铝及铝合金焊接主要问题及工艺完善

王光智

【摘 要】本文介绍了铝及铝合金焊接的工艺特点以及在焊接过程中存在的主要问题，并着重探究了铝及铝合金焊接工艺的完善对策，以避免焊接接头返修。

【关键词】铝；铝合金；焊接工艺

【Abstract】This paper introduces the technical characteristics of aluminum and aluminum alloy welding and in welding the main problems existing in the process， and probes into the aluminum and aluminum alloy welding process improvement， in order to avoid welding joint repair.

【Key words】Aluminum； Aluminum alloy； Welding process

1 铝及铝合金焊接工艺特性

①易氧化。铝及铝合金焊接过程中很容易被氧化，进而生成结实的三氧化二铝薄膜，该薄膜难去除、很稳定，会妨碍焊接的顺利进行，且很容易出现夹渣、夹钨、气孔等缺陷。②耗热量多。与钢材相比，铝及铝合金焊接需要消耗更多的热量，必须选择功率大、能量集中的热源。另外，鉴于其良好的导电性能，在铝及铝合金焊接中需选择较大的焊接热能量。③易形成裂纹。铝的线膨胀系数是钢的两倍左右，凝固体积收缩率也相对较高，因而，铝及铝合金焊接过程中很容易因过大收缩出现裂纹。④极易形成气孔。由于铝及铝合金液体熔池较易吸收气体，在冷凝过程中若无法及时析出气体，很容易出现焊缝气孔。

2 铝及铝合金焊接存在的主要问题

2.1 裂缝问题

铝及铝合金焊接裂缝主要分为近缝区母材液化裂纹以及焊缝中的裂纹。一般来说，裂纹有横向、纵向之分，还有弧坑裂纹、根部裂纹等。通常情况下，焊接裂纹主要出现在端弧、起弧、熄弧，两段焊缝、定位焊、补焊的接头，或两条焊缝的连接位置。焊接裂纹严重影响了接头的连续性，很容易导致应力集中，进而增加焊接接头应力，出现疲劳断裂、脆性断裂等事件。

2.2 气孔问题

相比于其他类型的金属，铝及铝合金焊接过程中很容易出现气孔。气孔种类比较多，气孔不仅会减少焊接接头承接面积、降低焊缝致密性，还会降低焊接接头塑性、强度，尤其是大幅降低冲击韧性与冷弯角。平均电弧电压、焊嘴高度、焊前对焊件及焊丝的处理、大气中的湿度等均是导致焊缝气孔的主要因素。

3 铝及铝合金焊接工艺完善

3.1 焊前准备

3.1.1 准备

充分的焊接准备工作是提高铝及铝合金焊接质量的前提。为了预防冷裂纹缺陷，焊结构必须避免出现应力集中部位，反之，应使焊缝远离集中部位。如果焊接不同厚度的工件，必须使两者之间实现平滑过渡。

3.1.2 清理

良好的清理工作是保证铝及铝合金焊接质量的有效途径。铝及铝合金焊接过程中出现的氧化薄膜不仅是夹渣、气孔产生的重要因素，还会妨碍结构焊缝的有效熔合。若工件表面被污垢、油、锈等污染，也容易出现气孔问题。为了全面提高焊接质量，必须加强焊前清理工作，及时清除焊接接头与焊丝上的油污、氧化膜。

3.1.3 焊接垫板

铝及铝合金在高温环境中强度非常低，很容易出现烧穿或塌陷事件。为了预防这一问题，在实际焊接过程中，可采用焊接垫板方式托住金属。在设计焊接垫板过程中需注意，应设计成为可提供激冷作用的模式，进而减少热影响区，提高接头焊接质量。垫板的材料一般为不锈钢。

3.1.4 焊接工装

在铝及铝合金焊接工艺过程中，要想短时间内提高焊接质量，良好的焊接工装是一种有效途径。设置焊接工装，必须保证焊接过程中加持力均匀，焊枪可达性良好，与此同时，应保证焊接拆装便捷。

3.1.5 焊前预热

对于无法热处理强化的焊接工件来说，应先对基本金属体进行焊前预热处理。通过焊前预热，及时清除焊接金属表面的湿气，并通过缓慢冷却、缓慢加热等方式消除焊件温度差，进而减少裂纹、气孔、焊透、变形等问题。另外，通过焊前预热，还能提高焊接速度，降低高温环境下铝液停留时间。通常来说，若铝及铝合金焊件厚度不大，无需预热处理；若铝及铝合金焊件厚度超过8mm，则需进行预热处理。预热温度一般为100～200℃。

3.1.6 焊丝选择

纯铝一般选择牌号为HS301的通用焊丝，铝合金一般选择牌号为HS311的通用焊丝。铝合金选择焊丝时需要具体考虑是铝镁系列、铝铜系列或者铝硅系列等等。

3.2 焊后处理

3.2.1 清除残渣

工件焊接完毕之后，在进行焊缝无损检查之前，应及时清除焊缝及焊缝两侧的焊渣、残存焊剂，预防因焊渣、残存焊剂腐蚀工件表面而出现不良影响。

3.2.2 热处理

焊后热处理能有效消除焊接接头的残余应力，改善焊接接头组织性能。在铝及铝合金工件焊接完成之后，可充分进行热处理，从而促使金属热影响区强度逐步恢复到原先水平。若基体金属与填充金属成分不同，金属强度则取决于填充对基体金属的稀释度。

3.2.3 去除缺陷

工件焊接完毕后，若出现焊瘤或焊接接头余高过高等问题，必须及时去除缺陷。应通过射线探伤或超声波确定返修范围，具体返修范围应超过缺陷部位面积，通常可向缺陷两头分别扩展80-100mm。如果探测结果明确指出缺陷靠近外侧或内侧，可先返修该侧。

3.3 焊缝质量检验

铝及铝合金焊接完成后，需要进行质量检验。常用的焊缝质量检验方式有如下几种：①外观检验。该方式主要通过肉眼或放大镜进行观察，观察焊瘤、烧穿、裂缝、气孔、咬边、弧坑、余高等问题。②射线探伤。该检测方法是检验焊缝内部缺陷最有效的方式，其能确定工件内部裂纹、未焊透、夹渣、气孔的位置以及内部飞溅物等缺陷。③渗透检验。该检验方式主要是检查工件焊缝的致密性或焊缝微近表面的缺陷是否影响工件的工作性能。

4 结语

综上所述，随着工业发展对铝材使用量的日益增加，铝及铝合金焊接件在航空、化工设备、轨道车辆、汽车制造等众多领域得以广泛应用。本文针对铝及铝合金的焊接问题提出了部分建议，以期为一线的焊接工作提供一点理论指导。

【参考文献】

[1]赵长清.铝及铝合金板材非熔化极惰性气体保护焊的焊接工艺探讨[J].民营科技，2012（8）.

[责任编辑：王楠]