鋁合金焊接頭的軟化及改善措施分析

王文安

（哈爾濱技師學院，黑龍江 哈爾濱 150000）

鋁合金是各行各業施工期間理想的輕量化材料，現階段在我們的生活、工作中鋁合金材料隨處可見，如輕軌電車、航空輕量化裝備、磁懸浮列車車體等，鋼材料焊接模式逐漸被鋁合金焊接結構所取代，對于同樣強度與剛度要求的工程，鋁合金材料質量可以減輕50%以上，從而有效實現產品結構的輕量化發展與成本控制目標。與此同時，鋁合金還具備較強的導熱性能，如果焊接過程中熱輸出不夠或者焊接工藝不當，那么，就容易產生焊接軟化問題，出現變形或者殘余應力等現象，導致焊接接頭強度大幅度降低，無法滿足構建使用要求。

1 鋁合金焊接期間常見問題

經過實踐探究可知，鋁合金焊接過程中接頭容易出現軟化問題，強度系數也大打折扣，并且不當的焊接工藝容易產生表面難熔的氧化膜，需要采用大功率密度焊接工藝，才能有效預防這一問題的發生。與此同時，施工人員操作不當的情況下，鋁合金焊接可能會出現熱裂紋或氣孔，對后續工作造成不利影響。相對來說，鋁合金焊接線膨脹系數較大，焊接后變形現象屢見不鮮，在熱導率方面鋁合金約為鋼的4倍，同樣焊接速度情況下，鋁合金熱輸入與鋼材熱輸入差異較大。一旦鋁合金焊接接頭出現軟化，那么其強度與剛度將大打折扣，與母材相比，接頭強度較低，從而使自身性能無法得到保障。在實際應用期間，鋁合金焊接接頭軟化現象在一定程度上影響了整體焊接質量，因此，我們將針對鋁合金焊接接頭軟化問題，有針對性地制定解決對策，希望能夠有效提升焊接接頭強度，為后續工作奠定堅實的基礎。

2 鋁合金焊接接頭軟化因素分析

鋁合金焊接后，接頭軟化問題較為常見，在不同焊接工藝及焊接熱輸入現象下，接頭軟化程度也不盡相同，但是，熱處理強化鋁合金焊接接頭軟化問題極為嚴重，不利于后續工作的順利實施。在退火情況下，非熱處理強化鋁合金焊接過程中，母材與接頭強度方面基本相同，在冷作硬化情況下焊接，母材強度則大于接頭強度。在實際工作中應注意，無論是在時效狀態下，還是在退火狀態下實施焊接工作，如果焊接后沒有及時對接頭進行熱處理，那么，接頭強度將無法得到保障，甚至低于母材，尤其是時效狀態下硬鋁焊接完成后，雖然及時進行時效處理，但是，接頭強度仍低于母材強度，無法滿足建設需求，這對于鋁合金整體結構使用壽命也將造成嚴重影響。

2.1 非熱處理強化鋁合金焊接接頭軟化

非熱處理強化鋁合金焊接接頭軟化現象，是由于焊接熱影響區焊接接頭局部冷卻或晶粒粗大，導致材料硬化效果消失造成的。如果再結晶體溫度低于熱影響區峰值溫度，那么，產生軟化現象后，鋁合金焊接接頭整體硬度將大幅度降低，冷作硬化的強化效果無法體現。因此可以看出，隨著焊接前母材冷作硬化程度的提高，后期接頭軟化程度隨之提高，在鋁合金焊接工程中軟化現象十分常見，并且在特定情況下是不可避免的，尤其是經冷作硬化后的鋁合金薄板，如果焊接過程中工藝應用不當，那么，其強化效果將被抵消。

2.2 熱處理強化鋁合金焊接接頭軟化

熱處理強化情況下鋁合金接頭軟化現象較為明顯，導致這一問題產生的原因是由于高溫環境下，熱影響區及焊縫性能發生一定變化，從而形成一系列反應而引起的。在鋁合金焊接高溫環境下如果時間過長，那么，就會產生熱影響區軟化問題，也就是說，熱影響區強化相脫溶析出并集聚長大，從而導致焊接強化作用被抵消，形成過時效軟化，在一定熔焊作用下這是難以避免的。與此同時，熱處理強化鋁合金焊接接頭可能會產生熱裂紋，為了預防熱影響區軟化現象，焊接過程中施工人員應盡量減少焊接熱輸入，這樣也有利于高溫在影響區停留時間的縮減，以防高溫作用下晶體長大造成大面積粗晶區，導致鋁合金焊接接頭軟化問題的產生。

3 鋁合金焊接接頭軟化問題改善措施

3.1 常見改善措施分析

現階段，我國業內人員對鋁合金焊接接頭軟化問題高度重視，并且針對此問題開展了一系列研究，取得了重要成果。首先，以冶金學為出發點，可以通過焊接熱模擬的方式改變焊絲成分，或者采取有效的熱處理方法改善接頭區組織性能，促進接頭強度的提高。其次，以力學為出發點考慮，可以利用時效強化、擠壓強化、溫差拉伸、隨焊碾壓強化、局部補強等方式，有效改善鋁合金焊接接頭性能。從冶金角度出發，焊后熱處理能夠保障鋁合金在焊接過程中強化效果的恢復，這種軟化改善方式一般在小型焊件中較為常見，但是，也容易產生變形問題，受到多方面限制。而以力學為出發點進行的時效強化工作，能夠在一定程度上有效改善接頭軟化問題，但是，也正是由于其時效性，因此，一旦發生過時效現象，則晶粒粗化發展，接頭強度也大幅度降低。

除此之外，隨焊碾壓的方式可以降低近縫區及焊縫區的殘余應力，但是，由于通常依靠輪軸傳遞碾壓力量，而碾壓輪尺寸相對較大，與焊槍之間存在矛盾，打弧現象經常出現，加上實際生產期間大型設備投入較為困難，因此，這一方法并未得到普及。隨焊旋轉擠壓方式有利于鋁合金焊接接頭參與應力的降低，并且能夠在一定程度上改善接頭變形現象，但是，這一方法應用范圍較小，現階段只適用于薄壁焊接結構件，應用期間受到的限制性影響較多。隨焊錘擊能夠有效改善薄板結構焊趾及焊縫的力學性能，但是需要在焊道表面與焊道兩側直接錘擊，而錘擊面粗糙需要裝置附加設備，因此，很難準確控制。

目前，溫差拉伸方式應用較少，該方法具有工作環境差、成本高、效率低，以及使用不方面等不足之處，并且在使用過程中可能加大焊縫區橫向收縮現象，因此，在封閉焊縫焊接條件下無法實施。

3.2 深冷處理措施分析

20世紀60年代，普通冷處理逐漸轉變為深冷處理，屬于一門新技術，能夠實現-130℃以下對材料進行處理，從而促進材料韌性與強度的提高。在非鐵金屬、鋼鐵金屬以及復合材料中深冷處理較為常見，能夠保障材料使用壽命、力學性能達到預期效果，并且有利于材料均勻性的改善，實際工作期間，深冷處理方式具有操作簡便、成本低廉、無污染等優勢。

現階段，國內外對于工模具鋼深冷處理相關研究較多，在研究人員的不懈努力下，該方法能夠有效改善材料性能。鋁合金屬于非鐵金屬材料，但是，相關深冷處理研究較少，在國內這種技術引進相對較晚。

通過實驗觀察與探析可以了解到，在深冷處理后，鋁合金焊接接頭抗拉強度有所提升，在2個小時深冷處理后，焊接接頭抗拉強度并未出現明顯變化，而到了4個小時深冷處理時間后，鋁合金焊接接頭抗拉強度顯著提升，并且也是提高幅度最大的階段，與其他未經處理的焊接接頭硬度相比較，這時候，接頭抗拉強度提高了10%以上。深冷處理8個小時之后，將其與深冷處理4個小時后的數據相比，可以發現其抗拉強度有所降低。從整體上來看，鋁合金焊接接頭在深冷處理下，焊縫區粗晶現象以及接頭轉化現象得到顯著改善，并且焊接接頭強韌性與力學性能也得以提高，由此可見，將深冷處理技術與鋁合金焊接工作相結合，對于二者的發展均具有深刻意義。

4 結語

綜上所述，鋁合金焊接接頭存在軟化現象，這對于鋁合金焊接結構的應用將構成不利影響，而現階段一些改善措施無法從根本上解決問題，經過相關調查與資料分析，可以了解到，深冷處理方式有利于鋁合金焊接接頭強度的提高，并且具有成本低、操作簡便的特點。本文對鋁合金焊接接頭軟化問題改善對策進行了分析，希望能夠為專業人員的研究提供一些參考。