常見鋁合金焊接缺陷及檢驗方法

聞瑞利

（河北機車技師學院,河北 唐山 064000）

隨著高速動車輕量化、高速化發展，鋁合金以其良好的性能得到越來越廣泛的應用。鋁合金車體具有耐腐蝕性強、質量輕、造型美觀等特點，是今后高速列車車體的主要發展方向。鋁合金焊接時最容易產生氣孔、裂紋、夾渣等缺陷，下面將分類介紹缺陷的產生原因和預防措施。

1 缺陷類別

1.1 氣孔

1.1.1 氣孔的根源

鋁合金在焊接時會產生氣孔等缺陷，而產生氣孔的氣體主要是氫氣、一氧化碳、氮氣。氮不溶于液態鋁，而且鋁合金材質中不含碳，所以鋁合金在焊接時不會出現氮氣和一氧化碳，只會產生氫氣孔。產生氣孔的原因一是因為氫在焊縫液態鋁中的溶解度為7ml/kg，而在660℃焊縫凝固時，氫的溶解度為0.4ml/kg，使原氫在液態鋁中大量析出，會產生氣泡。另一方面是鋁合金密度小、導熱性很強，焊接時冷卻速度快，不利于氣泡的逸出。為此，在焊接鋁合金時，為了減少氫的來源，應限制氫溶入母材金屬和填充金屬，且應該使用純度較高的保護氣體；焊前對鋁合金表面、焊材等要認真清除表面氧化膜、水分和油污；焊接過程盡可能連續焊接，以防止產生氣孔。另外在焊接時要選擇合理的焊接工藝參數，TIG焊時選擇大的焊接電流和較快的焊接速度。MIG焊時選擇大的焊接電流和較慢的焊接速度，以提高熔池的形成時間，有利于氫從過飽和固溶狀態鋁合金焊接金屬中逸出，減少焊接缺陷。

氫的來源主要有：（1）在金屬表面和焊接材料中溶解的氫；（2）在金屬表面和焊接材料表面附著的水分、有機物和其他雜物；（3）焊接保護氣體純度到不到要求；（4）在焊接區域保護不到位時來自空氣中的氫和水分。

1.1.2 預防措施

（1）焊前清理。保證鋁合金焊接質量的工藝措施是焊前清理。由于鋁合金在存放和焊接過程中及易被氧化，母材表面易生成致密而堅硬的氧化膜，該薄膜很容易吸收水分，它不但妨礙焊縫與母材的良好熔合，也是產生氣孔和夾渣的主要來源。此外，如工件表面不清潔也會產生氣孔等缺陷。為保證焊接質量，焊前要采取清除焊件表面的氧化膜和油污等。

目前清理方法主要有脫脂去油清理、化學清理和機械清理三種：1）脫脂清理即將焊絲、焊件待焊處的油污用汽油、乙醇、丙酮等溶液進行擦洗。2）化學清洗，是使用堿和酸等化學溶液清洗焊件、焊絲表面使其與油污、銹、氧化膜產生化學反應，生成易溶的物質，使待焊表面露出金屬光澤。3）機械清理，主要是用不銹鋼鋼絲刷或刮刀把焊件坡口兩側50mm范圍內的氧化膜刷除或刮除干凈，直至露出金屬表面光澤。

（2）預熱及調整焊接規范，預熱可以消除焊接區金屬表面的濕氣，可以降低冷速度，從而減少氣孔的產生。一般要求板后超過8mm時進行預熱。

1.2 裂紋

鋁的線膨脹系數比鋼的大將近一倍，凝固時的收縮率又比鋼大一倍，因此鋁焊件的焊接應力大，因此容易出現裂紋。焊接裂紋常出現在起弧、收弧、突然斷弧、定位焊、補焊處，因此在焊接鋁及鋁合金時需要添加引弧板和收弧板，將引弧和弧坑置于引弧板和收弧板內；盡量減少焊接應力，正確選擇焊接方法和焊接工藝參數。按照ISO10042B級要求裂紋是不允許出現的。

1.3 其他缺陷

鋁及鋁合金焊接過程中容易出現的其他缺陷有：夾渣、未熔合、咬邊、錯邊等，這些缺陷都會影響鋁合金的焊接強度，所以需要我們在實際生產過程中通過調整焊槍角度。焊接工藝規范以及裝配質量來控制這類缺陷的發生。

2 檢測方法

目前鋁合金檢測方法有無損檢測和破壞性試驗。其中無損檢測主要有外觀檢測、射線探傷以及滲透檢測；破壞性檢測主要有金相、斷裂、拉伸、彎曲等。

2.1 外觀檢測

外觀檢測主要是以肉眼觀察為主，也可以借助低倍放大鏡進行檢測。它主要以發現焊瘤、咬邊、焊縫表面氣孔、焊縫表面裂紋、焊穿、弧坑等缺陷以及焊縫幾何尺寸等。并且貫穿整個焊接工程。

2.2 射線探傷

射線探傷主要是檢測鋁合金焊縫內部，它能檢測到焊縫內部的氣孔、夾渣、未焊透、未溶合、焊縫內部裂紋的位置和內部夾渣等焊接缺陷。

圖1 密集氣孔

圖2 單個氣孔

2.3 滲透檢測

滲透檢測是利用毛細作用將帶有顏色的滲透液噴涂在焊縫表面上，使其深入缺陷內，清洗后施加現象劑顯示缺陷彩色痕跡的一種檢測方法。

2.4 金相、斷裂試驗

常用于對工作試件、焊接試板進行檢測。例如對焊工考試試板來說，對接試板一般進行外觀檢測后要進行射線探傷和斷裂試驗，而交接試板通常要進行金相和斷裂試驗。

3 評定方法

按照ISO10042標準進行評定。標準中分為B、C、D 3個評定等級，除焊縫寬度、余高可按照C級檢測，其余嚴格按照B級評定。例如通常將單個氣孔大小控制在0.2s，最大4mm（s指板厚）；鏈狀氣孔和是不允許的；裂紋、未熔合也是不允許的；夾渣控制在0.2s以內，最大3mm。

4 結論

為提高鋁合金焊接質量，仍需要不斷研究缺陷產生的原因、預防措施和解決方法，通過試驗、調整工藝規范來發現解決缺陷的最佳方法。