作应化状态下焊接时，焊接接头强度低于母材。

铝及铝合金焊接时不等强度的表现，说明焊接接头发生了某种程度的软化或存在某一性能上的薄弱环节。这种接头性能上的薄弱环节，可以存在于焊缝、熔合区或热影响区中的任何一个区域内。

（1）焊缝区由于是铸造组织，与母材的强度差别可能不大，但是，焊缝的塑性一般不如母材。同时，焊接热输入越大，焊缝的性能下降的趋势也越大。

（2）熔合区非时效强化的铝合金，熔合区的主要问题是因晶粒粗化而降低了塑性；时效强化的铝合金焊接时，不仅晶粒粗化，还可能因晶界液化而产生裂纹。所以，焊缝熔合区的主要问题是塑性发生恶化。

（3）热影响区非时效强化的铝合金和能时效强化的铝合金焊后的表现，主要是焊缝金属软化。

8.焊接接头的耐蚀性

铝及铝合金焊后，焊接接头的耐蚀性一般都低于母材。影响焊接接头耐蚀性的主要原因如下：

1）由于焊接接头组织的不均匀性，使焊接接头各部位的电极电位产生不均匀性。因此，焊前、焊后的热处理情况，就会对接头的耐蚀性发生影响。

2）杂质较多、晶粒粗大以及脆性相的析出等，都会使耐蚀性明显地下降。所以，焊缝金属的纯度和致密性是影响接头耐蚀性的原因之一。

3）焊接应力的大小，也是影响耐蚀性的原因之一。

铝与铝合金焊接的特点及技巧

相关推荐