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鋁材焊接、鋁合金焊接中如何避免熱開(kāi)裂

開(kāi)裂是鋁材焊接、鋁合金焊接中可能發(fā)生的一個(gè)重大問(wèn)題。即使很小的縫隙也可能導(dǎo)致焊縫不合規(guī)范，并導(dǎo)致焊點(diǎn)故障。其實(shí)，絕大多數(shù)的鋁合金都可以實(shí)現(xiàn)成功焊接、不發(fā)生破損等相關(guān)問(wèn)題。關(guān)鍵是使用合適的填充金屬絲、適當(dāng)?shù)墓ば騺?lái)完成焊接。

有兩種類(lèi)型的開(kāi)裂——熱開(kāi)裂和應(yīng)力開(kāi)裂，熱開(kāi)裂是焊鋁時(shí)比較常見(jiàn)的。熱開(kāi)裂是焊接復(fù)合物時(shí)常遭遇一個(gè)麻煩，它會(huì)影響金屬焊接的凝固程度。

有三個(gè)因素可以顯著影響鋁合金焊接熱開(kāi)裂的概率：

1）母材組合的開(kāi)裂敏感度；

2）選擇合適的填充金屬絲，有助于不選容易開(kāi)裂的材料組合物；以及

3）選擇合適的焊接接頭設(shè)計(jì)，來(lái)處理基礎(chǔ)金屬，有助于避免開(kāi)裂敏感的焊接組合。

有些鋁合金焊接起來(lái)比其他金屬更容易開(kāi)裂，所以選擇一種合適的填充金屬絲非常重要，這會(huì)產(chǎn)生低開(kāi)裂敏感度的焊接金屬組合。當(dāng)焊接具有低裂紋敏感性的鋁材時(shí)，會(huì)采用類(lèi)似成分的填充金屬絲。2、如果需要采用熔化極氣體保護(hù)焊或藥芯焊絲氣體保護(hù)焊將一薄金屬蓋焊接在較厚鋼管上，進(jìn)行焊接時(shí)如果不能正確調(diào)整焊接電流，可能會(huì)導(dǎo)致兩種情況：一是為了防止薄金屬燒穿而減小焊接電流，此時(shí)不能將薄金屬蓋焊接到厚鋼管上。反之，焊接高開(kāi)裂敏感性的鋁合金時(shí)，會(huì)選擇低裂紋敏感性的不同成分的填充金屬絲。

鋁填充金屬絲，均按照美國(guó)焊接學(xué)會(huì)（AWS）的分類(lèi)，對(duì)應(yīng)鋁業(yè)協(xié)會(huì)的相關(guān)注冊(cè)號(hào)碼，以確定特定的合金組合成分。并非所有的填充金屬絲都適于焊接所有的鋁基合金。需要一個(gè)有信譽(yù)的填充金屬絲選擇指南，以確保不同的鋁合金焊接的選擇。

開(kāi)裂是鋁材焊接中可能發(fā)生的一個(gè)重大問(wèn)題。即使很小的縫隙也可能導(dǎo)致焊縫不合規(guī)范，并導(dǎo)致焊點(diǎn)故障。其實(shí)，絕大多數(shù)的鋁合金都可以成功焊接，不發(fā)生破損。關(guān)鍵是使用合適的填充金屬絲、適當(dāng)?shù)墓ば騺?lái)焊接。

焊縫設(shè)計(jì)是另一個(gè)重要的考慮因素，可以影響焊縫的組合物，有助于防止熱裂紋。無(wú)斜角的焊縫，會(huì)導(dǎo)致基本金屬熔焊稀釋率不夠，有適當(dāng)斜角的焊縫，就可以充分稀釋。二．運(yùn)條：電弧引燃后，迅速將焊條提起2—4毫米進(jìn)行焊接，手工電弧焊操作是由沿焊接方向前進(jìn)、沿焊縫橫向擺動(dòng)和向熔池方向送進(jìn)焊條等三個(gè)基本動(dòng)作組合而成,運(yùn)條手法主要包括兩種：1。這就意味著可以在一個(gè)斜面邊緣，增加在焊縫沉積的填料金屬的量，產(chǎn)生一個(gè)不太可能開(kāi)裂的復(fù)合層。有些鋁基合金，比如6XXX系列，是可能強(qiáng)烈影響熱開(kāi)裂的非常重要的一種因素。

應(yīng)力開(kāi)裂

雖然不像熱開(kāi)裂那么普遍，應(yīng)力開(kāi)裂也可能影響鋁的焊接。導(dǎo)致應(yīng)力開(kāi)裂的一個(gè)主要原因是：在焊縫凝固和冷卻時(shí)的過(guò)度收縮率。適當(dāng)?shù)臅r(shí)候選擇含有硅的填充金屬絲，能減少收縮壓力，有助于避免應(yīng)力裂紋。

焊鋁過(guò)程中出現(xiàn)的大部分裂縫，會(huì)在焊口（通常用來(lái)定義焊頭里不希望出現(xiàn)的凹陷）里出現(xiàn)，常被忽視。焊口裂縫是很小的，不加處理的話(huà)，就可能擴(kuò)大到整個(gè)焊縫并造成重大故障。滅弧要用手腕的靈活性，每一次都干凈利落地將電弧熄滅，使熔池有瞬時(shí)凝固的機(jī)會(huì)。操作方法是，焊工注意在焊接過(guò)程中把焊口完全填滿(mǎn)，要么采用焊接電源供應(yīng)設(shè)備上的自動(dòng)焊口填補(bǔ)功能，要么用其他已經(jīng)批準(zhǔn)的焊口填補(bǔ)方法。

提高焊接移動(dòng)速度，有助于減少應(yīng)力開(kāi)裂的可能性，因?yàn)檫@樣做可以縮小熱影響區(qū)，減小堿金屬熔化的程度。通過(guò)降低母材在焊接過(guò)程中及之后的殘余應(yīng)力水平，也可以用預(yù)熱來(lái)起到幫助作用。這反過(guò)來(lái)也會(huì)降低應(yīng)力開(kāi)裂的可能性。

要避免在非常冷的情況下焊接鋁，要避免預(yù)熱操作導(dǎo)致的過(guò)熱——150°F的預(yù)熱溫度，就足以滿(mǎn)足所有的鋁合金焊接要求了。鋁合金焊接、鋁材焊接，我們的專(zhuān)業(yè)的！

鋁及鋁合金的焊接小知識(shí)

1.為什么叫純鋁？它們是如何分類(lèi)的？答：工業(yè)純鋁：含鋁量≥99.00% 。

國(guó)產(chǎn)牌號(hào)： L1、L2、L3、L4、L5 。

國(guó)際型號(hào)： 1060、1035、1100、1200、1370等。

國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)：HS3012.為什么叫鋁合金？它們是如何分類(lèi)的？答：在鋁材中加入鎂、硅、錳、銅、鋅等合金元素，形成不同的組織和性能，形成不同系列的鋁合金材料，如：

〈1〉鋁銅合金 （ LY19 2014 2219 2024 ）

〈2〉鋁錳合金 （ LF21 3003 3005 3105 ） 國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)：HS321

〈3〉鋁硅合金 （ LT1 4A11 4043 4047 ） 國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)：HS311

〈4〉鋁鎂合金 （ LF2--LF16 5005 5052 5182 5356 ）國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)： HS331

〈5〉鋁鎂硅合金 （ LD2 LD31 6061 6063 6070 ）

〈6〉鋁銅鎂鋅合金 （ 7005 7050 7075 7475 ）

〈7〉鋁銅鎂鋰合金 （ 8090 ）等3.為什么MIG焊鋁要用亞射流過(guò)渡？焊接時(shí)由下端開(kāi)始施焊，打底的焊條角度大約70°～80°，采用兩點(diǎn)擊穿焊，在坡口一側(cè)引燃電弧順點(diǎn)焊點(diǎn)向根部進(jìn)行預(yù)熱熔化，聽(tīng)到電弧穿透坡口而發(fā)出的“撲撲”聲，看到熔孔、形成熔池座，立即提起焊條熄滅電弧。答：亞射流過(guò)渡：在射流過(guò)渡的電弧成分中調(diào)試出3~5%的短路過(guò)渡成分，保證電弧長(zhǎng)度較短，電弧不漂移，氣體保護(hù)和陰極霧化效果好，產(chǎn)生氣孔的傾向小，焊縫內(nèi)在質(zhì)量高。4. MIG焊鋁的工藝難題有哪些？答：MIG焊鋁的工藝難題主要有：

〈1〉鋁及鋁合金的熔點(diǎn)低（純鋁 660℃），表面生成高熔點(diǎn)氧化膜（ AL2O3 2050℃），容易造成焊接不熔合。

〈2〉低熔點(diǎn)共晶物和焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接熱裂紋。

〈3〉母材、焊材氧化膜吸附水分，焊縫容易產(chǎn)生氣孔。

〈4〉鋁的導(dǎo)熱性是鋼的3倍，焊縫熔池的溫度場(chǎng)變化大，控制焊縫成型的難度較大。

〈5〉 焊接變形較大。5.為什么MIG焊鋁要用Φ1.2/Φ1.6焊絲？答：MIG焊鋁時(shí)，因焊絲的熔化速度很快，送絲速度高；鋁合金由于重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、無(wú)磁性、成形性好及低溫性能好等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。鋁焊絲剛性小，比較軟，推絲送進(jìn)時(shí)，細(xì)焊絲容易堆絲打彎，影響正常焊接。所以一般使用Φ1.2/Φ1.6鋁焊絲。6.什么叫清潔寬度？答：TIG交流和MIG直流反接焊鋁時(shí)，負(fù)電極（母材）表面上集中發(fā)射電子的光亮微小區(qū)域—“陰極霧化區(qū)”，此區(qū)域?yàn)榍鍧崒挾?，清理鋁表面氧化膜。

厚板與薄板的焊接

1、用熔化極氣體保護(hù)（GMAW）和藥芯焊絲氣體保護(hù)焊（FCAW）焊接鋼制工件時(shí)，如果工件的板厚超過(guò)了焊機(jī)可以達(dá)到的大焊接電流，將如何進(jìn)行處理？

解決的方法是焊前預(yù)熱金屬。采用丙烷、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的氣體或一炔焊炬對(duì)工件焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度為150～260℃，然后進(jìn)行焊接。對(duì)焊接區(qū)域金屬進(jìn)行預(yù)熱的目的是防止焊縫區(qū)域冷卻過(guò)快，不使焊縫產(chǎn)生裂紋或未熔合。

2、如果需要采用熔化極氣體保護(hù)焊或藥芯焊絲氣體保護(hù)焊將一薄金屬蓋焊接在較厚鋼管上，進(jìn)行焊接時(shí)如果不能正確調(diào)整焊接電流，可能會(huì)導(dǎo)致兩種情況：

一是為了防止薄金屬燒穿而減小焊接電流，此時(shí)不能將薄金屬蓋焊接到厚鋼管上；二是焊接電流過(guò)大會(huì)燒穿薄金屬蓋。這時(shí)應(yīng)如何進(jìn)行處理？

主要有兩種解決方法。

① 調(diào)整焊接電流避免燒穿薄金屬蓋，同時(shí)用焊炬預(yù)熱厚鋼管，然后采用薄板焊接工藝對(duì)兩金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接。

② 調(diào)整焊接電流以適合于厚鋼管的焊接。進(jìn)行焊接時(shí)，保持焊接電弧在厚鋼管上的停留時(shí)間為90%，并減少在薄金屬蓋上的停留時(shí)間。應(yīng)指出，只有當(dāng)熟練掌握這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，才能得到良好的焊接接頭。

3、當(dāng)將一薄壁圓管或矩形薄壁管件焊接到一厚板上時(shí)，焊條容易燒穿薄壁管部分，除了上述兩種解決方法，還有其他的解決方法嗎？

有，主要是在焊接過(guò)程中采用一個(gè)散熱棒。如將一個(gè)實(shí)心圓棒插入薄壁圓管中，或?qū)⒁粚?shí)心矩形棒插入矩形管件中，實(shí)心棒將會(huì)帶走薄壁工件的熱量并防止燒穿。一般來(lái)說(shuō)，在多數(shù)供貨的中空管或矩形管材料中都緊密安裝了實(shí)心圓棒或矩形棒。在鋁合金焊接、鋁材焊接中，我們河南明星機(jī)械擁有二十多年的焊接經(jīng)驗(yàn)，專(zhuān)業(yè)的焊接團(tuán)隊(duì)，歡迎各界人士的來(lái)訪。焊接時(shí)應(yīng)注意將焊縫遠(yuǎn)離管子的末端，管子的末端是易發(fā)生燒穿的薄弱區(qū)域。

鋁合金材料的焊接特性分析

（1）熱脹冷縮。鋁的膨脹系數(shù)比一般的金屬要高很多，是銅的兩倍之多，同時(shí)鋁材料的收縮性能達(dá)到百分之七十五，鋁合金的主要成分是鋁，因此，鋁合金的熱脹冷縮性能也比一般的金屬材料要強(qiáng)很多。薄管或薄板和厚板焊接不論用什么方法要注意的是鎢級(jí)（亞弧焊）、焊條（電焊）或者焊絲（氣體保護(hù)焊）起弧時(shí)要在厚板側(cè)起弧，盡量避免電弧吹到薄管上太多。在鋁合金的焊接過(guò)程中，其發(fā)生焊接變形是十分常見(jiàn)的，而結(jié)晶是鋁合金材料還常常發(fā)生裂紋現(xiàn)象。

（2）熱容量及融化溫度。鋁合金的熱容量要比一般的金屬材料高很多，想要將其融化需要更多的熱量。鋁合金的融化溫度因其純鋁的含量不同而不同，純鋁的熔點(diǎn)大概在600是攝氏度左右，一般的鋁合金的熔點(diǎn)便在600度上下，但不管何種類(lèi)型的鋁合金，其熔點(diǎn)都要比銅的要低很多，所以，易融化時(shí)鋁合金材料以的一大特性。所以，鋁合金材料具有低熔點(diǎn)及高熱容量的特性。鋁合金焊接、金屬焊接中立焊時(shí)，由于焊條熔化所形成的熔滴及熔池中的鐵水易下淌形成焊瘤、焊縫兩側(cè)形成咬邊，使焊縫成形惡化。在焊接工藝上對(duì)這兩個(gè)特性要充分掌握才能生產(chǎn)出達(dá)到要求的材質(zhì)。

（3）與氧氣易反應(yīng)。鋁的化學(xué)性中有極易氧化的特點(diǎn)，鋁合金也具有這種特點(diǎn)，鋁合金與氧氣化合生成一種氧化膜，其粘附能力極強(qiáng)，其耐高溫，嚴(yán)重影響到鋁合金的焊接性能，所以，在鋁合金材料的焊接前期必須要對(duì)這層氧化膜進(jìn)行去除處理，如此，才能保證鋁合金的正常焊接。特別是不銹鋼、有色金屬材料焊接，熔池均勻、氣體保護(hù)得當(dāng)，焊接外觀更美觀，穩(wěn)定性又減少了坡口兩側(cè)的咬邊現(xiàn)象。

（4）焊接熱量使局部性能改變。焊接鋁合金需要更多的熱量，但是過(guò)多的熱量將會(huì)是某些部位的機(jī)械性能發(fā)生改變，且熱量越多，其影響程度越深，因此，在焊接件的焊縫部分的機(jī)械性能往往與其他部位有所不同，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要特別注重這一部位的設(shè)計(jì)。