鋁及鋁合金的化學性質非常活潑,表面極易形成難熔性質的氧化膜(如Al2O3的熔點約為2050℃,MgO的熔點約為2500℃),以及鋁及鋁合金的導熱性很強,焊接熱輸入容易迅速向母材流失,所以,容易造成鋁及鋁合金産生未熔合缺陷等。鋁及鋁合金在焊接生産中的主要問題有以下幾個:

1.鋁的比熱容和熱導率大

鋁的比熱容和熱導率比鋼大,所以,焊接過程的熱輸入因向母材迅速傳導而流失,因此,用熔焊方法焊接時,需要采用高度集中的熱源焊接,為了獲得高質量的焊接接頭,有時需要采用預熱的工藝措施,才能實現熔焊過程;用電阻焊方法焊接鋁及鋁合金時,需要采用特大功率的電源焊接。

2.線脹系數較大

鋁及鋁合金的線脹系數較大,約為鋼的2倍,凝固時的體積收縮率達6.5%左右,因此,焊件容易産生較大的焊接變形。

3.鋁和氧的親和力大

鋁和氧的親和力大,極容易氧化。鋁及鋁合金在焊接過程中,在焊接表面氧化生成高密度(3.85g/cm3)的氧化膜(Al2O3)熔點高達2050℃,該氧化膜在焊接過程中,會阻礙熔化金屬的良好結合,容易造成夾渣。

4.容易産生氣孔

鋁及鋁合金在焊接過程中最容易産生的缺陷是氫氣孔,這是由于在焊接電弧弧柱的空間中,總是或多或少的存在一定數量的水分,尤其是在潮濕的季節或濕度大的地區焊接時,由弧柱氣氛中的水分分解而來的氫,溶入過熱的熔池金屬,在低溫凝固時,氫的溶解度會發生很大的變化,急劇下降,若在焊縫熔池凝固前不能析出,留在焊縫中就形成氫氣孔。

其次,焊絲和焊件氧化膜中所吸附的水分,也是産生氣孔的重要原因。Al-Mg合金的氧化膜不緻密、吸水性很強。所以,Al-Mg合金要比氧化膜緻密的純鋁具有更大産生氣孔的傾向。

5.鋁及鋁合金熔化時無色澤變化

鋁及鋁合金在焊接過程中由固态變為液态時,沒有明顯的顔色變化,因此,焊工很難控制加熱溫度。此外,還由于鋁及鋁合金在高溫時強度很低(鋁在370℃時強度僅為10MPa),容易使焊縫熔池塌陷或熔池金屬下漏。所以,焊接時焊縫背面需加墊闆。

6.焊接熱裂紋

鋁及鋁合金焊接過程中,在焊縫金屬和近縫區内出現的熱裂紋,主要是金屬凝固裂紋,也可以在近縫區見到液化裂紋。易熔共晶體的存在,是鋁及鋁合金焊縫産生凝固裂紋的重要原因。鋁及鋁合金的線脹系數是鋼的2倍,在約束條件下焊接時,所産生較大的焊接應力,也是鋁及鋁合金具有較大的裂紋傾向的原因之一。

7.焊接接頭的等強性

能時效強化的鋁合金,除了Al-Zn-Mg合金外,無論是在退火狀态下、還是在時效狀态下焊接,焊後如不經熱處理,其焊接強度均低于母材。非時效強化的鋁合金,如A-Mg合金,在退火狀态下焊接時,焊接接頭與母材是等強度的;在冷作應化狀态下焊接時焊接接頭強度低于母材。

鋁及鋁合金焊接時不等強度的表現,說明焊接接頭發生了某種程度的軟化或存在某一性能上的薄弱環節。這種接頭性能上的薄弱環節,可以存在于焊縫、熔合區或熱影響區中的任何一個區域内。

(1)焊縫區由于是鑄造組織,與母材的強度差别可能不大,但是,焊縫的塑性一般不如母材。同時,焊接熱輸入越大,焊縫的性能下降的趨勢也越大。

(2)熔合區非時效強化的鋁合金,熔合區的主要問題是因晶粒粗化而降低了塑性;時效強化的鋁合金焊接時,不僅晶粒粗化,還可能因晶界液化而産生裂紋。所以,焊縫熔合區的主要問題是塑性發生惡化。

(3)熱影響區非時效強化的鋁合金和能時效強化的鋁合金焊後的表現,主要是焊縫金屬軟化。

8.焊接接頭的耐蝕性

鋁及鋁合金焊後,焊接接頭的耐蝕性一般都低于母材。影響焊接接頭耐蝕性的主要原因如下:

1)由于焊接接頭組織的不均勻性,使焊接接頭各部位的電極電位産生不均勻性。因此,焊前、焊後的熱處理情況,就會對接頭的耐蝕性發生影響。

2)雜質較多、晶粒粗大以及脆性相的析出等,都會使耐蝕性明顯地下降。因此,寒風金屬的純度和緻密性是影響接頭耐蝕性的原因之一。

3)焊接應力也會影響耐蝕性。

以上就是鋁合金焊接的主要特點。

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