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内容摘要 近年来，在焊接技术不断进步的状况下高效率和高性能的焊接方法也得到了大力推广。铝及铝合金的应用十分广泛，尤其是在船舶、桥梁、车辆、建筑、化工机械等方面的应用不断扩大。但是，铝及铝合金在焊接过程中也会出现一些问题，这就需要做好防范措施。
关键词 铝 铝合金 焊接 氧化
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）08-01-01
一、极易氧化
铝与氧的亲和力很强，在任何温度下都会氧化，一般来说铝与氧在空气中结合会生成致密而结实的AL2O3薄膜，厚度约0.1～0.2μm，熔点高达2050℃。在焊接的过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣；氧化膜密度大（约为铝的1.4倍），不易浮出熔池表面，容易在焊缝中形成夹渣缺陷。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔；焊接时该氧化膜妨碍母材熔化和熔合，易出现未焊透缺陷；由于氧化膜电子逸出功低，易发射电子使电弧漂移不定。上述这些问题，必将会降低焊接接头的性能。
具体措施如下：
1、焊前应严格清除焊件表面的氧化膜，以防止在焊接过程中焊接区再氧化；
2、焊接过程中对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护，可以采用合格的保护气体来进行，这也是铝及铝合金焊接的一个重要特点；
3、在气焊时，可以采用熔剂，在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。
二、易产生裂纹
焊接过程是一系列不平衡的工艺过程的综合，从本质上看，热裂纹产生多是与焊接接头金属断裂的冶金因素和力学因素发生重要的联系，例如：焊接工艺过程与冶金过程的产物即物理的、化学的与组织上的不均匀性、熔渣与夹杂物、气体元素与处于过饱和浓度的空位等，以上这些都是与萌生裂纹及其发展有着密切联系的冶金因素。
从力学因素来看，在一定的拘束条件下，焊接热循环特定的温度梯度与冷却速度将使焊接接头处于复杂的应力—应变状态，从而为裂纹的萌生与发展提供了必要的条件。在焊接过程中，冶金因素及力学因素的综合作用可以归结为两个方面：强化金属联系、弱化金属联系。如果在冷却时，焊接接头金属中正在建立强度联系，在一定刚性拘束条件下能够顺从地应变，焊缝与近缝区金属能够承受外加拘束应力与内在残余应力的作用时，裂纹就不容易产生，焊接接头的金属裂纹敏感性低。反之，当承受不住应力作用时，金属中强度联系容易中断，就会产生裂纹。
此外，随着温度的降低与冷却速度的不断变化，冶金因素和力学因素也都是在变化，在不同的温度区间对焊接接头金属的强度联系作用也各不相同，容易引起应力集中，导致裂纹产生。铝及铝合金在焊接时，在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔共晶体被排挤在晶体交遇的中心部位，形成一种所谓的“液态薄膜”，这时因冷却时收缩量较大而得不到自由收缩产生较大的拉伸应力，在拉伸应力的作用下就可能在薄弱地带开裂而形成裂纹。
具体措施如下：
1、在冶金因素方面，为了防止焊接时产生晶间热裂纹，可以通过调整焊缝合金系统或向填加金属中添加变质剂。从抗裂角度来考虑，调整焊缝合金系统的着眼点，重点是控制好适量的易熔共晶并缩小结晶温度区间。由于铝及铝合金产生的最大裂纹倾向正好同合金的“最大”凝固温度区间相对应，少量易熔共晶的存在总是增大凝固裂纹倾向。因此，一般都是使主要合金元素含量超过裂纹倾向最大时的合金组元，以便能产生“愈合”作用。作为变质剂向填加金属中加入Ti、Zr、V 和 B 等微量元素，可以达到防止焊接热裂纹产生的目的。
2、在工艺因素方面，主要是焊接规范、预热、接头形式和焊接顺序，这些方法都是从焊接应力上着手来解决焊接裂纹。焊接工艺参数始终影响着凝固过程的不平衡性和凝固的组织状态，同时也增加了凝固过程中的应变速度，影响裂纹的产生。
热能集中的焊接方法既有利于快速进行焊接过程，同时也可以防止形成方向性强的粗大柱状晶，改善了抗裂性。采用小的焊接电流，减慢焊接速度，可有效减少熔池过热的情况，也能改善抗裂性。而提高焊接速度，可以增大焊接接头的应变速度及热裂的倾向。所以，增大焊接速度和焊接电流，都会促使裂纹倾向增大。
在铝结构装配、施焊时，不让焊缝承受较大的钢性，在工艺上可以采取以下措施：分段焊、预热或适当降低焊接速度等。通过预热，可以使得试件相对膨胀量较小，从而降低了焊接应力的产生；尽量采用开坡口和留小间隙的对接焊，同时还要避免用十字形接头及不适当的定位、焊接顺序；在焊接结束或中断时，还要及时填满弧坑，随后再移去热源，否则将会引起弧坑裂纹。通过大量试验，我们也可以发现：母材和填充材料的表面清理工作对于铝及铝合金的焊接也是极为重要的，这也是引起裂纹的原因。
三、易形成气孔
铝及铝合金在焊接时接头中极易产生气孔，这是一个主要缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。大量实践已经证实，铝及铝合金焊接时所产生的气孔，其主要原因就是氢。氢主要是来源于弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，以焊缝气孔的产生，一般占有突出的地位。
另外，铝及铝合金的液体熔池也很容易吸收气体，在高温下溶入的大量气体后，再由液态凝固时，此时溶解度便会急剧下降，因焊后冷却凝固过程中来不及析出，所以就聚集在焊缝中形成气孔。
具体措施如下：
严格控制氢的来源，焊接之前要严格限制所使用焊接材料（包括焊丝、焊条、熔剂、保护气体）的含水量，做好干燥处理。处理后，母材及焊丝最好在2-3小时内焊接完毕，最多不要超过24小时。MIG焊时，用大的焊接电流慢的焊接速度，可以提高熔池的存在时间；TIG焊接时，可以选用大的焊接电流配合较高的焊接速度；而Al-Li合金在焊接时，加强正、背面保护，清除概况氧化膜，配合坡口刮削，便可有效地防止气孔。
四、焊接热对基体金属的影响
非热处理强化铝合金若在冷作硬化状态下焊接，热影响区的峰值温度超过再结晶温度（200～300℃），冷作硬化效果消失而出现软化；热处理强化铝合金无论是退火状态还是时效状态下焊接，焊后不经过热处理，其接头强度就会低于母材。在焊缝、熔合区和热影响区，都很可能会产生这种弱化。焊接热输入越大，性能降低的程度也越严重。尽管铝及铝合金焊接时有上述特点和易产生的问题，但总的来说，纯铝、非热处理强化的变形铝合金的焊接性良好，只是热处理的变形铝合金焊接性较差。
具体措施如下：
针对上述这些问题，我们要采用合适的工艺措施，正确地选择焊接方法和填充材料，更好的获得质量良好的焊接接头。
五、参考文献
【1】杨芙、吕文桂、张文明《铝及铝合金先进的焊接技术》[J]，《铸造技术》2012年10期。
【2】张晓彤《铝合金焊接接头产生的裂纹特征及原因分析》[J]，《黑龍江科技信息》2011年09期第125页。
【3】胡智清、李彪《铝及铝合金零件的焊接工艺方法》[J]，《科技创新与应用》2012年06期第87页。
关键词 铝 铝合金 焊接 氧化
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）08-01-01
一、极易氧化
铝与氧的亲和力很强，在任何温度下都会氧化，一般来说铝与氧在空气中结合会生成致密而结实的AL2O3薄膜，厚度约0.1～0.2μm，熔点高达2050℃。在焊接的过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣；氧化膜密度大（约为铝的1.4倍），不易浮出熔池表面，容易在焊缝中形成夹渣缺陷。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔；焊接时该氧化膜妨碍母材熔化和熔合，易出现未焊透缺陷；由于氧化膜电子逸出功低，易发射电子使电弧漂移不定。上述这些问题，必将会降低焊接接头的性能。
具体措施如下：
1、焊前应严格清除焊件表面的氧化膜，以防止在焊接过程中焊接区再氧化；
2、焊接过程中对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护，可以采用合格的保护气体来进行，这也是铝及铝合金焊接的一个重要特点；
3、在气焊时，可以采用熔剂，在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。
二、易产生裂纹
焊接过程是一系列不平衡的工艺过程的综合，从本质上看，热裂纹产生多是与焊接接头金属断裂的冶金因素和力学因素发生重要的联系，例如：焊接工艺过程与冶金过程的产物即物理的、化学的与组织上的不均匀性、熔渣与夹杂物、气体元素与处于过饱和浓度的空位等，以上这些都是与萌生裂纹及其发展有着密切联系的冶金因素。
从力学因素来看，在一定的拘束条件下，焊接热循环特定的温度梯度与冷却速度将使焊接接头处于复杂的应力—应变状态，从而为裂纹的萌生与发展提供了必要的条件。在焊接过程中，冶金因素及力学因素的综合作用可以归结为两个方面：强化金属联系、弱化金属联系。如果在冷却时，焊接接头金属中正在建立强度联系，在一定刚性拘束条件下能够顺从地应变，焊缝与近缝区金属能够承受外加拘束应力与内在残余应力的作用时，裂纹就不容易产生，焊接接头的金属裂纹敏感性低。反之，当承受不住应力作用时，金属中强度联系容易中断，就会产生裂纹。
此外，随着温度的降低与冷却速度的不断变化，冶金因素和力学因素也都是在变化，在不同的温度区间对焊接接头金属的强度联系作用也各不相同，容易引起应力集中，导致裂纹产生。铝及铝合金在焊接时，在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔共晶体被排挤在晶体交遇的中心部位，形成一种所谓的“液态薄膜”，这时因冷却时收缩量较大而得不到自由收缩产生较大的拉伸应力，在拉伸应力的作用下就可能在薄弱地带开裂而形成裂纹。
具体措施如下：
1、在冶金因素方面，为了防止焊接时产生晶间热裂纹，可以通过调整焊缝合金系统或向填加金属中添加变质剂。从抗裂角度来考虑，调整焊缝合金系统的着眼点，重点是控制好适量的易熔共晶并缩小结晶温度区间。由于铝及铝合金产生的最大裂纹倾向正好同合金的“最大”凝固温度区间相对应，少量易熔共晶的存在总是增大凝固裂纹倾向。因此，一般都是使主要合金元素含量超过裂纹倾向最大时的合金组元，以便能产生“愈合”作用。作为变质剂向填加金属中加入Ti、Zr、V 和 B 等微量元素，可以达到防止焊接热裂纹产生的目的。
2、在工艺因素方面，主要是焊接规范、预热、接头形式和焊接顺序，这些方法都是从焊接应力上着手来解决焊接裂纹。焊接工艺参数始终影响着凝固过程的不平衡性和凝固的组织状态，同时也增加了凝固过程中的应变速度，影响裂纹的产生。
热能集中的焊接方法既有利于快速进行焊接过程，同时也可以防止形成方向性强的粗大柱状晶，改善了抗裂性。采用小的焊接电流，减慢焊接速度，可有效减少熔池过热的情况，也能改善抗裂性。而提高焊接速度，可以增大焊接接头的应变速度及热裂的倾向。所以，增大焊接速度和焊接电流，都会促使裂纹倾向增大。
在铝结构装配、施焊时，不让焊缝承受较大的钢性，在工艺上可以采取以下措施：分段焊、预热或适当降低焊接速度等。通过预热，可以使得试件相对膨胀量较小，从而降低了焊接应力的产生；尽量采用开坡口和留小间隙的对接焊，同时还要避免用十字形接头及不适当的定位、焊接顺序；在焊接结束或中断时，还要及时填满弧坑，随后再移去热源，否则将会引起弧坑裂纹。通过大量试验，我们也可以发现：母材和填充材料的表面清理工作对于铝及铝合金的焊接也是极为重要的，这也是引起裂纹的原因。
三、易形成气孔
铝及铝合金在焊接时接头中极易产生气孔，这是一个主要缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。大量实践已经证实，铝及铝合金焊接时所产生的气孔，其主要原因就是氢。氢主要是来源于弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，以焊缝气孔的产生，一般占有突出的地位。
另外，铝及铝合金的液体熔池也很容易吸收气体，在高温下溶入的大量气体后，再由液态凝固时，此时溶解度便会急剧下降，因焊后冷却凝固过程中来不及析出，所以就聚集在焊缝中形成气孔。
具体措施如下：
严格控制氢的来源，焊接之前要严格限制所使用焊接材料（包括焊丝、焊条、熔剂、保护气体）的含水量，做好干燥处理。处理后，母材及焊丝最好在2-3小时内焊接完毕，最多不要超过24小时。MIG焊时，用大的焊接电流慢的焊接速度，可以提高熔池的存在时间；TIG焊接时，可以选用大的焊接电流配合较高的焊接速度；而Al-Li合金在焊接时，加强正、背面保护，清除概况氧化膜，配合坡口刮削，便可有效地防止气孔。
四、焊接热对基体金属的影响
非热处理强化铝合金若在冷作硬化状态下焊接，热影响区的峰值温度超过再结晶温度（200～300℃），冷作硬化效果消失而出现软化；热处理强化铝合金无论是退火状态还是时效状态下焊接，焊后不经过热处理，其接头强度就会低于母材。在焊缝、熔合区和热影响区，都很可能会产生这种弱化。焊接热输入越大，性能降低的程度也越严重。尽管铝及铝合金焊接时有上述特点和易产生的问题，但总的来说，纯铝、非热处理强化的变形铝合金的焊接性良好，只是热处理的变形铝合金焊接性较差。
具体措施如下：
针对上述这些问题，我们要采用合适的工艺措施，正确地选择焊接方法和填充材料，更好的获得质量良好的焊接接头。
五、参考文献
【1】杨芙、吕文桂、张文明《铝及铝合金先进的焊接技术》[J]，《铸造技术》2012年10期。
【2】张晓彤《铝合金焊接接头产生的裂纹特征及原因分析》[J]，《黑龍江科技信息》2011年09期第125页。
【3】胡智清、李彪《铝及铝合金零件的焊接工艺方法》[J]，《科技创新与应用》2012年06期第87页。