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鋁合金焊接常見缺陷及解決措施

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1、強(qiáng)的氧化能力


? ? ?鋁與氧的親和力很強(qiáng),在空氣中**易與氧結(jié)合生成致密而結(jié)實的AL2O3薄膜,厚度約為0.1μm,熔點高達(dá)2050℃,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋁及鋁合金的熔點,而且密度很大,約為鋁的1.4倍。在焊接過程中,氧化鋁薄膜會阻礙金屬之間的良好結(jié)合,并易造成夾渣。氧化膜還會吸附水分,焊接時會促使焊縫生成氣孔。這些缺陷,都會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重要特點。


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,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。


2、鋁的熱導(dǎo)率和比熱大,導(dǎo)熱快


? ? ?盡管鋁及鋁合金的熔點遠(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,有時需采用預(yù)熱等工藝措施,才能實現(xiàn)熔焊過程。


3、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,焊接薄板時尤其如此。另外,某些鋁及鋁合金焊接時,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**常見的嚴(yán)重缺陷之一。在實際焊接現(xiàn)場中防止這類裂紋的措施主要是改進(jìn)接頭設(shè)計,選擇合理的焊接工藝參數(shù)和焊接順序,采用適應(yīng)母材特點的焊接填充材料等。


4、容易形成氣孔


? ? ?焊接接頭中的氣孔是鋁及鋁合金焊接時**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產(chǎn)生氣孔的主要原因,這已為實踐所證明。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,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**好在2-3小時內(nèi)焊接完畢,**多不超過24小時。TIG焊時,選用大的焊接電流配合較高的焊接速度。MIG焊時,選用大的焊接電流慢的焊接速度,以提高熔池的存在時間。Al-Li合金焊接時,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。


5、焊接接頭容易軟化


? ? ? 焊接可熱處理強(qiáng)化的鋁合金時,由于焊接熱的影響,焊接接頭中熱影響區(qū)會出現(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。對于焊后軟化不能恢復(fù)的鋁合金,**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?! ?/p>


6、合金元素蒸發(fā)和燒損


? ? ? 某些鋁合金含有低沸點的合金元素,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。為了彌補這些燒損,在調(diào)整工藝的同時,常常采用含有這些沸點元素含量比母材高的焊絲或其他焊接材料。


7、鋁在高溫時的強(qiáng)度和塑性低


? ? ? 鋁在370℃時強(qiáng)度僅為10Mpa,焊接時會因為不能支撐住液體金屬而使焊縫成形不良,甚至形成塌陷或燒穿,為了解決這個問題,焊接鋁及鋁合金時常常要采用墊板。


8、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,此外對于鋁合金,焊接應(yīng)力的存在也是影響耐蝕性的一個重要因素。


為了提高焊接接頭的耐蝕性,主要采取以下幾個措施:

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**氧化處理或涂層等。


9、無色澤變化,給焊接操作帶來困難


? ? ? 鋁及鋁合金焊接時由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時,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的加熱溫度,盡量采用平焊,在引(熄)弧板上引(熄)弧等。 

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