铝合金常见焊接缺陷分析

铝合金常见焊接缺陷分析

张宏伟

（东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００６０）

摘要：阐述了铝合金焊接特点、缺陷种类及焊接生产中应遵守的注意事项，重点分析了焊接表面气孔和裂纹等缺陷的形成原因，提出了控制焊接缺陷的措施。关键词：铝合金；焊接；气孔；裂纹中图分类号：ＴＧ４４４．７４

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００７－７２３５（２０１０）０ｌ－００５３—０３

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铝合金焊接性能较差，在焊接过程中往往会产生不同类型的焊接缺陷而遗留在焊缝中，如气孔和裂纹等。焊缝气孔和裂纹缺陷占焊接废品总数的

４０％～５０％１１－３Ｊ。根据多年的生产实践，针对铝合金

析出而形成气泡，而铝合金的密度小，气泡在熔池中上升速度较慢；同时由于铝合金的导热系数大、焊缝冷却凝同速度快，液体状态下停留时间短，不利于气泡浮出而产生气孔。在焊缝的氢气孔一般呈白亮光洁状。气孔破坏了焊缝金属的致密性，削弱了焊缝的有效截面积，降低焊缝的力学性能，尤其是焊缝的弯曲强度和冲击韧性。一般来说气孔是导致构件破坏的重要原因，使其塑性降低４０％～５０％。在交变应力作用下焊缝的疲劳强度显著下降。

铝合金焊接气孔缺陷产生的原因主要有以下几方面。

（Ｉ）焊接过程中气体保护不当。保护气体纯度较低，含有超标杂质或在焊接过程中气体保护不充分，使得空气中的水分卷入到电弧气氛中，分解释放出氢，进入熔池产生氢气孔；另外，当保护气体流量过大时，又会将空气卷人弧柱区和熔池，同样会使焊缝气孔趋势增大，在焊缝凝固过程中若气体来不及

焊接特点与影响焊接质量的因素，采用相应的工艺措施，有效地控制焊接缺陷，满足使用要求。１

铝合金焊接缺陷的种类及产生的原因

铝合金焊接常见缺陷主要有气孔和裂纹等。

１．１

铝合金焊接气孔缺陷产生的原因

焊接时熔池中的气体在凝同时不能逸出而留下

来所形成的空穴称为气孑Ｌ。按位置不同可分为表面气孔、内部气孔；按形状不同可分为点状、链状、分散状。气孔可以分布在焊缝的任何部位。

铝合金焊接气孔主要是由氢引起的氢气孑Ｌ（示意图见图１）。由于氢在铝合金液、同状态下的溶解度相差近２０倍，在铝合金焊缝凝固过程中氢会大量

收稿日期：２００９—０９—２１

作者简介：张宏伟（１９７０一），男，黑龙江齐齐哈尔人，高级工程师。

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图１焊接气孔

逸出，则聚集而形成气孔。

（２）焊丝和母材吸附的水分。母材与焊丝表面氧化膜清除不彻底或清除后放置时间较长，导致其表面氧化膜吸附大量的水分，在焊接过程中分解释放出氢。

（３）焊枪喷嘴内不干净或有水分，在焊接过程中分解释放出氢。

（４）厂房空气中的湿度对焊缝产生气孑Ｌ也有较大影响。当空气湿度大于８５％～９０％时，产生气孑Ｌ的倾向急剧增高。因此，焊接生产场地应尽量选择干燥、洁净、开阔，并且不易受空气流动影响的环境。

１．２铝合金焊接裂纹缺陷产生的原因

在焊接应力及其他因素共同作用下，焊接接头中局部区域遭到破坏形成新界面而产生的缝隙便是焊接裂纹（示意图见图２）。铝合金焊接裂纹一般分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是在焊接过程中形成的，大部分产生在焊缝填充部位和熔合线部位，并埋藏于焊缝中；冷裂纹又称延时裂纹，一般是在焊缝冷却过程中由于应力的影响而产生，有时是随着焊缝的组织的变化首先在焊缝内部形成组织晶界裂纹，经过一段时间之后才形成宏观裂纹，这类裂纹一般形成于焊缝的热影响区和焊缝的表面。

图２焊接裂纹

焊缝熔合不良和焊缝末端弧坑冷却过快等，都会产生焊接裂纹，具体的原因有以下几方面：

（１）焊接工艺选择不当。

（２）焊缝设计不当导致焊接应力过大（如坡口形式及角度不适当、焊缝根部间距过大、焊缝深宽比太大或焊缝太窄）。

（３）焊接操作不当，焊前预热及焊后冷却不当而导致焊接应力过大。

２．１铝合金焊接气孔缺陷的防止措施

（１）焊接前清理焊丝和母材金属表面的氧化膜等杂质，采川钢丝刷清除坡口两侧表面的氧化膜，再用丙酮去除油污。焊丝应整体清洗，先在ＮａＯＨ水溶液（浓度约６％一１０％）中清洗直至露出金属的光泽（清洗时注意搅动焊丝），再用７０＂（２—９０℃热水冲洗，除掉焊丝表面的ＮａＯＨ溶液。然后放入３０％ＨＮＯ，溶液中中和，使焊丝表面露出铝合金洁白光泽（清洗时注意搅动焊丝），再放入７０℃～９０℃热水冲洗。最后烘干。经过清理的部位及焊丝应妥善保护，焊丝置于干燥而清洁的环境中。在清理后应尽快焊接，从清理到焊接的间隔时间不要超过２４ｈ，否则应重新清理。

２铝合金焊接缺陷的防止措施

根据上述焊接缺陷产生的原因，提出以下应对措施。

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（２）保护气体采用高纯度、干燥的纯氩气，纯度一般应大于９９．９％，氩气中的含水量限制在０．０７％左右，在使用前必须严格检验氩气管路系统，要保持干燥，不得有泄漏现象。

（３）根据焊接件的结构特点调整好氩气流量，以保证氩气对熔池的保护。适当增大氩气流量可以增强气流挺度，增强氩气保护层抵抗空气流动影响的能力和抵抗由于焊接速度的增大而受到增大的空气阻力的能力。但氩气流量不宜过大，否则，氩气保护层会产生涡流，反而卷入空气，降低保护效果，并影响焊接电弧的稳定和使熔池发生波动，因而增加焊缝产生气孑Ｌ的几率。

（４）焊接时必须彻底清除氩气喷嘴上黏附的飞溅物，以免混入水分，同时防止气流出现紊流；减小喷嘴到熔池的距离，提高氩气利用率；缩短电弧长度，减小喷嘴直径，更换破损的喷嘴，减少焊枪角度等均能提高氩气屏蔽效果。焊接时提前送氩气时间调至０．５Ｓ，延时送气时间调至０．８ｓ。防止接头和收弧处出现大气孔和密集气孔。

另外，对于厚大工件或规程规定要进行焊前预热的工件，．必须进行焊前预热；焊接过程中焊接速度不宜过快；焊接场所应尽量选择在干燥、清洁、少干扰的环境，要有防雨防风设施，焊接时要避免穿膛风。

２．２铝合金焊接裂纹缺陷的防止措施

铝合金焊接裂纹主要出现在接头部位、起弧和收弧部位等位置。主要从焊接工艺参数和焊接操作

人手防止焊接裂纹。

（１）合理选择焊接工艺规范：①对于壁厚较大的

焊接件，在焊接过程中应适当降低焊接行走速度，对于深宽比很大的焊缝可采用加大电弧电流、延长收弧时间，以便将弧坑填满。②多层焊时提高焊接热输入，保证层与层之间的熔合，避免出现层间裂纹。③设计焊接接头时，应将接头的坡口角度加大到足以能对坡口底部进行施焊操作。焊缝根部的间距应适当，从而降低焊缝的刚度，避免因焊接变形而产生较大的焊接应力，从而防止焊接裂纹的产生。

（２）焊接前预热、焊后缓冷。由于铝合金导热性好，焊接时需要大的热输入量，以补偿向焊件的热导出量，尤其是气温较低时，更应加强焊接预热。预热温度为１００℃一１５０℃，一般不超过２００℃。预热后应立即施焊，以有利于提高焊件的原始温度，可减少温差，降低焊接温度梯度，使熔池金属凝固速度降低，从而降低焊接应力与焊接变形，防止出现裂纹并有助于改善焊缝性能。焊接结束后制件应装炉，随炉缓冷。这样可降低熔化金属的冷却速度，使熔池金属凝同速度降低，降低焊接应力与焊接变形，从而防止焊接裂纹的产生。３

结束语

铝合金焊接缺陷的影响因素很多，认真进行焊

接前清理、合理选择焊接工艺规范和保护气体的流量，以及改善焊接的操作环境和进行焊前预热、焊后缓冷，都是预防铝合金焊接缺陷的有效措施。

参考文献：

［１］［２］

王祝堂，田荣璋．铝合金及其加工手册［Ｍ］．长沙：中南工业大学出版社，１９８９．周万胜，姚君山．铝及铝合金的焊接［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６．黄旺福，黄金刚．铝及铝合金焊接指南［Ｍ］．长沙：湖南科学技术出版社，２００４．

［３］

黄河水电再生铝铝业有限公司１２月全部投产

黄河水电再生铝铝业有限公司是北京鑫恒集团的独资企业，是中国新建的一家大型原铝企业，位于青海省西宁市西南部的湟中县，有两系列５７６台３３０ｋＡ的大型预焙槽，总生产能力原铝５００ｋｔ／ａ，至１１月３日已启动４００台，其余的可于今年１２月１５日全部启动完毕。该公司电解槽的电流强度可能强化到３６０ｋＡ或更大一些。据称，海德铝业公司已将３６０ｋＡ电解槽的电流强度提高到４３０ｋＡ。鑫恒集团正在青海省建一个总装机容量１５０

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ｋＷ的自备水电站，建成后将形成水电・铝联营企业，成为中国最具竞争力的原铝企业之

（王祝堂）

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