铝合金的焊接性分析

铝合金的焊接性分析
一、铝合金具有特殊的物理化学性能
铝合金的外观呈银白色，密度小、电阻率低，热膨胀系数和导热系数大。

由于铝为面心立方结构，无同素异构转变，无“延一脆”转变,因而具有优异低温韧性，在低温下能保持良好的力学性能。

此外，铝及铝合金还具有优异的耐蚀性能和较高的比强度，对热和光都具有良好的反射率，磨削时无火花和无磁性。

纯铝的熔点为660"C,而铝合金随着其含的合金元素的不同，它的熔点在482C~ 660'C之间变化。

铝及铝合金从常温加热到熔化状态时，没有颜色的变化，这就使判断是否接近熔点变的十分困难。

铝及铝合金可以铸造、轧制、冲压、拔丝、施压、拉形和滚扎等各种方法制成形状各异的制品。

铝及铝合金容易机械加工，且加工速度快，这也是大量使用铝零件的重要因素之一。

铝的机械性能、电化学性能、化学或油漆涂饰的变化范围也较宽。

铝及铝合金的机械性能随纯度而变化，纯度越高，强度越低，塑性越高。

随着温度的升高，其抗拉强度降低;温度降低，则抗拉强度就增高，延伸率随之增加。

铝及铝合金察露在空气中时，会很快形成种黏着力强且耐热的氧化铝薄膜。

在焊接前，必须仔细清除这层氧化膜，才能在熔焊时，基体和填充金属熔合良好。

在钎焊时，钎料有很好的流动性。

氧化膜可用溶剂去除，也可在惰性气氛下，由焊接电弧的作用去除，或者用机械的或化学的方法去除。

熔焊时，就需要高的热量输入。

对大型截面焊接时，需要进行预热。

二、铝及铝合金的焊接工艺方法
(一)铝合金的焊接方法
铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。

除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他-些焊接方法(如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等)也可以容易地将铝合金焊接在一起。

铝合金的气焊
氧一乙炔气焊的热效率低，焊接热输入不集中，焊接铝及铝合金时需采用熔剂，焊后又需清除残渣，接头质量及性能也不高。

因为气焊设备简单，无需电源，操作方便灵活，常用于焊接对质量要求不高的铝合金构件，如厚度较薄的薄板及小零件，以及补焊铝合金构件和铝铸件。

(1)气焊的接头形式
气焊铝合金时，不宜采用搭接接头和T形接头，这种接头难以清理流入缝隙中的残留熔剂和焊渣，应尽可能采用对接接头。

为保证焊件焊接时既焊透又不塌陷和烧穿，可以采用带槽的垫板，垫板一般用不锈钢或纯铜等制成，带垫板焊接可获得良好的反面成形，提高焊接生产率。

(2)气焊熔剂的选用
铝合金气焊时，为了使焊接过程顺利进行，保证焊缝质量，气焊时需要加熔剂来去除铝表面的氧化膜及其他杂质。

气焊熔剂(又称气剂)是气焊时的助熔剂，主要作用是去除气焊过程中生成在铝表
面的氧化膜，改善母材的润湿性能，促使获得致密的焊缝组织等。

气焊铝合金必须采用熔剂，般是在焊前熔剂直接撒在被焊工件坡口上，或者沾在焊丝上加入熔池内。

铝合金熔剂是钾、钠、钙、锂等元素的氯人盐，是粉碎后过筛并按一定比例配制的粉状化合物。

例如铝冰晶石(Na3AlF6) 在1000C进可以熔解氧化铝，又如氯化钾等可使难熔的氧化铝转变为易熔的氯化铝。

这种熔剂的熔点低，流动性好，还能改善熔化金属的流动性，使焊缝成形良好。

铝合金气焊熔剂有含锂熔剂和无锂熔剂两类。

含锂熔剂的氯化俚能改善熔渣的物理性能、降低熔渣的熔点和黏度，能较好地去除氧化膜，适用于薄板和全位置焊接。

但氯化锂价格贵，而且吸湿性强。

不含锂的熔剂熔点高、黏度大、流动性差，易产生焊缝夹渣，适用于厚大件的焊接。

对于搭接接头、不熔透角焊缝和难以完全清理掉残留熔渣的焊缝，以及含镁较高的铝镁合金选用熔剂时，不宜采用含钠组成物的熔剂。

将粉状熔剂和蒸馏水调成糊状(每100g 熔剂约加入③n蒸馏水)涂于焊件坡口和焊丝表面，涂层厚0.5~1.0 m。

或用灼热的焊丝直接蘸熔剂干粉使用，这样可减少熔池中水分的来源，减少气孔。

调制好的熔剂应在12h内用完。

铝合金气焊熔剂容易吸潮，所以应该对其瓶装密封，以防受潮失效。

焊接时，应先用洁净水或蒸馏水将熔剂调成糊状，然后把这涂在接头上，或者没涂在焊丝上。

调好的糊状熔剂最好随调随用，不要久放，以免变质。

(3)焊嘴和火焰的选择
铝合金有强烈的氧化性和吸气性。

气焊时，为使铝不被氧化，应采用中性焰或微弱碳化焰(乙炔既过剩的碳化焰)，使铝熔池置于还原性气氛的保护下而不被氧化。

严禁采用氧化焰，因为用氧化性较强的氧化焰会使铝强烈氧化，阻碍焊接过程进行:而乙炔过多，游离的氢可能溶入熔池，会促使缝产生气孔使焊缝疏松。

(4)定位焊缝
为防止焊件在焊接中产生尺寸和相对位置的变化，焊件焊前需要点固焊。

由于铝的线膨胀系数大、导热速度快、气焊加热面积大，因此，定位焊缝较钢件应密一些定位焊用的填充焊丝与产品焊接时相同，定位焊接前应在焊缝间除内涂一层气剂。

定位焊的火焰功率比气焊时稍大。

(5)气焊操作
焊接钢铁材料时，可以从钢材的颜色变化判断加热的温度。

但焊铝时，却没有这个方便条件。

因为铝合金从室温加热到熔化的过程中没有颜色的明显变化，给操作者带来控制焊接温度困难。

但可根据以下现象掌握施焊时机:当被加热的工件表面由光亮白色变成暗淡的银白色，表面氧化膜起皱，加热处金属有波动现象时，表明即将达到熔化温度，则可以施焊;
(6)焊后处理
气焊焊缝表面的残留焊剂和熔渣对铝接头的腐蚀，是铝接头日后使用中引起损坏的原因之一。

在焊后1-6h内，应将残余的溶剂熔渣清理掉，以防焊件的腐蚀。

三、铝及铝合金常见焊接缺陷及原因
焊接缺陷种类
常见的缺陷主要有焊缝成形差、裂纹、气孔、烧穿，未焊透、未熔合等。

1.焊缝成形差
焊缝成形差主要表现在焊缝波纹不美观，且不光亮;焊缝弯曲不直，宽窄不一，接头太多;焊缝中心突起，两边平坦或凹陷:焊缝满溢等。

产生原因:焊接规范选择不当:焊枪角度不正确;焊工操作不熟练;导电嘴孔径太大;早接电弧没有严平格对准坡口中心; 焊丝、焊件及保护气体中含有水分
2.气孔
产生原因:氩气纯度低或氩气管路内有水分、漏气等;焊丝或母材坡口附近焊前未清理干净或清理后又被污物、水分等沾污;焊接电流和焊速过大或过小:熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长等。

焊接时熔池中的气孔在凝固时未能逸出而留下来所形成的空穴称为气孔。

在MIG焊接过程中，气孔是不可避免的，只能尽量减少它的存在。

在培训的过程中，仰角焊、立向上焊气孔倾向尤为明显，根据DIN30042标准规定，单个气孔的直径最大不能超过0.25a (a为板厚)，密集气孔的单个直径最大不超过0.25+0.01a (a为板厚)。

氢是铝及铝合金熔化焊产生气孔的主要原因。

氮不溶于液态铝，铝又不含碳，因此铝合金中不会产生氮气孔和一氧化碳气孔;氧和铝有很大的亲和力，总是以氧化铝的形式存在，所以也不会产生氧气孔;氢在高温时大量的溶于液态铝，但几乎不溶于固态铝，所以在凝固点溶于液体中的氢几乎全部析出，形成气泡。

但铝和铝合金的比重轻，气泡在熔池中的上升的速度较慢，加上铝的导热能力强凝固，不利于气泡的浮出，
3.裂纹
产生原因:焊丝合金成分选择不当:当焊缝中的镁含量小于3%，或铁、硅杂质含量超出规定时，裂纹倾向增大;焊丝的熔化温度偏高时，会引起热影响区液化裂纹;结构设计不合理，焊缝过于集中或受热区温度过高，造成接头拘束应力过大:高浊停留时间长，红织过热:弧坑没填满，出现弧坑裂纹等。

在焊接应力及其他因素共同作用，焊接接头中局部区域的金属原子结合力遭到破坏形成新界面而产生的缝隙称为焊接裂，铝合金焊接裂纹通常都是热裂纹。

根据DIN30042标准规定，所有裂纹都是不允许存在的。

MIG焊中产生裂纹的主要原因有焊接工艺选择不当，焊缝熔合不良，焊缝深宽比太大，焊缝太窄和焊缝未端弧坑冷却过快等。

尤其是在仰角焊和向下立焊的时候，过窄的焊缝容易产生裂纹，若收弧的时候没有把弧坑填满，同样容易在弧坑处产生裂纹。

在组合接头焊接的时候，拐弯处由于熔合不好也容易出现裂纹。

4.未焊透
产生原因：焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、坡口角度、焊接电流均过小，钝边过大:工件坡口边缘的毛刺、底边的污垢焊前没有除净;焊炬与焊丝倾角不正确。

5.未熔合
焊接时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的部分称为未熔
合。

未熔合的存在减小了焊缝有效工作面积，使得焊缝的承载通过降低，并易在未熔合处引起应力集中。

在DIN30042标准中规定，未熔合在部件生产中是不允许的。

焊接区表面有氧化膜，焊接的时候热输入量不足未能将其打破，容易引起未熔合现象;焊接的时候焊丝没有走在熔池前沿的1/3 处容易引起未熔合;焊接接头处接头打磨的夹角不够大，焊丝伸出长度太大也引起接头处未熔合。

四、总结
铝及铝合金因其独特的材料性质和焊接性在现代工业和其他高科技领域中得到了越来越广泛的应用，成为我国现代化建设事业发展中不可缺少的结构材料之一。

通过对铝及铝合金材料结构、性质和焊接性的研究，我们可以看出，铝及铝合金有着不同于其他金属材料的特点和性质，因此我们要更好的理解并掌握铝及铝合金的相关材料知识，并认识到铝及铝合金应用的领域不同和对其要求的性能不同时，我们进行焊接时要根据具体情况选择相应的能满足需要的焊接方法来焊接铝及铝合金构件。