常见铝合金焊接缺陷及检验方法

常见铝合金焊接缺陷及检验方法

摘要：本文通过研究铝合金缺陷产生的原因、预防措施，来发现解决缺陷的最佳方法，进一步提高焊接质量。

关键词：焊接，缺陷，检验

随着高速动车轻量化、高速化发展，铝合金以其良好的性能得到越来越广泛的应用。铝合金车体具有耐腐蚀性强、质量轻、造型美观等特点，是今后高速列车车体的主要发展方向。铝合金焊接时最容易产生气孔、裂纹、夹渣等缺陷，下面将分类介绍缺陷的产生原因和预防措施。

1 缺陷类别

1.1 气孔

1.1.1 气孔的根源

铝合金在焊接时会产生气孔等缺陷，而产生气孔的气体主要是氢气、一氧化碳、氮气。氮不溶于液态铝，而且铝合金材质中不含碳，所以铝合金在焊接时不会出现氮气和一氧化碳，只会产生氢气孔。产生气孔的原因一是因为氢在焊缝液态铝中的溶解度为7ml/kg，而在660℃焊缝凝固时，氢的溶解度为0.4ml/kg，使原氢在液态铝中大量析出，会产生气泡。另一方面是铝合金密度小、导热性很强，焊接时冷却速度快，不利于气泡的逸出。为此，在焊接铝合金时，为了减少氢的来源，应限制氢溶入母材金属和填充金属，且应该使用纯度较高的保护气体；焊前对铝合金表面、焊材等要认真清除表面氧化膜、水分和油污；焊接过程尽可能连续焊接，以防止产生气孔。另外在焊接时要选择合理的焊接工艺参数，TIG焊时选择大的焊接电流和较快的焊接速度。MIG焊时选择大的焊接电流和较慢的焊接速度，以提高熔池的形成时间，有利于氢从过饱和固溶状态铝合金焊接金属中逸出，减少焊接缺陷。

氢的来源主要有：（1）在金属表面和焊接材料中溶解的氢；（2）在金属表面和焊接材料表面附着的水分、有机物和其他杂物；（3）焊接保护气体纯度到不到要求；（4）在焊接区域保护不到位时来自空气中的氢和水分。

1.1.2 预防措施

（1）焊前清理。保证铝合金焊接质量的工艺措施是焊前清理。由于铝合金在存放和焊接过程中及易被氧化，母材表面易生成致密而坚硬的氧化膜，该薄膜很容易吸收水分，它不但妨碍焊缝与母材的良好熔合，也是产生气孔和夹渣的主要来源。此外，如工件表面不清洁也会产生气孔等缺陷。为保证焊接质量，焊前要采取清除焊件表面的氧化膜和油污等。

目前清理方法主要有脱脂去油清理、化学清理和机械清理三种：1）脱脂清理即将焊丝、焊件待焊处的油污用汽油、乙醇、丙酮等溶液进行擦洗。2）化学清洗，是使用碱和酸等化学溶液清洗焊件、焊丝表面使其与油污、锈、氧化膜产生化学反应，生成易溶的物质，使待焊表面露出金属光泽。3）机械清理，主要是用不锈钢钢丝刷或刮刀把焊件坡口两侧50mm范围内的氧化膜刷除或刮除干净，直至露出金属表面光泽。

（2）预热及调整焊接规范，预热可以消除焊接区金属表面的湿气，可以降低冷速度，从而减少气孔的产生。一般要求板后超过8mm时进行预热。

1.2 裂纹

铝的线膨胀系数比钢的大将近一倍，凝固时的收缩率又比钢大一倍，因此铝焊件的焊接应力大，因此容易出现裂纹。焊接裂纹常出现在起弧、收弧、突然断弧、定位焊、补焊处，因此在焊接铝及铝合金时需要添加引弧板和收弧板，将引弧和弧坑置于引弧板和收弧板内；尽量减少焊接应力，正确选择焊接方法和焊接工艺参数。按照ISO10042B级要求裂纹是不允许出现的。

1.3 其他缺陷

铝及铝合金焊接过程中容易出现的其他缺陷有：夹渣、未熔合、咬边、错边等，这些缺陷都会影响铝合金的焊接强度，所以需要我们在实际生产过程中通过调整焊枪角度。焊接工艺规范以及装配质量来控制这类缺陷的发生。

2 检测方法

目前铝合金检测方法有无损检测和破坏性试验。其中无损检测主要有外观检测、射线探伤以及渗透检测；破坏性检测主要有金相、断裂、拉伸、弯曲等。

2.1 外观检测

外观检测主要是以肉眼观察为主，也可以借助低倍放大镜进行检测。它主要以发现焊瘤、咬边、焊缝表面气孔、焊缝表面裂纹、焊穿、弧坑等缺陷以及焊缝几何尺寸等。并且贯穿整个焊接工程。

2.2 射线探伤

射线探伤主要是检测铝合金焊缝内部，它能检测到焊缝内部的气孔、夹渣、未焊透、未溶合、焊缝内部裂纹的位置和内部夹渣等焊接缺陷。

图1 密集气孔图2 单个气孔

2.3 渗透检测

渗透检测是利用毛细作用将带有颜色的渗透液喷涂在焊缝表面上，使其深入缺陷内，清洗后施加现象剂显示缺陷彩色痕迹的一种检测方法。

2.4 金相、断裂试验

常用于对工作试件、焊接试板进行检测。例如对焊工考试试板来说，对接试板一般进行外观检测后要进行射线探伤和断裂试验，而交接试板通常要进行金相和断裂试验。

3 评定方法

按照ISO10042标准进行评定。标准中分为B、C、D 3个评定等级，除焊缝宽度、余高可按照C级检测，其余严格按照B级评定。例如通常将单个气孔大小控制在0.2s，最大4mm（s指板厚）；链状气孔和是不允许的；裂纹、未熔合也是不允许的；夹渣控制在0.2s以内，最大3mm。

4 结论

为提高铝合金焊接质量，仍需要不断研究缺陷产生的原因、预防措施和解决方法，通过试验、调整工艺规范来发现解决缺陷的最佳方法。