分析鋁及鋁合金的焊接性能和材料分類

胡鑫

摘 要：鋁及鋁合金材料作為一種基礎(chǔ)金屬，其分類、狀態(tài)代號(hào)等體現(xiàn)著焊接前后變形強(qiáng)化的程度。因此，加強(qiáng)對(duì)鋁及鋁合金的焊接性能和材料分類的了解十分必要，只要確保各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的科學(xué)性，焊接過程中的工藝選擇、力學(xué)性能等才能夠有所保證。本文以鋁及鋁合金的材料分類和焊接性能兩方面為切入點(diǎn)作簡(jiǎn)要的分析，旨在推動(dòng)焊接工藝的科學(xué)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋁及鋁合金；焊接性能；材料分類

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）01-024-01

隨著近幾年我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和社會(huì)化生產(chǎn)速度的加快，鋁及鋁合金在建筑、輪船、化工機(jī)械等方面的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，同時(shí)，在高性能焊接方法的支持下，其焊接技術(shù)也得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。其主要的焊接方法為TIG焊，具有保護(hù)效果好、質(zhì)量高、電弧穩(wěn)定等特點(diǎn)，適用于全方位焊接。但受到鋁及鋁合金自身特點(diǎn)的影響，焊接工藝存在著一定的困難，較容易產(chǎn)生焊接缺陷。因此，分析焊接性能和其材料分類十分必要。

一、鋁及鋁合金的材料分類

鋁及鋁合金主要分為兩大類，其一為變形鋁及鋁合金，主要以冶金半成品如棒、管、帶為主，兼顧有鍛件和擠壓型材。其二是鑄造類鋁合金，包括有零件和毛坯。具體來看，變形鋁及鋁合金又可以細(xì)分為只可變形強(qiáng)化不能進(jìn)行熱處理的鋁及鋁合金和既能變性強(qiáng)化又能夠?qū)嵭袩崽幚淼匿X及鋁合金。

在我國(guó)的《變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示法》中，四位字符體系牌號(hào)是屬于變形鋁及鋁合金的表示方法，其中第三和第四位代表著同組中不同的鋁合金或純鋁的純度。依據(jù)我國(guó)的《變形鋁及鋁合金狀態(tài)代號(hào)》來看，F(xiàn)為自由加工狀態(tài)，O為退火狀態(tài)，H為加工硬化狀態(tài)，W為固溶熱處理狀態(tài)，T為熱處理狀態(tài)。T代號(hào)后的第四位或第五六位數(shù)字代表著由不同的消除應(yīng)力處理過的狀態(tài)。

二、鋁及鋁合金的焊接性能

焊接性能指的是金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，也就是焊接后優(yōu)質(zhì)焊接接頭的獲取難易程度，受到鋁及鋁合金的物理和化學(xué)性能的影響，該基礎(chǔ)材料的焊接技術(shù)有著一定的難度，因此掌握鋁及鋁合金的特點(diǎn)十分必要。

第一，鋁及鋁合金具有高度的氧化性能。鋁與氧的結(jié)合力較強(qiáng)，常溫中鋁金屬的氧化作用就較為明顯，鋁合金中的某些合金元素也具有較強(qiáng)的氧化性。在焊接過程中，焊接的高溫直接作用到鋁及鋁合金中，導(dǎo)致該材料表面生成一層氧化膜，厚度在0.1-0.2 之間，其主要成分為氧化鋁。氧化鋁的熔點(diǎn)明顯高于鋁及鋁合金的660℃的熔點(diǎn)，達(dá)到2050℃，且具有較高的致密性，當(dāng)氧化鋁形成后，鋁及鋁合金的正常焊接工作就可能受到干擾，導(dǎo)致焊接不透。

氧化鋁具有較高的密度，較難從熔池中浮出，從而導(dǎo)致焊縫夾渣，而氧化膜對(duì)水分的吸附力較高，焊縫中氣孔的可能性較大。受到氧化膜電子發(fā)射的影響，焊接過程中的電弧穩(wěn)定性也相對(duì)有所下降。

針對(duì)這一情況，技術(shù)人員在焊接前需要對(duì)焊接區(qū)域的氧化膜進(jìn)行清除，對(duì)處于液化狀態(tài)的金屬進(jìn)行有效保護(hù)，減少金屬的進(jìn)一步氧化，對(duì)熔池中可能生成的氧化膜進(jìn)行破除。

第二，氣孔形成的可能性高。氣孔的形成多見于純鋁和防銹鋁的焊接過程中。其氣孔的主要形成因素為氫，原因?yàn)榈c液態(tài)鋁的溶合性差，而鋁中并不含有碳元素，因此，氣孔中氮?dú)饪缀鸵谎趸細(xì)饪椎牡目赡苄詾榱恪ｋm然鋁和氧有著較強(qiáng)的結(jié)合力，但其反應(yīng)生成氧化鋁，也不會(huì)有氧氣孔出現(xiàn)的可能。

常溫中氫溶于固態(tài)鋁的可能性較小，而在高溫的作用下，氫與液態(tài)鋁的溶合度較高，原來液體中的氫被全部析出，形成氣泡并上浮、逸出。當(dāng)部分氣泡未能成功逸出但已經(jīng)長(zhǎng)大時(shí)，氣孔便隨之誕生。鋁及鋁合金具有較低的比重，且導(dǎo)熱性較強(qiáng)，凝固速度快，氣泡的浮出速度受到影響，氣孔的生成幾率相對(duì)較大。

在焊接過程中，技術(shù)人員需要從減少氫進(jìn)入液體金屬中的量和氣泡的充分逸出等方面進(jìn)行考慮，減少氣孔的生成。

第三，鋁及鋁合金的熱裂紋的產(chǎn)生幾率較大。純鋁和非熱處理強(qiáng)化鋁合金較少產(chǎn)生熱裂紋，而熱處理鋁合金和高強(qiáng)度鋁合金的熱裂紋產(chǎn)生率較高。熱裂紋多出現(xiàn)在焊接金屬和近縫區(qū)部位，常被稱為結(jié)晶裂紋或液化裂紋，依據(jù)其部位不同而有所變化。

受到鋁熱膨脹系數(shù)大的影響，其焊接過程中的熱應(yīng)力也相對(duì)較大，而鋁合金在高溫下具有較低的強(qiáng)度和可塑性，過大的內(nèi)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生。若鋁合金中的雜質(zhì)含量過大，其焊縫處的熱裂紋產(chǎn)生幾率也相對(duì)較大。

為減少熱裂紋，技術(shù)人員需要對(duì)鋁合金中雜質(zhì)的含量做嚴(yán)格的控制，并及時(shí)調(diào)整焊絲的成分，采取合理的焊接工藝。

第四，合金元素蒸發(fā)和燒損的可能性較大。在焊接過程中，高溫對(duì)鋁合金中某些合金元素有著較大的影響，從而出現(xiàn)合金元素?zé)龘p或蒸發(fā)，導(dǎo)致鋁合金成分的改變，最終影響到鋁合金焊接接頭的性能。同時(shí)，在焊接過程中，鋁及鋁合金的的顏色變化并不明顯，技術(shù)人員較難對(duì)焊接工作進(jìn)行操作，困難性較高。

正確的分析鋁及鋁合金的焊接性能并掌握科學(xué)的材料分類對(duì)于提高其焊接工藝十分有利。在焊接過程中，氣孔、焊接不透、溶合度低、金屬裂紋、咬邊、焊縫夾渣和夾鎢、穿孔等的出現(xiàn)都需要結(jié)合其原因做具體的分析，通過對(duì)癥下藥有效緩解焊接常見問題，提高焊接水平，減少不必要的基礎(chǔ)金屬的浪費(fèi)。在社會(huì)發(fā)展速度不斷提高的今天，焊接操作不僅需要有基礎(chǔ)性的理論作指導(dǎo)還需要有較為熟練地操作技能，從而確保焊接技術(shù)的發(fā)展。

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