鋁合金材料焊接性能的分析

【摘 要】鋁合金材料在工業上應用十分廣泛，對鋁合金材料的焊接性能進行全面的分析有利于提高鋁合金材料使用的正確性。本文分析了鋁合金材料基本特點及其焊接特性，總結了鋁合金材料焊接的主要問題。

【關鍵詞】鋁合金；焊接特性；主要問題

一、鋁合金材料種類性能及其用途

（1）工業純鋁。工業純鋁指的是純度達到99.0%～99.9%鋁材料，及機械強度相比于鋁合金來說要低很多，但是其導電性及導熱性以及加工性能要高很多，因此，在一些導電材料及化工設備等場合下，工業純鋁有著廣泛的用途。（2）Al-Cu系合金。銅鋁合金時鋁合金中最為常見的一種鋁合金，其內部材料除了銅之外，還含有少量的Mn、Mg等材料，這種鋁合金在工業上用途十分廣泛，歸功于其超高的強度，但是，這種材料的可焊接性較差，且抗腐蝕性也很難達到工業的要求，因此，一般鉚接結構件多采用這種材料。（3）Al-Mn系合金。Al-Mn系合金是一種采用不同的冷作硬化方法獲得的材料，是一種非熱處理強化合金。其中Mn的含量大概只有1.5%，其強度比純鋁高，但其導電性及看腐蝕性等特性也不比純鋁差很多，因此，這種鋁合金在工業上也是極為常見的一種材料。（4）Al-Si系合金。這種鋁合金的熔點一般會隨著Si的含量增加而下降。此種鋁合金的結晶溫度范圍很寬其其熔點較低，因此其焊接性及鑄造性很好，一般的鑄造材料及焊條多采用這種鋁合金。這種不易產生熱裂紋而作為可熱處理強化合金的重要填加材料使用。（5）Al-Mg系合金。合金中Mg含量的不同，其拉伸強度也有很大的差別，一般情況下，這種材料多用作為焊接材料的結構件。

二、鋁合金材料的焊接特性分析

（1）熱脹冷縮。鋁的膨脹系數比一般的金屬要高很多，是銅的兩倍之多，同時鋁材料的收縮性最高能達到百分之七十五，鋁合金的主要成分是鋁，因此，鋁合金的熱脹冷縮性能也比一般的金屬材料要強很多。在鋁合金的焊接過程中，其發生焊接變形是十分常見的，而結晶是鋁合金材料還常常發生裂紋現象。（2）熱容量及融化溫度。鋁合金的熱容量要比一般的金屬材料高很多，想要將其融化需要更多的熱量。鋁合金的融化溫度因其純鋁的含量不同而不同，純鋁的熔點大概在600是攝氏度左右，一般的鋁合金的熔點便在600度上下，但不管何種類型的鋁合金，其熔點都要比銅的要低很多，所以，易融化時鋁合金材料以的一大特性。所以，鋁合金材料具有低熔點及高熱容量的特性。在焊接工藝上對這兩個特性要充分掌握才能生產出達到要求的材質。（3）與氧氣易反應。鋁的化學性中有極易氧化的特點，鋁合金也具有這種特點，鋁合金與氧氣化合生成一種氧化膜，其粘附能力極強，其耐高溫，嚴重影響到鋁合金的焊接性能，所以，在鋁合金材料的焊接前期必須要對這層氧化膜進行去除處理，如此，才能保證鋁合金的正常焊接。（4）焊接熱量使局部性能改變。焊接鋁合金需要更多的熱量，但是過多的熱量將會是某些部位的機械性能發生改變，且熱量越多，其影響程度越深，因此，在焊接件的焊縫部分的機械性能往往與其他部位有所不同，在產品設計時要特別注重這一部位的設計。

三、鋁合金材料焊接的主要問題

在鋁合金材料的焊接過程中常出現的問題主要有以下幾種：（1）焊縫出現裂紋。出現裂紋是鋁合金材料焊接最常見的缺陷之一，鋁合金的結晶溫度越寬其出現焊接裂紋的概率越大，有研究表明，鋁合金的含鐵量在6%以下很難出現裂紋。所以，焊接裂紋的控制很大程度上要取決于材料的選取。造成焊接裂紋產生的原因主要是合金成分的不同，因為純鋁的膨脹系數較大，這位鋁合金在焊接過程中出現裂紋提供了條件。（2）焊接結晶組織的出現。焊接結晶組織的出現是鋁合金焊接過程中又一常見問題，焊縫金屬是激冷的結晶組織，因此會伴隨著不平衡結晶而產生偏析。枝狀晶軸間距愈小，偏析率愈小。反之，枝狀晶軸間距愈大，偏析率亦愈大。靠近熔合線區的結晶組織是細網狀組織，隨著向焊道中心的接近而逐漸變成網狀枝晶組織，并通過新晶核的形成進一步向著形成等軸枝晶的方向變化。（3）氣孔的產生。氣孔出現是各種焊接材料焊接過程中都會出現的問題，鋁合金也不例外，氣孔的產生機理十分復雜，其直接根源是氫氣，因為鋁合金材料在高溫時溶解了大量的氫氣，等焊接過程完畢，溫度降低，氫氣的溶解度下降，氫氣上浮造成氣孔的產生。（4）未焊透或未熔合。未焊透的原因多半是由焊接電流過低引起的，未融合產生的原因主要是在焊接過程中，鋁合金母材還沒有真正融化或者其表面的氧化膜沒有清除干凈而引起的。除了以上四種外，鋁合金的焊接問題還有多種，如合金材料的丟失等，這些問題都嚴重影響到了焊接之后的鋁合金的物理及化學性能，對生產出來的產品質量大打折扣。

參考文獻

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