段金龍

（昆明中車軌道交通裝備有限公司，云南 昆明 650605）

鋁合金材料具有著較強的化學活潑性及導熱性，氧化膜密度則相對較低，這些特性使得鋁合金在焊接過程中很容易出現(xiàn)問題，而要想對這些焊接問題進行有效處理，保證鋁合金焊接質(zhì)量，則需要明確鋁合金焊接性能及其焊接接頭性能，并在焊接過程中進行針對性的處理。

1 鋁合金焊接性能及焊接接頭性能分析

（1）高溫強度低。由于金屬材料焊接通常都是在高溫條件下進行，因此材料熔點對于焊接質(zhì)量有著直接的影響，鋁合金材料的熔點會因合金中純鋁含量不同而存在一定的差異，但通常都在600℃左右，這一熔點與銅等其他材料相對較高，但在進行高溫焊接時，其強度與塑性卻會迅速降低，這意味著焊接過程中鋁合金材料很難支撐住液體金屬，而焊縫也會因此而出現(xiàn)塌陷、燒穿等問題。

（2）膨脹系數(shù)高。鋁合金材料的膨脹系數(shù)普遍較高，大多都能達到銅、鋼的兩倍或以上，而收縮性最高則在75%左右，這意味著在焊接過程中，高溫的影響很容易使鋁材料因熱脹冷縮而出現(xiàn)變形，并發(fā)生結晶裂紋、液化裂紋等現(xiàn)象[1]。另外，鋁合金的導熱性雖然比較高，但在高溫影響下其內(nèi)外部溫度仍然會出現(xiàn)差異，溫差的變化會使其內(nèi)外部出現(xiàn)不同的膨脹，并產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，這同樣是鋁合金焊接容易出現(xiàn)愛你熱裂紋的主要原因。同樣，焊接完成后，隨著焊接接頭處溫度的不斷降低，如果收縮量較大且冷卻速度較快，那么其收縮變速率就會隨之提高，并使鋁合金焊接接頭處出現(xiàn)應力-應變狀態(tài)，而這同樣是焊接處產(chǎn)生裂紋的主要原因之一。

（3）氧化能力強。鋁材料的氧親和力非常強，長期暴露在空氣中很容易形成氧化鋁薄膜，這種薄膜雖然厚度較低，且具有著較高的密度與結實度，但熔點卻高達2050℃，如果在未經(jīng)處理的情況下直接進行焊接，鋁材料就很難與其他金屬材料有效結合起來，焊接接頭出也會因氧化鋁殘渣的存在而出現(xiàn)氣孔。此外，氧化膜薄膜本身具有著吸附水分的特點，在焊接時氧化薄膜表面的水分會迅速汽化并分解為氫氣，而在焊接結束后，由于鋁合金材料溫度迅速降低，氫氣的溶解度也隨之下降，并最終上浮造成氣孔，直接影響焊接質(zhì)量。

（4）接頭易軟化。鋁合金材料焊接通常以熱處理焊接為主，這種焊接方式雖然能夠在現(xiàn)階段應用十分廣泛，但由于鋁合金的高溫塑性與強度均較低，因此焊接接頭的熱影響區(qū)通常都會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，即便在處理得當?shù)那闆r下不會導致裂縫、變形等缺陷，但強度的降低仍然會影響到焊縫附近區(qū)域的力學性能，且焊接線能量越大，性能降低的程度也會愈加嚴重。

（5）接頭耐腐蝕性差。鋁合金本身的耐腐蝕性并不差，但在經(jīng)過熱處理后，由于焊縫處與鋁合金本身相比致密性、純度均明顯不足，同時還會存在大量的雜質(zhì)與粗大晶粒，因此其耐腐蝕性會迅速下降，而在耐腐蝕性不足的情況下，鋁合金焊縫處就很容易因表面腐蝕而出現(xiàn)晶間腐蝕、裂縫等問題。

（6）色澤變化小。在金屬材料焊接過程中，焊接人員通常都需要根據(jù)金屬色澤變化來把握焊接溫度以及不同焊接操作的時機，但由于鋁合金材料在液態(tài)與固態(tài)狀態(tài)下其顏色變化非常小，肉眼很難進行區(qū)分，因此焊接人員焊接時基本無法根據(jù)色澤變化來判斷材料是否液化，使焊接難度有了較大的提升。

（7）熱導率高。鋁合金材料雖然熔點較高，但熱導率與熱容量也同樣是非常高，這意味著在進行焊接時，焊機所產(chǎn)生的熱能會被迅速傳導至鋁合金材料，而焊接接頭處的熱能則會相對不足，如果無法將熱能集中，那么焊接接頭的質(zhì)量就會因接頭處熱能不足而受到影響。

2 鋁合金焊接問題的有效處理措施

（1）焊縫塌陷問題處理。焊縫塌陷問題主要是由鋁合金材料熔點高、高溫強度低所導致的，為避免鋁合金在高溫條件下因強度過低而出現(xiàn)塌陷，焊接前應提前準備好墊板，并用墊板作為鋁合金的支撐，這樣即便材料在高溫條件下強度降低，也不會出現(xiàn)明顯的變形與塌陷。

（2）焊縫熱裂紋處理。鋁合金材料焊接過程中的熱裂紋缺陷十分常見，而針對這一缺陷的處理措施也十分多樣。首先，鋁合金材料雖然會在高溫及快速冷卻條件下出現(xiàn)應力應變，但只要能夠提前通過焊接實驗確定焊接溫度等方面的合理參數(shù)，并對焊接順序進行嚴格規(guī)范，焊縫出現(xiàn)熱裂紋的幾率仍然是比較低的。其次，針對鋁合金材料焊縫結晶裂紋與熱影響區(qū)液化裂紋，焊接人員可以根據(jù)實際焊接情況對鋁合金材料的焊接接頭進行改進，以降低應力應變對焊接接頭的影響。最后，還可以在焊接時向添加金屬中添加Ti、Zr、V和B等微量元素作為變質(zhì)劑，這些變質(zhì)劑能夠形成高塑性的細化晶粒，能夠在很大程度上改善鋁合金焊縫處的力學性能，使其抗裂性得到提升，從而避免熱裂紋的出現(xiàn)。

（3）焊縫氣孔處理。針對鋁合金材料表面氧化鋁薄膜所導致的焊縫氣孔問題，焊接人員一方面需要在焊接前用機械或化學方法將鋁合金材料表面的氧化物清理干凈，避免氧化鋁薄膜形成殘渣或表面水分汽化，而在另一方面則需要在焊接時使用一些保護氣體對鋁合金材料進行保護，或是用焊絲將氧化鋁薄膜持續(xù)挑破，以防止要鋁合金材料在焊接過程中再次出現(xiàn)氧化。

（4）接頭軟化問題處理。受鋁合金特性影響，其接頭在焊接過程中軟化是很難避免的，因此焊接人員應針對材料特性采取相應的焊接工藝，并對焊接條件、焊接順序焊接溫度等進行合理把握，例如運用脈沖氬弧焊進行焊接，就可以利用其焊件變形小、熱影響區(qū)小的特點，降低焊接接頭軟化的影響，而通過對焊接溫度的控制，則可以使降低接頭的軟化程度，避免接頭力學性能收到太大影響。另外如鋁合金材料高溫軟化無法恢復，則應盡量在退火或在固溶狀態(tài)下進行焊接，并在焊接完成后再進行熱處理。

（5）接頭腐蝕問題處理。鋁合金材料雖然會在高溫后出現(xiàn)耐腐蝕性降低的情況，但初期影響并不大，因此焊接人員可以通過改善接頭組織成分的不均勻性來使焊縫很進化，并在焊縫處制造出各種細化晶粒，以提高其耐腐蝕性，同時也可以采取陽極氧化處理或涂層等方法來對鋁合金材料進行保護，避免鋁合金材料出現(xiàn)腐蝕。

（6）焊接操作改進。鋁合金材料的固態(tài)與液態(tài)在色澤上雖然很難進行判斷，但只要能夠熟悉焊接操作要求，并對焊接時所需的工序操作進行掌握改進，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接質(zhì)量的保證。

（7）熱能不足問題處理。為了解決熱能不足問題，焊接人員還需對激采用能量集中、功率大的熱源，并對預熱等工藝措施進行靈活利用，保證焊接時鋁合金材料能夠維持在高熱能的狀態(tài)下，從而避免未焊透、未熔合等問題的發(fā)生。

3 結語

總而言之，受鋁合金材料焊接性能及焊接接頭性能影響，其在焊接過程中很容易出現(xiàn)氣孔、塌陷、裂紋等缺陷，而要想避免這些缺陷的形成，則還需要在焊接工序、焊接工藝、焊接材料等方面采取針對性的處理措施。