鋁及鋁合金焊接缺陷預防措施分析

隨著焊接技術的飛速發展，鋁及鋁合金的焊接也得到了廣泛的應用，由于材料本身的特殊性，也給焊工帶來較大的困難，要想掌握鋁及鋁合金的焊接技術，在了解鋁合金的基本性能、焊接特點、焊接材料、焊接設備、焊接操作方法的基礎上，還要掌握避免在焊接過程中出現焊接缺陷的技能。

一、鋁及鋁合金特性

1.鋁及鋁合金具有特殊的物理化學性能

鋁及鋁合金的外觀呈銀白色，密度小、電阻率低，熱膨脹系數和導熱系數大。由于鋁為面心立方結構，無同素異構轉變，無“延—脆”轉變，因而具有優異低溫韌性，在低溫下能保持良好的力學性能。此外，鋁及鋁合金還具有優異的耐蝕性能和較高的比強度，對熱和光都具有良好的反射率，磨削時無火花和無磁性。

2.鋁及鋁合金很容易加工成形

鋁及鋁合金可以鑄造、軋制、沖壓、拔絲、施壓、拉形和滾扎等各種方法制成形狀各異的制品。鋁及鋁合金容易機械加工，且加工速度快，這也是大量使用鋁零件的重要因素之一。鋁的機械性能、電化學性能、化學或油漆涂飾的變化范圍也較寬。

3.鋁及鋁合金熔點

純鋁的熔點為660℃，而鋁合金隨著其含的合金元素的不同，它的熔點在482℃～660℃之間變化。鋁及鋁合金從常溫加熱到熔化狀態時，沒有顏色的變化，這就使判斷是否接近熔點變的十分困難。

4.鋁及鋁合金的機械性能

鋁及鋁合金的機械性能隨純度而變化，純度越高，強度越低，塑性越高。隨著溫度的升高，其抗拉強度降低;溫度降低，則抗拉強度就增高，延伸率隨之增加。

5.與鋼相比鋁的導熱率高

熔焊時，就需要高的熱量輸入。對大型截面焊接時，需要進行預熱。

6.鋁及鋁合金的氧化鋁薄膜

鋁及鋁合金暴露在空氣中時，會很快形成一種黏著力強且耐熱的氧化鋁薄膜。在焊接前，必須仔細清除這層氧化膜，才能在熔焊時，基體和填充金屬熔合良好。在釬焊時，釬料有很好的流動性。氧化膜可用溶劑去除，也可在惰性氣氛下，由焊接電弧的作用去除，或者用機械的或化學的方法去除。

二、鋁合金焊接缺陷預防分析

1.焊前處理

(1)焊前準備。細致而充分的焊接準備，是實現鋁及鋁合金焊接成功的重要前提。為了防止產生冷裂紋，焊接結構必須避免有產生應力集中的部位，否則應盡可能使焊縫遠離應力集中部位。在焊接不同厚度的工件時，應使厚件與薄件實現平滑過渡。

(2)焊前清理。焊前清理是保證鋁及鋁合金焊接質量的一個重要的工藝措施。眾所周知，由于鋁及鋁合金極易氧化，表面生成一層致密而堅硬的氧化薄膜，該薄膜很容易吸收水分，它不僅妨礙焊縫的良好熔合，而且是生成氣孔和夾渣的根源之一。此外，如工件表面被油污、銹、污垢污染后，也會引起氣孔等缺陷。為了保證鋁及鋁合金的焊接質量，焊前要采取嚴格的清理措施，徹底清除焊絲和焊接接頭上的氧化膜和油污。清理的程度直接關系到焊接接頭的焊接質量。清理的方法主要有兩種:化學清理(使用D40 有機溶劑清洗焊接件表面)和機械清理(使用打磨工具如角磨機打磨焊縫區域)。

(3)焊接墊板。鋁及鋁合金在高溫時的強度很低，這樣在焊接時容易使焊縫下榻或者燒穿。為了避免這一缺陷，在實際焊接中常常采用某些形式的墊板來托住金屬，墊板應該設計成能提供對底部焊縫的激冷作用。這樣，就減少了熱影響區，對焊接接頭的性能有很好的作用。

(4)焊接工裝。在進行鋁及鋁合金焊接時，要在最短的時間內，得到質量高的焊接，有特殊制造的焊接工裝是一個十分重要的因素。焊接工裝的設計，應該保證在焊接時，夾持力均勻并且焊槍有很好的可達性，以及焊接工裝拆裝方便。

(5)焊前預熱。焊接不能熱處理強化的鋁及鋁合金時，一般不需要對基體金屬進行預熱。然而，對于可熱處理強化的鋁合金時，預熱對焊接是有利的。預熱的目的，一是為了消除焊接區金屬表面的濕氣;二是用緩慢加熱和緩慢冷卻的方式來減小焊件的溫度差，從而減少變形、未焊透、氣孔、裂紋等傾向;三是可以加快焊接速度，減少鋁液在高溫的停留時間(減少合金元素的燒損)。鋁及鋁合金焊件如果厚度尺寸不大，一般不需要預熱，當焊件厚度超過8mm，則需要預熱。

2.焊后處理

(1)清除殘渣。焊件焊完后，在對焊縫進行外觀檢查和無損檢測之前，需要對焊縫及兩側的殘存焊劑和焊渣及時進行清除，以防止焊渣和殘存焊劑腐蝕焊縫及其表面，避免造成不良后果。

(2)焊后熱處理。焊后熱處理的目的是為了改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應力。可熱處理強化鋁合金在焊接之后，可以重新進行熱處理，使基體金屬熱影響區的強度恢復到接近原來的強度。一般情況下，接頭破壞通常都是在焊縫的熔化區內，在重新進行焊后熱處理后，焊縫金屬所獲得的強度，主要取決于使用的填充金屬。填充金屬與基體金屬的成分不同時，強度將取決于填充對基體金屬的稀釋度。最好的強度與焊接金屬所使用的熱處理相適應。雖然焊后熱處理增加了強度，但對焊縫的韌性可能會出現某些損失。

(3)去除焊接缺陷。焊接完成以后，如果出現焊接接頭大或者斷續焊存在焊瘤時，必須要將缺陷修復，首先借助超聲波或者射線探傷確定返修范圍，返修范圍應當比缺陷所在部位稍微擴大一些。一般應分別向缺陷兩頭擴展50—70mm，如果根據探傷結果已經判斷出缺陷靠近產品的內側或外側，則可先返修該側，如果不能判斷是屬于哪一側，則必須進行雙面返修，一般是先返修外側，后修內側。

三、鋁及鋁合金產品的焊縫質量檢驗

焊接完成后的鋁及鋁合金，需要進行焊接質量檢驗。鋁及鋁合金焊縫的質量取決于焊接時所用的焊絲、氣劑、氣體的質量、接頭的裝配質量、焊接順序、坡口的清理、施工條件、焊工操作技術水平高低和選用的焊接規范等因素。為了保證焊接質量，必須嚴格檢查焊接結構制造過程中的各個環節，及時防止各種缺陷的產生。此外，焊接質量還與新工藝的推廣應用有關。完工后的焊接部件及整個產品，需要進行全面的質量檢驗。

焊縫的檢驗方法很多，一般常用的有以下幾種:

1.外觀檢測

這種檢驗方法是以肉眼觀察為主，有時也可用低倍放大鏡觀察。外觀檢驗的內容主要是檢查咬邊、表面氣孔、裂紋、燒穿、焊瘤、弧坑等缺陷，以及焊縫的外觀尺寸。檢查范圍100%焊縫。

2.X射線探傷

X射線探傷是檢查鋁及鋁合金焊縫內部最有效的方法。它能確定焊縫內部的氣孔、夾渣、未焊透、內部裂紋的位置和內部飛濺物等缺陷。但是，直徑在0.2mm以下的顯微氣孔、顯微裂紋和微小的未焊透等缺陷，不易用X射線探傷法探測到。對于探傷不合格的焊縫，應進行質量分析，找出原因，訂出措施后方可返修。返修后，必須重新做探傷檢驗，同一部位的返修次數一般不超過兩次。

3.滲透檢驗

滲透檢驗的目的是檢驗焊縫的致密性及焊縫中存在的微小缺陷是否會影響到產品的工作性能，一般采用拋、刷的方法在工件表面上施加滲透劑，如果有顯像顯示，則表明工件表面存在細小裂紋。發現裂紋，必須要對工件進行返修，返修后重新對工件進行滲透檢驗，直到合格為止。

在鋁及鋁合金焊接過程當中，常常會出現氣孔、裂紋、咬邊、未焊滿、燒穿等缺陷，外部缺陷用肉眼觀察或者使用放大鏡就可以被發現，內部缺陷需要無損探傷等方法才能發現，對焊接件的質量產生重要影響。要想盡量避免此類缺陷，就要從焊接工藝、操作人員技能、外部條件(溫度、濕度等)、工裝夾具等入手，提高各個方面的技術條件，才能實現產品質量無缺陷。

(作者單位:河北省唐山機車車輛廠高級技工學校)