铝合金焊接头的软化及改善措施分析

王文安

（哈尔滨技师学院，黑龙江 哈尔滨 150000）

铝合金是各行各业施工期间理想的轻量化材料，现阶段在我们的生活、工作中铝合金材料随处可见，如轻轨电车、航空轻量化装备、磁悬浮列车车体等，钢材料焊接模式逐渐被铝合金焊接结构所取代，对于同样强度与刚度要求的工程，铝合金材料质量可以减轻50%以上，从而有效实现产品结构的轻量化发展与成本控制目标。与此同时，铝合金还具备较强的导热性能，如果焊接过程中热输出不够或者焊接工艺不当，那么，就容易产生焊接软化问题，出现变形或者残余应力等现象，导致焊接接头强度大幅度降低，无法满足构建使用要求。

1 铝合金焊接期间常见问题

经过实践探究可知，铝合金焊接过程中接头容易出现软化问题，强度系数也大打折扣，并且不当的焊接工艺容易产生表面难熔的氧化膜，需要采用大功率密度焊接工艺，才能有效预防这一问题的发生。与此同时，施工人员操作不当的情况下，铝合金焊接可能会出现热裂纹或气孔，对后续工作造成不利影响。相对来说，铝合金焊接线膨胀系数较大，焊接后变形现象屡见不鲜，在热导率方面铝合金约为钢的4倍，同样焊接速度情况下，铝合金热输入与钢材热输入差异较大。一旦铝合金焊接接头出现软化，那么其强度与刚度将大打折扣，与母材相比，接头强度较低，从而使自身性能无法得到保障。在实际应用期间，铝合金焊接接头软化现象在一定程度上影响了整体焊接质量，因此，我们将针对铝合金焊接接头软化问题，有针对性地制定解决对策，希望能够有效提升焊接接头强度，为后续工作奠定坚实的基础。

2 铝合金焊接接头软化因素分析

铝合金焊接后，接头软化问题较为常见，在不同焊接工艺及焊接热输入现象下，接头软化程度也不尽相同，但是，热处理强化铝合金焊接接头软化问题极为严重，不利于后续工作的顺利实施。在退火情况下，非热处理强化铝合金焊接过程中，母材与接头强度方面基本相同，在冷作硬化情况下焊接，母材强度则大于接头强度。在实际工作中应注意，无论是在时效状态下，还是在退火状态下实施焊接工作，如果焊接后没有及时对接头进行热处理，那么，接头强度将无法得到保障，甚至低于母材，尤其是时效状态下硬铝焊接完成后，虽然及时进行时效处理，但是，接头强度仍低于母材强度，无法满足建设需求，这对于铝合金整体结构使用寿命也将造成严重影响。

2.1 非热处理强化铝合金焊接接头软化

非热处理强化铝合金焊接接头软化现象，是由于焊接热影响区焊接接头局部冷却或晶粒粗大，导致材料硬化效果消失造成的。如果再结晶体温度低于热影响区峰值温度，那么，产生软化现象后，铝合金焊接接头整体硬度将大幅度降低，冷作硬化的强化效果无法体现。因此可以看出，随着焊接前母材冷作硬化程度的提高，后期接头软化程度随之提高，在铝合金焊接工程中软化现象十分常见，并且在特定情况下是不可避免的，尤其是经冷作硬化后的铝合金薄板，如果焊接过程中工艺应用不当，那么，其强化效果将被抵消。

2.2 热处理强化铝合金焊接接头软化

热处理强化情况下铝合金接头软化现象较为明显，导致这一问题产生的原因是由于高温环境下，热影响区及焊缝性能发生一定变化，从而形成一系列反应而引起的。在铝合金焊接高温环境下如果时间过长，那么，就会产生热影响区软化问题，也就是说，热影响区强化相脱溶析出并集聚长大，从而导致焊接强化作用被抵消，形成过时效软化，在一定熔焊作用下这是难以避免的。与此同时，热处理强化铝合金焊接接头可能会产生热裂纹，为了预防热影响区软化现象，焊接过程中施工人员应尽量减少焊接热输入，这样也有利于高温在影响区停留时间的缩减，以防高温作用下晶体长大造成大面积粗晶区，导致铝合金焊接接头软化问题的产生。

3 铝合金焊接接头软化问题改善措施

3.1 常见改善措施分析

现阶段，我国业内人员对铝合金焊接接头软化问题高度重视，并且针对此问题开展了一系列研究，取得了重要成果。首先，以冶金学为出发点，可以通过焊接热模拟的方式改变焊丝成分，或者采取有效的热处理方法改善接头区组织性能，促进接头强度的提高。其次，以力学为出发点考虑，可以利用时效强化、挤压强化、温差拉伸、随焊碾压强化、局部补强等方式，有效改善铝合金焊接接头性能。从冶金角度出发，焊后热处理能够保障铝合金在焊接过程中强化效果的恢复，这种软化改善方式一般在小型焊件中较为常见，但是，也容易产生变形问题，受到多方面限制。而以力学为出发点进行的时效强化工作，能够在一定程度上有效改善接头软化问题，但是，也正是由于其时效性，因此，一旦发生过时效现象，则晶粒粗化发展，接头强度也大幅度降低。

除此之外，随焊碾压的方式可以降低近缝区及焊缝区的残余应力，但是，由于通常依靠轮轴传递碾压力量，而碾压轮尺寸相对较大，与焊枪之间存在矛盾，打弧现象经常出现，加上实际生产期间大型设备投入较为困难，因此，这一方法并未得到普及。随焊旋转挤压方式有利于铝合金焊接接头参与应力的降低，并且能够在一定程度上改善接头变形现象，但是，这一方法应用范围较小，现阶段只适用于薄壁焊接结构件，应用期间受到的限制性影响较多。随焊锤击能够有效改善薄板结构焊趾及焊缝的力学性能，但是需要在焊道表面与焊道两侧直接锤击，而锤击面粗糙需要装置附加设备，因此，很难准确控制。

目前，温差拉伸方式应用较少，该方法具有工作环境差、成本高、效率低，以及使用不方面等不足之处，并且在使用过程中可能加大焊缝区横向收缩现象，因此，在封闭焊缝焊接条件下无法实施。

3.2 深冷处理措施分析

20世纪60年代，普通冷处理逐渐转变为深冷处理，属于一门新技术，能够实现-130℃以下对材料进行处理，从而促进材料韧性与强度的提高。在非铁金属、钢铁金属以及复合材料中深冷处理较为常见，能够保障材料使用寿命、力学性能达到预期效果，并且有利于材料均匀性的改善，实际工作期间，深冷处理方式具有操作简便、成本低廉、无污染等优势。

现阶段，国内外对于工模具钢深冷处理相关研究较多，在研究人员的不懈努力下，该方法能够有效改善材料性能。铝合金属于非铁金属材料，但是，相关深冷处理研究较少，在国内这种技术引进相对较晚。

通过实验观察与探析可以了解到，在深冷处理后，铝合金焊接接头抗拉强度有所提升，在2个小时深冷处理后，焊接接头抗拉强度并未出现明显变化，而到了4个小时深冷处理时间后，铝合金焊接接头抗拉强度显著提升，并且也是提高幅度最大的阶段，与其他未经处理的焊接接头硬度相比较，这时候，接头抗拉强度提高了10%以上。深冷处理8个小时之后，将其与深冷处理4个小时后的数据相比，可以发现其抗拉强度有所降低。从整体上来看，铝合金焊接接头在深冷处理下，焊缝区粗晶现象以及接头转化现象得到显著改善，并且焊接接头强韧性与力学性能也得以提高，由此可见，将深冷处理技术与铝合金焊接工作相结合，对于二者的发展均具有深刻意义。

4 结语

综上所述，铝合金焊接接头存在软化现象，这对于铝合金焊接结构的应用将构成不利影响，而现阶段一些改善措施无法从根本上解决问题，经过相关调查与资料分析，可以了解到，深冷处理方式有利于铝合金焊接接头强度的提高，并且具有成本低、操作简便的特点。本文对铝合金焊接接头软化问题改善对策进行了分析，希望能够为专业人员的研究提供一些参考。