鋁合金焊接具有密度低、耐腐蝕以及良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等特點(diǎn)，在機(jī)械、航空以及電子產(chǎn)業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用。但是，鋁合金焊接也存在著裂紋和氣孔等多種缺陷。本文針對(duì)這些缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析和探討，并針對(duì)特定的缺陷提出了具體的防止對(duì)策。
    在機(jī)械制造行業(yè)中，焊接加工是一種應(yīng)用廣泛的加工方式，它不僅強(qiáng)度可靠，節(jié)省材料，還能加工出其它加工方式難以完成的產(chǎn)品。在焊接中，鋁合金焊接具有耐腐蝕、比強(qiáng)度高以及良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。這些特點(diǎn)使鋁合金焊接在機(jī)械、電力以及軌道車(chē)輛等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是在鋁合金焊接中也存在著裂紋、氣孔以及咬邊等各種缺陷，這對(duì)焊接產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。本文從鋁合金的性能和焊接特性出發(fā)，對(duì)鋁合金焊接存在的缺陷進(jìn)行分析和介紹，并針對(duì)性的提出防止對(duì)策。
    鋁合金的性能及其焊接特性
    鋁合金中的鋁是一種輕金屬，它的密度非常小，利用它來(lái)焊接成的產(chǎn)品重量低，這在航天航空以及交通軌道等領(lǐng)域具有重要的意義。鋁合金的耐腐蝕非常好，不容易受到環(huán)境的侵蝕，同時(shí)它的比強(qiáng)度也高，焊接成的產(chǎn)品質(zhì)量好。鋁合金的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好，在低溫下也能保持良好的機(jī)械性能。
    目前焊接所用鋁合金用的比較多的是鋁錳合金和鋁鎂合金兩類(lèi)。在航天航空等重要領(lǐng)域也會(huì)用到比強(qiáng)度和比剛度高的鋁銅合金和鋁鋰合金。這些鋁合金主要具有以下一些焊接特性。第一，鋁合金的氧化能力特別強(qiáng)，在焊接過(guò)程中會(huì)生成氧化薄膜。第二，鋁合金具有高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱率，不會(huì)因局部過(guò)熱產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，但也因此所需能量更多。第三，線(xiàn)膨脹系數(shù)和凝固體積收縮率比較大，容易形成熱裂紋。第四，焊接時(shí)鋁合金沒(méi)有具體的顏色變化，這給焊接者的觀(guān)察工作帶來(lái)困難。第五，鋁合金在高溫中容易吸入氣體，在焊接過(guò)程中會(huì)形成氣孔。
    鋁合金焊接常見(jiàn)缺陷分析及研究
    因?yàn)殇X合金自身存在的一些焊接特性，以及其它各種原因，在鋁合金焊接中容易出現(xiàn)裂紋、氣孔、焊縫成型不良以及咬邊等多種缺陷。下面本文將針對(duì)各個(gè)缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，再提出具體的防止對(duì)策。
    2.1.裂紋
    形成的原因有很多種，對(duì)于某些含共晶相及雜質(zhì)相比較多的鋁合金，在焊后冷卻過(guò)程中，容易形成裂紋。因?yàn)殇X合金的線(xiàn)膨脹系數(shù)和凝固體積收縮率比較大，在焊縫冷卻時(shí)容易產(chǎn)生拉伸變形。此外，鋁合金在冷卻凝固的過(guò)程中，在一定的溫度范圍內(nèi)存在液態(tài)和固態(tài)金屬，此時(shí)的鋁合金強(qiáng)度和塑性都很低。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，容易產(chǎn)生裂紋，特別是在這幾種情況共同存在的情況下，裂紋發(fā)生情況更加嚴(yán)重。裂紋的存在會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低了整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。對(duì)于裂紋的檢驗(yàn)方法，有經(jīng)驗(yàn)的工作人員可以直接憑視覺(jué)進(jìn)行評(píng)估。為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，還可以采用量尺或者X光進(jìn)行檢測(cè)。
    針對(duì)裂紋缺陷，我們可以采取以下措施：第一，選取合適的焊接鋁合金，避免使用那些含共晶相及雜質(zhì)相比較多的鋁合金，鋁合金中含有少量細(xì)化晶粒的變質(zhì)劑可以有效防止產(chǎn)生熱裂紋。第二，采用熔化極自動(dòng)氬弧焊等加熱集中的焊接方法，該焊接方法有效防止裂紋產(chǎn)生。第三，在焊接時(shí)可以將焊縫開(kāi)坡口或者采用雙面焊，還可以采取分段焊以及焊前預(yù)熱等，這都可以降低焊縫產(chǎn)生裂紋的可能性。
    2.2. 氣孔
    鋁合金焊接中容易產(chǎn)生氣孔，因?yàn)樵阡X合金焊縫中存在著氫，它的溶解度隨著溫度的下降會(huì)不斷減少。當(dāng)焊縫凝固時(shí)間短時(shí)，焊縫中的氣泡就來(lái)不及排出，最終會(huì)形成氣孔。氣孔的存在降低了焊縫的強(qiáng)度和塑性，也降低了焊縫的沖擊韌性。跟氣孔形成相關(guān)的因素有很多，比如平均電弧電壓、焊嘴高度以及焊接環(huán)境等。當(dāng)平均電弧電壓較低時(shí)，容易引起電弧失穩(wěn)飛濺，從而破壞焊縫平衡，帶入更多的氫進(jìn)入焊縫中。焊嘴高度越大，焊絲端部溫度越高，保護(hù)區(qū)域效果減弱，從而增加焊縫中氫的含量，易形成氣孔。此外，外界環(huán)境濕度也會(huì)影響氣孔的形成。對(duì)于氣孔的檢驗(yàn)方法，表面的氣孔可以借助放大鏡等工具進(jìn)行外觀(guān)檢驗(yàn)。對(duì)于焊縫內(nèi)的氣孔則需要借助致密性檢驗(yàn)或者X光檢驗(yàn)。
    針對(duì)氣孔缺陷，我們可以采取以下措施：第一，選擇高的輸入熱量或者增加熔池的攪動(dòng)，能夠延長(zhǎng)焊接時(shí)間，使氫氣盡可能完全的排出焊縫。第二，可以采用鎢極雙面同步氬弧焊法。一方面能夠增加保護(hù)氣體的保護(hù)效果，另一方面也能攪拌熔池，避免氫氣的進(jìn)入，同時(shí)排出焊縫中的氫氣。第三，保持焊接環(huán)境干燥，對(duì)焊接坡口進(jìn)行清洗烘干，可以有效避免氣孔的產(chǎn)生。
    2.3.焊縫成型不良、咬邊以及夾渣
    焊接成型不良的主要表現(xiàn)是焊縫中心高于兩邊，整個(gè)焊縫面凹凸不平，比較粗糙。咬邊會(huì)使焊縫的實(shí)際工作面積減小，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低焊縫強(qiáng)度。焊接成型和咬邊缺陷都是由于焊工操作不當(dāng)造成的。比如焊接電壓過(guò)高、焊接速度過(guò)快等都會(huì)引起上述缺陷。針對(duì)焊接成型和咬邊缺陷，企業(yè)應(yīng)當(dāng)提高焊工的焊接技能和工作素質(zhì)，對(duì)焊接產(chǎn)品要嚴(yán)格把關(guān)。焊接中出現(xiàn)夾渣缺陷主要是因?yàn)楹缚p坡口清除不干凈或者焊絲產(chǎn)生的氧化物污染物。針對(duì)夾渣缺陷，應(yīng)當(dāng)對(duì)焊接坡口進(jìn)行及時(shí)清理，控制焊接環(huán)境，避免雜質(zhì)進(jìn)入焊縫。在對(duì)咬邊進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，先用主尺靠緊焊縫的一邊，然后將高度尺移動(dòng)到剛好接觸焊縫的另一邊。這個(gè)測(cè)量出來(lái)的高度值就是咬邊量，要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際需要對(duì)咬邊量進(jìn)行控制。
    具有密度低、耐腐蝕以及高強(qiáng)度的鋁合金焊接在各個(gè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，但是也存在著一些缺陷。本文針對(duì)裂紋、氣孔、焊縫成型不良以及咬邊等缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并提出了防止對(duì)策。如何進(jìn)一步的改進(jìn)鋁合金焊接，保證焊接的質(zhì)量，仍是一個(gè)重要的研究方向。