鋁及鋁合金焊接缺陷預(yù)防措施分析

隨著焊接技術(shù)的飛速發(fā)展，鋁及鋁合金的焊接也得到了廣泛的應(yīng)用，由于材料本身的特殊性，也給焊工帶來(lái)較大的困難，要想掌握鋁及鋁合金的焊接技術(shù)，在了解鋁合金的基本性能、焊接特點(diǎn)、焊接材料、焊接設(shè)備、焊接操作方法的基礎(chǔ)上，還要掌握避免在焊接過(guò)程中出現(xiàn)焊接缺陷的技能。

一、鋁及鋁合金特性

1.鋁及鋁合金具有特殊的物理化學(xué)性能

鋁及鋁合金的外觀呈銀白色，密度小、電阻率低，熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)大。由于鋁為面心立方結(jié)構(gòu)，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)“延—脆”轉(zhuǎn)變，因而具有優(yōu)異低溫韌性，在低溫下能保持良好的力學(xué)性能。此外，鋁及鋁合金還具有優(yōu)異的耐蝕性能和較高的比強(qiáng)度，對(duì)熱和光都具有良好的反射率，磨削時(shí)無(wú)火花和無(wú)磁性。

2.鋁及鋁合金很容易加工成形

鋁及鋁合金可以鑄造、軋制、沖壓、拔絲、施壓、拉形和滾扎等各種方法制成形狀各異的制品。鋁及鋁合金容易機(jī)械加工，且加工速度快，這也是大量使用鋁零件的重要因素之一。鋁的機(jī)械性能、電化學(xué)性能、化學(xué)或油漆涂飾的變化范圍也較寬。

3.鋁及鋁合金熔點(diǎn)

純鋁的熔點(diǎn)為660℃，而鋁合金隨著其含的合金元素的不同，它的熔點(diǎn)在482℃～660℃之間變化。鋁及鋁合金從常溫加熱到熔化狀態(tài)時(shí)，沒(méi)有顏色的變化，這就使判斷是否接近熔點(diǎn)變的十分困難。

4.鋁及鋁合金的機(jī)械性能

鋁及鋁合金的機(jī)械性能隨純度而變化，純度越高，強(qiáng)度越低，塑性越高。隨著溫度的升高，其抗拉強(qiáng)度降低;溫度降低，則抗拉強(qiáng)度就增高，延伸率隨之增加。

5.與鋼相比鋁的導(dǎo)熱率高

熔焊時(shí)，就需要高的熱量輸入。對(duì)大型截面焊接時(shí)，需要進(jìn)行預(yù)熱。

6.鋁及鋁合金的氧化鋁薄膜

鋁及鋁合金暴露在空氣中時(shí)，會(huì)很快形成一種黏著力強(qiáng)且耐熱的氧化鋁薄膜。在焊接前，必須仔細(xì)清除這層氧化膜，才能在熔焊時(shí)，基體和填充金屬熔合良好。在釬焊時(shí)，釬料有很好的流動(dòng)性。氧化膜可用溶劑去除，也可在惰性氣氛下，由焊接電弧的作用去除，或者用機(jī)械的或化學(xué)的方法去除。

二、鋁合金焊接缺陷預(yù)防分析

1.焊前處理

(1)焊前準(zhǔn)備。細(xì)致而充分的焊接準(zhǔn)備，是實(shí)現(xiàn)鋁及鋁合金焊接成功的重要前提。為了防止產(chǎn)生冷裂紋，焊接結(jié)構(gòu)必須避免有產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，否則應(yīng)盡可能使焊縫遠(yuǎn)離應(yīng)力集中部位。在焊接不同厚度的工件時(shí)，應(yīng)使厚件與薄件實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。

(2)焊前清理。焊前清理是保證鋁及鋁合金焊接質(zhì)量的一個(gè)重要的工藝措施。眾所周知，由于鋁及鋁合金極易氧化，表面生成一層致密而堅(jiān)硬的氧化薄膜，該薄膜很容易吸收水分，它不僅妨礙焊縫的良好熔合，而且是生成氣孔和夾渣的根源之一。此外，如工件表面被油污、銹、污垢污染后，也會(huì)引起氣孔等缺陷。為了保證鋁及鋁合金的焊接質(zhì)量，焊前要采取嚴(yán)格的清理措施，徹底清除焊絲和焊接接頭上的氧化膜和油污。清理的程度直接關(guān)系到焊接接頭的焊接質(zhì)量。清理的方法主要有兩種:化學(xué)清理(使用D40 有機(jī)溶劑清洗焊接件表面)和機(jī)械清理(使用打磨工具如角磨機(jī)打磨焊縫區(qū)域)。

(3)焊接墊板。鋁及鋁合金在高溫時(shí)的強(qiáng)度很低，這樣在焊接時(shí)容易使焊縫下榻或者燒穿。為了避免這一缺陷，在實(shí)際焊接中常常采用某些形式的墊板來(lái)托住金屬，墊板應(yīng)該設(shè)計(jì)成能提供對(duì)底部焊縫的激冷作用。這樣，就減少了熱影響區(qū)，對(duì)焊接接頭的性能有很好的作用。

(4)焊接工裝。在進(jìn)行鋁及鋁合金焊接時(shí)，要在最短的時(shí)間內(nèi)，得到質(zhì)量高的焊接，有特殊制造的焊接工裝是一個(gè)十分重要的因素。焊接工裝的設(shè)計(jì)，應(yīng)該保證在焊接時(shí)，夾持力均勻并且焊槍有很好的可達(dá)性，以及焊接工裝拆裝方便。

(5)焊前預(yù)熱。焊接不能熱處理強(qiáng)化的鋁及鋁合金時(shí)，一般不需要對(duì)基體金屬進(jìn)行預(yù)熱。然而，對(duì)于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金時(shí)，預(yù)熱對(duì)焊接是有利的。預(yù)熱的目的，一是為了消除焊接區(qū)金屬表面的濕氣;二是用緩慢加熱和緩慢冷卻的方式來(lái)減小焊件的溫度差，從而減少變形、未焊透、氣孔、裂紋等傾向;三是可以加快焊接速度，減少鋁液在高溫的停留時(shí)間(減少合金元素的燒損)。鋁及鋁合金焊件如果厚度尺寸不大，一般不需要預(yù)熱，當(dāng)焊件厚度超過(guò)8mm，則需要預(yù)熱。

2.焊后處理

(1)清除殘?jiān)：讣竿旰螅趯?duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)之前，需要對(duì)焊縫及兩側(cè)的殘存焊劑和焊渣及時(shí)進(jìn)行清除，以防止焊渣和殘存焊劑腐蝕焊縫及其表面，避免造成不良后果。

(2)焊后熱處理。焊后熱處理的目的是為了改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力。可熱處理強(qiáng)化鋁合金在焊接之后，可以重新進(jìn)行熱處理，使基體金屬熱影響區(qū)的強(qiáng)度恢復(fù)到接近原來(lái)的強(qiáng)度。一般情況下，接頭破壞通常都是在焊縫的熔化區(qū)內(nèi)，在重新進(jìn)行焊后熱處理后，焊縫金屬所獲得的強(qiáng)度，主要取決于使用的填充金屬。填充金屬與基體金屬的成分不同時(shí)，強(qiáng)度將取決于填充對(duì)基體金屬的稀釋度。最好的強(qiáng)度與焊接金屬所使用的熱處理相適應(yīng)。雖然焊后熱處理增加了強(qiáng)度，但對(duì)焊縫的韌性可能會(huì)出現(xiàn)某些損失。

(3)去除焊接缺陷。焊接完成以后，如果出現(xiàn)焊接接頭大或者斷續(xù)焊存在焊瘤時(shí)，必須要將缺陷修復(fù)，首先借助超聲波或者射線探傷確定返修范圍，返修范圍應(yīng)當(dāng)比缺陷所在部位稍微擴(kuò)大一些。一般應(yīng)分別向缺陷兩頭擴(kuò)展50—70mm，如果根據(jù)探傷結(jié)果已經(jīng)判斷出缺陷靠近產(chǎn)品的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，則可先返修該側(cè)，如果不能判斷是屬于哪一側(cè)，則必須進(jìn)行雙面返修，一般是先返修外側(cè)，后修內(nèi)側(cè)。

三、鋁及鋁合金產(chǎn)品的焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

焊接完成后的鋁及鋁合金，需要進(jìn)行焊接質(zhì)量檢驗(yàn)。鋁及鋁合金焊縫的質(zhì)量取決于焊接時(shí)所用的焊絲、氣劑、氣體的質(zhì)量、接頭的裝配質(zhì)量、焊接順序、坡口的清理、施工條件、焊工操作技術(shù)水平高低和選用的焊接規(guī)范等因素。為了保證焊接質(zhì)量，必須嚴(yán)格檢查焊接結(jié)構(gòu)制造過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，及時(shí)防止各種缺陷的產(chǎn)生。此外，焊接質(zhì)量還與新工藝的推廣應(yīng)用有關(guān)。完工后的焊接部件及整個(gè)產(chǎn)品，需要進(jìn)行全面的質(zhì)量檢驗(yàn)。

焊縫的檢驗(yàn)方法很多，一般常用的有以下幾種:

1.外觀檢測(cè)

這種檢驗(yàn)方法是以肉眼觀察為主，有時(shí)也可用低倍放大鏡觀察。外觀檢驗(yàn)的內(nèi)容主要是檢查咬邊、表面氣孔、裂紋、燒穿、焊瘤、弧坑等缺陷，以及焊縫的外觀尺寸。檢查范圍100%焊縫。

2.X射線探傷

X射線探傷是檢查鋁及鋁合金焊縫內(nèi)部最有效的方法。它能確定焊縫內(nèi)部的氣孔、夾渣、未焊透、內(nèi)部裂紋的位置和內(nèi)部飛濺物等缺陷。但是，直徑在0.2mm以下的顯微氣孔、顯微裂紋和微小的未焊透等缺陷，不易用X射線探傷法探測(cè)到。對(duì)于探傷不合格的焊縫，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量分析，找出原因，訂出措施后方可返修。返修后，必須重新做探傷檢驗(yàn)，同一部位的返修次數(shù)一般不超過(guò)兩次。

3.滲透檢驗(yàn)

滲透檢驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)焊縫的致密性及焊縫中存在的微小缺陷是否會(huì)影響到產(chǎn)品的工作性能，一般采用拋、刷的方法在工件表面上施加滲透劑，如果有顯像顯示，則表明工件表面存在細(xì)小裂紋。發(fā)現(xiàn)裂紋，必須要對(duì)工件進(jìn)行返修，返修后重新對(duì)工件進(jìn)行滲透檢驗(yàn)，直到合格為止。

在鋁及鋁合金焊接過(guò)程當(dāng)中，常常會(huì)出現(xiàn)氣孔、裂紋、咬邊、未焊滿、燒穿等缺陷，外部缺陷用肉眼觀察或者使用放大鏡就可以被發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部缺陷需要無(wú)損探傷等方法才能發(fā)現(xiàn)，對(duì)焊接件的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。要想盡量避免此類缺陷，就要從焊接工藝、操作人員技能、外部條件(溫度、濕度等)、工裝夾具等入手，提高各個(gè)方面的技術(shù)條件，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)缺陷。

(作者單位:河北省唐山機(jī)車車輛廠高級(jí)技工學(xué)校)