焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响

罗庚峰　刘建启

摘 要：镁铝合金在焊接工艺应用时由于金属膨胀系数较大，所以铝合金焊接工艺操作进行时一般很难有效观察清晰其焊接熔池。因此，一旦焊接间隙过大，很可能促成其焊接熔池下榻；而如果间隙太小又会造成焊接缺陷的出现。基于此，文章主要提出了铝合金焊接工艺相对普遍的钨极氩弧焊方法，并与之提出了该工艺下焊接对铝合金的主要性能影响，以供参考。

关键词：焊接工艺；焊接性能；铝合金；焊接材料

目前结合实际焊接工艺与大量的焊接工艺文献来源可知，当前采用的铝合金焊接工艺应用方法较多，原则上一般都能够满足其铝合金焊接需求。比如最初普遍采用的氧气炔焊接法，再到后来比较常用的电栓焊、点焊等电阻焊方式，包括搅拌摩擦焊、电子焊等工艺焊接法。不过，显然这些焊接工艺应用时存在一些潜在性缺憾。例如采用氧气炔焊接时，如果不能良好控制气焊火焰的集中温度，则会造成裂纹缺陷出现；而电焊、搅拌焊等方式又对其焊接接头的作业要求较高，所以存在工艺应用的场地限制和约束。基于此，研究焊接材料与焊接工艺的对其焊接性能的主要影响，应能选用合理的焊接方法，同时要了解焊接接头裂缝的形成机理等有关内容，以此才能选择适宜的焊接材料与操作工艺，保障铝合金焊接质量。

1.焊接方法的选择

考虑到当前焊接铝合金等有色金属所采用的普遍焊接工艺方法存在的普遍缺陷，比如裂纹缺陷、场地限制等，所以文章主要推荐的是钨极氩弧焊工艺焊接法。该焊接工艺应用较为广泛，主要原理是通过氩气隔绝空气效果，由于其本身不融于金属，具有不能产生其他化合物的特性，所以其电弧清除焊接工件的氧化膜效果较为可靠，能够对易于氧化的铝合金予以成功焊接，具有良好的电弧稳定性，甚至在较为微小的电流下仍能维持燃烧状态，对诸如超薄合金板的焊接效果较为理想。因此，选用该焊接工艺时，可以着重考虑焊接工件的厚度及接头调整参数等。

由于铝合金本身的化学活泼性表现明显，所以其金属材料发生化学反应的可能性较高，在焊接时特别容易和空气中的水分加以产生氧气反应。因此，考虑到采用钨极氩弧焊的作业焊枪其保护范畴较小，可能影响到焊缝金属保护效果，处于热影响区受热作用下易与空气发生气体反应，在焊接时产生气孔或其他氧化物等缺陷。基于此，一般采用该焊接工艺会在焊接工件上设置必要的保护气罩，使其自气罩出来的气体能够回流到焊件周围形成一个立体空间的氩气保护氛围，故此能够降低空气对其焊接工艺表现出的气孔或氧化物等缺陷影响。

2.焊接材料及工艺应用对铝合金焊接性能的主要影响

2.1焊接接头裂缝及其主要特征

由于铝合金材料应用在焊接工艺下的材料种类差异性存在，以及采取的焊接工艺性质不同，所以在其焊接接头中可能会表现出诸多形式上的各类缺陷裂纹。这些裂纹缺陷分布特征相对复杂，主要结合生产需求不同将其划分为两种裂纹缺陷方式：

一类属于焊缝金属裂纹，主要有横向或纵向裂纹、弧坑裂纹、弧状裂纹、以及多层焊接时的显微裂纹等缺陷形式。

二是焊接工艺操作时的热影响区裂纹。这种裂纹缺陷主要有焊趾裂纹、熔合线区域内的显微裂纹、以及层状结构裂纹等。同时，这些裂纹结合热影响区又可以分为热裂纹与冷裂纹。比如，热裂纹一般是在高温作业下通过晶界上合金金属偏析或者存在一些熔点较低的物质引起的。当然，考虑到金属材料差异性存在，其实际上产生的裂纹形态也表现不同，即在裂纹表现形态上又可以分为结晶、液化、多边化裂纹等。热裂纹中主要以结晶裂纹为主，它一般是在焊缝结晶过程时，基于在固相线区域内的凝固金属收缩，并且又没有多余液体金属加以填充，所以则在凝固收缩作用下促成了沿晶开裂；发生这种现象多以一些低碳合金钢为主；再如，液化裂纹的形成也与其金属收缩应力作用相关，即在其加热到高温时发生晶界凝固而产生液化裂纹。

2.2热裂纹产生的过程及其机理

焊接过程可以说是一种矛盾的工艺加工过程，在其焊接作业过程中许多不平衡的工艺综合杂糅到一起，故而造成了焊接接头、金属冶金、及力学作用的综合表现。换言之，铝合金在焊接工艺下的冶金过程属于物理、化学及材料组织上的综合反应过程，其中夹杂着熔渣、气体成分等。所有这些现象发生，都会存在着裂纹的形成动机，但去裂纹型号曾最为紧密关联的则属于冶金因素。事实上，从力学角度來看，焊接工艺属于热循环状态，在这种状态下其共同存在着温度梯度变化与对应的冷却速度变化，焊件在一定作业条件下其接头始终保持应力到应变的这一变化形态，所以则为裂纹的形成提供了契机与必要条件。

因此，在焊接过程中，要控制冶金因素及力学应力变化过程下所出现的裂纹缺陷，应能考虑金属材料的强化与弱化关系。比如，在冷却时期，焊接接头属于一种对外建立的强度联系。如果，此时在作业条件下保持其能够顺从应力变化，使其焊缝和焊缝区的材料工件能够承受其内在应力与残存应力，就不会造成裂纹出现。反之，当工件不能承受其应力变化作用时，其材料强度联系就会中断，故而促成裂纹缺陷发生。同样，随着温度的逐渐冷却，冶金及力学因素也会对应发生改变，在不同温度区域内其接头金属表现的强度也不同，比如结晶温度区间较大，且固相线温度低时，其晶粒间在残存的低溶液态金属处则更容易造成应力集中，致使其出现固相金属裂纹。因此，针对于此，实际焊接合金材料时应能综合考虑接头裂纹缺陷形成条件等，以选用适宜的焊接工艺及材料。

3.结语

基于铝合金自有的焊接优越性能存在，所以在各领域中得到的广为应用。并且，随着如今焊接工艺技术的持续发展与快速进步，铝合金的焊接构件使用需求也越来越大。基于此，在采用铝合金材料完成焊接工艺时应能考虑必要的气路保护、焊前清洗等准备工作，并要重点知晓焊接接头裂缝形成特征及原理参数等，以此才能避免铝合金焊接气孔等缺陷裂纹发生。

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