鋁合金焊接問題疑難解答

時間：2018-08-16

技術 | 鋁合金焊接問答（一）

提問：我在使用鎢極氬弧焊和氣保護焊進行碳鋼和低合金鋼的焊接時都沒有問題，但是為什么焊接鋁合金的時候就*出現問題，您能給我一些鋁合金焊接的建議么？尤其是如何解決鋁合金焊接時的氣孔、未熔合以及氣保焊下接頭質量不佳的問題？

回答：正如你所說，與鋼相比鋁合金的焊接確實要難的多。那么到底如何才能實現鋁合金焊接的良好效果？答案聽起來似乎有些老生常談，即“鋁合金焊接并不難，難的只是材料的種類不同而已”。一旦我們了解了這種材料，我們就可以很*地進行鋁合金焊接。采用焊接鋼的方法去焊接鋁合金是常見的錯誤操作。在確定鋁合金的焊接方法和工藝之前，我們有必要先對鋼和鋁之間的差異進行了解。

從你陳述的問題中，你已經抓住了鋁合金焊接時較常見的兩個焊接問題。這兩個問題也主要是由于鋁和鋼材料的差異造成的。鋁與鋼相比較大的一個特點就是鋁的表面有一層氧化鋁，氧化鋁的存在是焊接過程中形成氣孔和未熔合的主要原因。

鋁合金表面的氧化鋁（Al2O3）質地堅韌，是鋁在大氣中快速氧化形成的產物，具有很高的熔點（2060℃），是純鋁（660℃）的三倍。氧化鋁不導電，硬度很高，易吸潮并形成含水化合物，為獲得高質量的焊接，在焊前必須去除。

氣孔問題

鋁焊接中產生的氣孔主要是氫氣孔，由于氫在鋁合金熔融狀態(tài)下溶解度較高，而在固態(tài)下溶解度很低，因此導致焊縫凝固后易出現大量氣孔，如圖1所示。

在焊接區(qū)域內，較*因周邊的污染物而引入氫氣。在焊接鋁合金遇到氣孔問題時，就說明在焊接區(qū)域周邊存在產生氫的物質。有效解決鋁合金焊接氣孔問題的關鍵就在于識別產生氫的根源并將其去除。鋁焊接過程中較常見的兩個產氫的根源是碳氫化合物和水。

碳氫化合物

碳氫化合物有時存在于母材表面或焊絲表面。焊前應徹底清洗試板表面，去除母材表面的切割液及油類等污物，以消除母材表面的碳氫化合物。

鋁焊絲也應正確的處理和存放，以防止損壞或污染。如果焊絲本身質量較差，那么獲得的焊縫也不會太好。

當對焊接氣孔率有較高的要求時，不建議在焊接噴嘴或試板表面使用防飛濺劑。焊前使用刮刀刮削坡口會減少焊接過程中的缺陷問題，但是也要注意避免刮刀碎渣掉入坡口造成焊接氣孔問題。焊前要確保所有的工具及工件清潔，沒有碳氫化合物的污染。

水

水也是焊接過程中氫的主要來源。焊接過程中水可能來自于焊接水冷系統的泄露或不純的保護氣體。保護氣體不純也可能與自身無關，而是在輸送過程中造成，如氣路發(fā)生損壞。同時外界環(huán)境及溫度的變化也會造成母材或焊絲表面出現水汽的凝結。在高濕度焊接環(huán)境下，較小的溫度波動就會導致水汽卷入熔池。另外鋁合金母材及焊絲表面的多孔氧化層由于較易吸收水分，在焊接過程中也會產生氣孔問題。焊接過程周圍的空氣氣氛也可能導致氣孔產生，這主要是由于焊接過程氣體保護不當造成。焊接過程中氣保護流量及噴嘴距母材的距離都是焊接的關鍵因素，采用合理的氣保護流量和噴嘴距離，保證保護氣體能夠對熔池進行保護的同時又不會對熔池產生紊亂可以有效地避免此類問題的發(fā)生。

采用Ar/He混合氣體進行保護可以減少焊接氣孔，有時為較大減少焊接氣孔率，He氣比例甚至達到75%。但無論如何，降低氣孔率較好的方法還是消除焊接周邊環(huán)境的氫來源。

未熔合問題

鋁的導熱系數較高（約為鋼的5倍），這是鋁合金焊接過程中易出現未熔合的主要原因（如圖2所示）

未熔合是較常見的焊縫不連續(xù)問題，在教學生涯中我發(fā)現，鋁合金的焊接未熔合常出現在角焊縫的焊接。我曾經親眼目睹許多優(yōu)秀的學員在T形接頭2F焊接位置焊接出良好的角焊縫，表面看上去成形良好，焊縫美觀，但當我遵循AWS D.1.2-鋁結構焊接規(guī)范進行破壞性檢查時發(fā)現，在內部焊趾部位或一側焊腳處常常存在未熔合問題，這些缺陷在外側根本看不出來，只有在斷裂之后才能發(fā)現。因此對于鋁合金的焊接未熔合問題，需要針對鋁合金的高熱導系數，采取適當的焊接工藝和措施來解決。

“鋁焊接要快而熱”是鋁合金焊接時約定俗成的規(guī)則。在抑制鋁合金焊接未熔合問題上，新設計的較成功的氣保焊技術都具備高電流密度和快速焊接的特點。除較少數的情況，鋁合金的氣保焊通常采用正手焊，方向上進行的，有時也被稱為前進焊，這種方式能夠確保焊絲和熔池在焊接方向連續(xù)形成電弧，同時電弧熱量也能夠較大程度供給母材，來緩解鋁合金高熱導率帶來的熱量損耗，從而形成良好的焊接熔合。

另外，千萬不要想當然地認為高溫預熱會防止未熔合問題，也不要以為采用高溫預熱后就可以使用不當的焊接工藝進行焊接。首先，過度預熱會造成冶金不良，減弱鋁合金接頭的力學性能，損傷和/或嚴重減少許多鋁合金的力學性能，其次，即使采用焊前預熱，如果焊接工藝不當，未熔合問題也不能有效解決。

我曾經見別人焊過1英寸的鋁合金T形接頭的角焊縫，焊縫由多道厚度為0.03英寸的焊縫組成。焊趾兩側和接頭邊緣均熔合良好，焊前并沒有進行預熱，焊接過程中采用正手焊，焊接電流也較大，為保證較高的焊接速度，焊接時采用自動化設備進行。在鋁合金的焊接中即使不預熱也能獲得良好的焊縫，這主要取決于正確的焊接工藝和訓練有素的焊接操作工人。

鋁合金焊接的未熔合問題也可以通過選用帶有“熱啟動特性”的氣保焊機來解決。許多氣保焊機系統配備了一個熱啟動特性，允許操作者在開始焊接時使用較高的電流，從而減輕鋁合金在較初焊接時熱量的流損。

結論

綜上所述，為避免鋁合金焊接時氣孔和未熔合問題，應遵循以下原則：

焊接前正確清洗鋁合金部件（脫脂、去油，然后用干凈的不銹鋼絲刷除去水化的氧化鋁）

使用經過驗證的焊接

維護良好的焊接設備

合適的焊接環(huán)境

高質量的保護氣體

不受污染高質量的鋁焊絲

了解質量要求的訓練有素的焊接操作人員。

詞條
詞條說明
鋁焊絲的性能特點
ER1100是一種含99%鋁的填充金屬，可用于建筑、裝飾和設備、冶金、管道、紡紗器具等行業(yè)。一般用于1100、3003或與3003相近的母材及1060、1070、1080、1035。該焊絲陽極化處理后呈現輕微的金黃色，焊縫抗拉強度為110MP。 ? 性能特點：是含鋁大于99.5%的純鋁焊絲，具有良好的可焊性和耐蝕性，以及優(yōu)良的塑性和韌性，但強度較低。 ? 用途：適用于氬弧焊及
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