1、 HYPERLINK / 第五節(jié)： 鋁及鋁合金焊接缺陷與檢驗(yàn) 鋁及鋁合金焊接時(shí)，由于其專門的物理和化學(xué)特性以及焊接過程操作的難度，容易出現(xiàn)焊接缺陷。作為焊工，必須了解焊接缺陷產(chǎn)生的緣故，掌握防止和消除焊接缺陷的對策和方法，才能實(shí)現(xiàn)保證焊接質(zhì)量、制造優(yōu)良焊件的目的。 相比鋼鐵的焊接，鋁及鋁合金焊接缺陷也存在同樣多的種類，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生的緣故也更復(fù)雜。鋁及鋁合金焊接缺陷要緊為未熔合、氣孔、下塌、熱裂紋、夾雜等。一、未熔合 1.導(dǎo)致產(chǎn)生未熔合的緣故 未熔合通常表現(xiàn)為焊絲熔化、母材未熔化或是同一焊縫上一側(cè)母材熔化、另一側(cè)母材未熔化而形成的焊接接頭。 鋁及鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)大，約是鋼的23倍；其比熱也專門大

2、。如此，要使鋁及鋁合金接頭熔化后焊到一起，必須使用能量集中、功率大的熱源。在焊接方法確定的條件下，結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、位置、表面狀態(tài)的差異，以及焊工操作的熟練程度都能夠產(chǎn)生未熔合的缺陷。未熔合的產(chǎn)生與焊件的坡口形狀和焊接規(guī)范有專門大關(guān)系。尤其當(dāng)采納MIG焊進(jìn)行厚板多層焊時(shí)，常常會(huì)在圖2-5-1所示的部位產(chǎn)生未熔合，即：圖2-5-1 MIG多層焊時(shí)易產(chǎn)生未熔合的典型情況a一坡口側(cè)面的未熔合b一清根后的焊道根部未熔合 （1）在焊根或第二層焊道以下的坡口面上，由于焊接規(guī)范的變化而產(chǎn)生未熔合。 （2）清根處理后在封底焊的根部焊道金屬中產(chǎn)生未熔合。 焊接規(guī)范對產(chǎn)生未熔合的阻礙，首先取決于焊件的坡口根部形狀

3、和尺寸，焊接電流的阻礙也專門大。通過對厚度為50 mm的板材在不同大小坡口根部半徑和焊接電流下產(chǎn)生未熔合的阻礙的研究可知：未熔合隨坡口根部半徑和焊接電流的增大而減小。U形坡口比V形坡口產(chǎn)生未熔合的可能性要小，橫焊時(shí)的實(shí)測結(jié)果是如此，立焊時(shí)也能夠得到同樣的結(jié)果。電弧電壓對產(chǎn)生未熔合的阻礙沒有焊接電流和坡口根部半徑變化對其的阻礙那么明顯。 焊接電流對焊縫熔深的阻礙特不直接，熔深隨坡口根部半徑和焊接電流的增大而增大。通過用斷面檢驗(yàn)法我們掌握了未熔合與熔深的關(guān)系。當(dāng)熔深小于1 mm時(shí)，專門容易產(chǎn)生未熔合；當(dāng)熔深大于l mm時(shí)，則不產(chǎn)生未熔合。因此，為了防止產(chǎn)生未熔合的現(xiàn)象，必須選擇能夠保證熔深達(dá)lmm

4、以上的焊接電流。 還有幾種情況要注意防止產(chǎn)生未熔合的現(xiàn)象： （1）結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，會(huì)進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)本身的儲(chǔ)熱能力。、使得原有的焊接熱源的比功率下降，導(dǎo)致未熔合。 （2）假如接頭的尺寸不一致，尺寸較?。ò搴褫^薄）的一側(cè)熔合好，則另一側(cè)易產(chǎn)生未熔合。 （3）平焊與仰焊時(shí)，焊縫表面如未經(jīng)去膜處理；也都會(huì)造成未熔合的缺陷。2.防止和消除未熔合缺陷的措施未熔合缺陷在鋁及鋁合金焊接中極易發(fā)生。未熔合俗稱假焊；不易被發(fā)覺。未熔合的缺陷使接頭抗拉強(qiáng)度下降，而且還會(huì)引起應(yīng)力集中，是一種特不危險(xiǎn)的焊接缺陷。 通常，厚度小于6mm的鋁及鋁合金板產(chǎn)生未熔合缺陷的現(xiàn)象較少。對厚板、坡口根部窄的焊縫要特不小心產(chǎn)生來熔合缺陷

5、。 注意：通過調(diào)節(jié)焊接電流能夠消除未熔合，但有時(shí)會(huì)造成假象，表面上大概熔合了，實(shí)際上仍可能存在未熔合。防止和消除未熔合缺陷的措施應(yīng)針對其產(chǎn)生的緣故。除了首先在設(shè)計(jì)上考慮以外，焊工可采取的相應(yīng)措施有： （1）嚴(yán)格清理工件表面。 （2）厚板或大型鋁及鋁合金結(jié)構(gòu)采取適當(dāng)預(yù)熱。（3）對厚板或大型鋁及鋁合金結(jié)構(gòu)加大焊接線能量；降低焊接速度或增加電弧在坡口兩側(cè)的停留時(shí)刻。 （4）改變焊接角度。 （5）有條件時(shí)使用工裝來改變焊接位置：平焊位，平角、焊位好；船形位最佳；對較厚板焊縫采納較小坡度的爬坡焊更佳。3.對未熔合缺陷的處理發(fā)覺焊縫出覡未熔合的缺陷，必須先使用機(jī)械的方法清除：（1）鋼制扁鏟鏟除。（2）電動(dòng)

6、或風(fēng)動(dòng)鏟鏟除。(3)用電動(dòng)或風(fēng)動(dòng)銑削工具清除。然后對焊縫進(jìn)行認(rèn)確實(shí)清理，如毛刺、尖角等，再依照產(chǎn)生缺陷的緣故，調(diào)整工藝，采取相應(yīng)措施進(jìn)行修復(fù)。二、氣孔氣孔是鋁及鋁合金焊接時(shí)較難根除的缺陷之一。氣孔不但降低接頭的強(qiáng)度，對有致密性要求的結(jié)構(gòu)是致命的缺陷。1.產(chǎn)生氣孔的緣故 氣孔的生成機(jī)理是專門復(fù)雜的。但大量的實(shí)驗(yàn)研究已證明：鋁及鋁合金焊接時(shí)產(chǎn)生的屬氫致擴(kuò)散氣孔。由于鋁及鋁合金的物理本質(zhì)特征，使得它們在液態(tài)時(shí)可熔解相當(dāng)量的氫，而在固態(tài)時(shí)幾乎不能熔解。在接頭熔池的結(jié)晶和冷卻過程中氫無法及時(shí)逸出，而殘留在焊縫內(nèi)形成氣孔。 產(chǎn)生氣孔的最重要緣故是氫的存在。一般認(rèn)為氫的來源有以下幾個(gè)方面： （1）在焊材和母

7、材中溶解的氫。 （2）焊材和母材表面的氧化膜、油污、水分等。 （3）愛護(hù)氣氛中的氫和水分。 (4)在愛護(hù)條件不完善時(shí)卷入電弧氣氛中的空氣所帶有的氫和水分。 2.焊接規(guī)范對產(chǎn)生氣孔的阻礙和相應(yīng)對策 焊接規(guī)范對產(chǎn)生氣孔的阻礙已有專門多研究成果。一般認(rèn)為，阻礙氣孔生成的直接緣故和間接緣故以及防止和減少氣孔的對策有以下幾點(diǎn)： (1)焊接方法 就焊接方法而言，TIG焊比MIG焊產(chǎn)生的氣孔要少。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了這點(diǎn) (2)焊接電流、電弧電壓和焊接速度 由于焊接熔池的冷卻速度取決于焊接電流、電弧電壓和焊接速度，因此，氣孔的數(shù)量與焊接電流、電弧電壓和焊接速度有專門大關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明：氣孔隨電弧電壓增高而增

8、多，隨焊接電流的增大而減少。這是因?yàn)楹附与娏髟龃蠹词呛附訜彷斎朐龃?，這會(huì)使焊接熔池的冷卻速度變慢。焊接速度對氣孔的生成也是有阻礙的。在一定焊接速度范圍內(nèi)，氣孔隨焊接速度的增大而增大；但焊接速度進(jìn)一步增大，氣孔反而減少。這是因?yàn)榻Y(jié)晶速度增大，氣泡來不及擴(kuò)大，也就不能形成氣孔；或者即使形成了氣孔，也可能由于其尺寸過小而被擠碎以至檢驗(yàn)不出來。但在實(shí)際生產(chǎn)的焊接工藝中，都不采納產(chǎn)生氣孔量少的那種極端的焊接規(guī)范，而要緊采納中等焊接熱輸入量的容易產(chǎn)生氣孔的焊接規(guī)范，因此就難以幸免產(chǎn)生氣孔的問題。 (3)愛護(hù)氣體的種類、純度或流量 采納純氦比采納純氬作愛護(hù)氣體產(chǎn)生氣孔的量要少；采納Ar35%+He65%的混

9、合氣比采納純氬作愛護(hù)氣體產(chǎn)生氣孔的量也要少。因此，厚板結(jié)構(gòu)、重要結(jié)構(gòu)、對氣孔有專門要的結(jié)構(gòu)就應(yīng)該采納純氦或采納Ar35%+He65%的混合氣體作愛護(hù)氣體。愛護(hù)氣體的流量與氣孔的關(guān)系是隨焊接速度而改變的。在一定的焊接速度下，某一流量下的氣孔數(shù)量最少，低于或超過這一流量，都會(huì)導(dǎo)致氣孔數(shù)量增多。 (4)焊材和母材的表面處理狀態(tài) 那個(gè)地點(diǎn)要緊是指焊材和母材表面的清潔度和干燥度。 (5)焊件坡口和接頭的形狀 關(guān)于焊接位置、坡口和接頭的形狀、焊縫間隙對氣孔生成的阻礙，長期以來已取得相當(dāng)一致的意見。橫焊比平焊容易產(chǎn)生氣孔；焊縫間隙大的比間隙小的產(chǎn)生氣孔的數(shù)量要少，U形坡口比V形坡口對防止氣孔產(chǎn)生要好。 (6

10、)噴嘴的形狀、大小和焊槍的角度 噴嘴的形狀應(yīng)依照焊縫的形狀和位置來選擇；噴嘴的大小取決于板厚和焊接規(guī)范；焊槍的角度要注意調(diào)整。 （7）環(huán)境溫度、濕度以及自然風(fēng) 潮濕的環(huán)境下是不利于鋁及鋁合金焊接的，會(huì)產(chǎn)生大量的氣孔，必須加以改變；自然風(fēng)等空氣流淌會(huì)阻礙愛護(hù)氣氛的效果，必須注意防止。 （8）其他緣故 對有些焊縫采納清根處理的方法是減少氣孔的有效措施。合理的預(yù)熱效果、正確的焊接方向?qū)Ψ乐购蜏p少氣孔差不多上專門有關(guān)心的。 3.防止和消除氣孔缺陷的措施 鋁及鋁合金焊接氣孔缺陷產(chǎn)生的緣故專門復(fù)雜，要想完全幸免或根除是特不困難的。目前，我們只能從設(shè)計(jì)、工藝等方面來采取措施進(jìn)行操縱。 (1）在設(shè)計(jì)上盡量減少

11、容易產(chǎn)生氣孔的焊接形式 1)減少容易產(chǎn)生氣孔的橫焊和仰焊位置的焊接接頭。 2)保證能夠進(jìn)行正常焊接操作。幸免出現(xiàn)難以操作的焊接位置或形狀復(fù)雜的焊接部位。 (2)確定適宜的工藝方法和焊接規(guī)范 1)依照母材和焊接位置的具體情況認(rèn)真確定焊接規(guī)范。 2)焊前處理程序細(xì)致到位（除油污、灰塵、清除氧化膜等）。 3)起弧、收弧部位的處理方法（愛護(hù)氣體的預(yù)吹、滯后停氣，采納引、熄弧板，接頭處理技術(shù)）合適。 (3)加強(qiáng)焊接過程的治理 1)母材和焊材的治理。 2)焊接設(shè)備和工具的日常檢查。 3)焊前處理后到焊接之前的坡口愛護(hù)。 4)環(huán)境的濕度、清潔度和風(fēng)等方面的操縱。 (4)及時(shí)、迅速反饋焊接過程中的氣孔狀況 1

12、)操作初期確定有無氣孔產(chǎn)生。 2)出現(xiàn)氣孔要及時(shí)查明緣故，采取改進(jìn)措施。 那個(gè)地點(diǎn)應(yīng)該指出，焊工、檢驗(yàn)員、工程技術(shù)人員之間的配合，首檢、自檢和互檢的把關(guān)對防止氣孔缺陷的產(chǎn)生是專門有作用的。 (5)其他方面 1)注意焊材和母材表面的氧化膜、油污、水分的清理。 2)空氣濕度對電弧氣氛的阻礙。 3)流淌氣體（如風(fēng)）對愛護(hù)氣氛穩(wěn)定性的阻礙。、 4)施焊過程中盡量不做橫擺，保持運(yùn)條穩(wěn)定。 5)對氣體愛護(hù)焊注意停氣應(yīng)有滯后時(shí)段。 6)焊接工藝上可采取適當(dāng)預(yù)熱，增大線能量，增加高溫停留時(shí)伺，改變電源極性，使用脈沖焊或在愛護(hù)氣體中加入適量的氧氣或二氧化碳?xì)獾却胧?4.對氣孔缺陷的處理 單個(gè)大氣孔或密集型氣孔

13、群或阻礙結(jié)構(gòu)性能的氣孔都必須被鏟除，焊件要重焊。具體方法應(yīng)依照產(chǎn)品圖樣及相關(guān)技術(shù)要求來確定。三、熱裂紋 1.焊接裂紋的分類 鋁及鋁合金焊接接頭中的焊接裂紋，依照其產(chǎn)生的部位和形態(tài)可分為： （1）焊道金屬中的裂紋 縱向裂紋、橫向裂紋、弧坑裂紋、發(fā)狀或弧狀裂紋、焊根裂紋和顯微裂紋。 （2）熱阻礙區(qū)的裂紋 焊趾裂紋、層狀撕裂和熔合線附近的顯微裂紋。 2熱裂紋 由于鋁及鋁合金焊接接頭中的焊接裂紋，要緊是由晶界上的合金元素的偏析或低熔點(diǎn)物質(zhì)的集聚加上熱應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的，因此常稱為熱裂紋。熱裂紋要緊是焊縫金屬凝固裂紋，也可在近縫區(qū)產(chǎn)生液化裂紋，尤其是高強(qiáng)度鋁合金焊接時(shí)最為常見。 熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理為： （

14、1）鋁及鋁合金線膨脹系數(shù)大，是鋼的2倍。其在拘束條件下會(huì)造成較大的焊接應(yīng)力。 （2）鋁及鋁合金是典型的共晶型合金，熱裂敏感性隨液-固相線溫度區(qū)間的增大而增大，當(dāng)合金中有低熔共晶體或有雜質(zhì)作用時(shí)，熱裂傾向會(huì)增大。 （3）當(dāng)雜質(zhì)較多時(shí)，其低熔共晶物增加，晶界容易產(chǎn)生并存有低熔共晶薄膜，更增大熱裂傾向。 能夠認(rèn)為，合金成分對熱裂紋的阻礙最大。依照研究結(jié)果，鋁-鎂合金系列焊縫金屬中的鎂含量與裂紋的關(guān)系是：當(dāng)鎂含量在1%2%，的范圍內(nèi)時(shí)，產(chǎn)生熱裂紋的可能性最大。與焊接裂紋長度峰值區(qū)相對應(yīng)的合金元素的含量，因合金元素的種類而不同，其值約為： 2000系列合金：w(Cu)=13% 4000系列合金：w(Si

15、)=0.60.8%5000系列合金：w(Mg)= Mgl2%6000系列合金：w(Mg)=2%，w(si)=1% 經(jīng)驗(yàn)表明，常用合金的抗裂紋能力按下列順序增加：2000系列（鋁-銅）合金、7000系列（鋁-鋅-鎂-銅）合金、6000系列（鋁-鎂-硅）合金、7000系列（鋁-鎂-鋅）合金。而1000系列（工業(yè)純鋁）、3000系列（鋁-錳）合金、4000系列（鋁-硅）合金和5000系列（鋁-鎂）合金的焊接性能良好，都不易產(chǎn)生裂紋。 3.防止和消除裂紋缺陷的措施 熱裂紋是不同意存在的焊接缺陷，必須杜絕。依照熱裂紋敏感性的阻礙因素，我們能夠通過改變焊接方法，調(diào)整工藝參數(shù)，匹配母材與焊材的合金成分，降低

16、接頭的拘束等措施來防止。 （1）防止裂紋產(chǎn)生的最要緊的措施是選材 一般講來，在基體金屬中，添加銅的合金的裂紋敏感性較高，鎂、鋅和硫等合金元素也有不同程度的阻礙。經(jīng)驗(yàn)表明，對鎂含量低的基體金屬采納鎂含量高的焊接材料（如5183、5356、5556等），是降低裂紋敏感性的有效方法。另外，通過添加微量元素(如Ti、Ti+B、Zr)來細(xì)化晶粒也可顯著地減少裂紋。（2）在設(shè)計(jì)和工藝上的考慮 假如焊道薄，焊縫根部間隙大的接頭容易產(chǎn)生縱向裂紋?，F(xiàn)在應(yīng)增加熔敷金屬量（減小焊接速度或增大焊接電流），并采納降低拘束應(yīng)力的焊接順序。另外，對帶永久性焊接襯墊的焊縫，一般來講采納先設(shè)置反變形或在襯墊上加工溝槽的方法，均

17、能防止產(chǎn)生焊根（焊縫根部）裂紋，如圖2-5-2所示。 圖2-5-2帶永久襯墊的焊縫的焊根裂紋及其防止方法 我們明白，弧坑裂紋是以最后凝固區(qū)為中心而產(chǎn)生的，因此息弧時(shí)必須處理弧坑。當(dāng)焊槍停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)使電弧接著燃燒，待弧坑填滿之后息弧。當(dāng)進(jìn)行連續(xù)焊時(shí)，要養(yǎng)成先清理弧坑或接頭而后進(jìn)行連續(xù)焊的適應(yīng)。 4.熱裂紋的處理 (1）關(guān)于差不多出現(xiàn)的熱裂紋則必須全部鏟除重焊。 (2)處理方法可參照未熔合缺陷的處理方法進(jìn)行。 (3)值得注意的是處理完后，應(yīng)確認(rèn)裂紋全部清除再開始焊接。 四、其他缺陷 1.下塌或焊穿 鋁及鋁合金焊接時(shí)，顏色無明顯變化，沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)專門難推斷熔池溫度，往往導(dǎo)致焊縫下塌甚至燒穿。這在薄

18、板焊接和使用氣焊或TIG焊時(shí)易發(fā)生 該缺陷阻礙接頭美觀，導(dǎo)致應(yīng)力集中，增大焊接工作量，要注意防止。 防止和消除下塌和焊穿缺陷的措施有以下幾點(diǎn)： （1）焊縫背面加襯墊。 （2）焊接時(shí)不斷地用焊絲劃撥焊接處母材表面，注意溫度變化，隨時(shí)注意調(diào)整焊槍角度。（3）注意焊接規(guī)范的操縱，尤其是焊接電流不宜過大。（4）注意熔池的形狀和大小，防止高溫侍留時(shí)刻過長。 2夾雜 鋁與氧的親和力專門大，在高溫作用下，極易在短時(shí)刻內(nèi)形成熔點(diǎn)高、致密的Al2O3薄膜，阻礙金屬間的良好熔合，同時(shí)又極易造成夾雜。 使用TIG焊時(shí)假如焊接電流過大，會(huì)導(dǎo)致鎢極嚴(yán)峻過熱而熔入焊縫產(chǎn)生夾鎢；或者因鎢極太靠近熔池而導(dǎo)致夾鎢。鋁及鋁合金焊縫夾雜，不僅僅會(huì)降低接頭強(qiáng)度，更重要的是會(huì)使焊縫金屬脆化，焊縫極易產(chǎn)生裂紋。防止和消除夾雜缺陷的措施是： （1）焊接前應(yīng)認(rèn)真清理母材、焊材表面的氧化物。 （2）焊接過程中注意熔池和焊縫的熱態(tài)愛護(hù)。 （3）使用TIG焊時(shí)，要注意鎢極與熔池之間的距離；操縱焊接電流，防止鎢極的熔化造成焊縫局部夾鎢形成夾雜。 3.其他 鋁及鋁合金焊接還存在接頭軟化，接頭導(dǎo)電性、耐蝕性下降等缺陷。這些缺陷一般是觀看不出來的，必須借助