1.鋁及其合金的焊接特性
(1)鋁在空氣中和焊接過程中容易氧化,生成的氧化鋁(Al2O3)熔點高,非常穩定,不易去除。阻礙了母材的熔化和熔合,氧化膜比例大,不易浮出表面,易產生夾渣、未熔合、未焊透等缺陷。鋁材表面的氧化膜和大量水分的吸附容易造成焊縫中的氣孔。焊接前,應采用化學或機械方法進行嚴格的表面清理,去除其表面的氧化膜。焊接時加強保護,防止氧化。在TIG焊接中,選擇交流電源,通過“陰極清洗”去除氧化膜。在氣焊中,使用去除氧化膜的焊劑。焊接厚板時,可增加焊接熱量。比如氦弧熱量大,用氦氣或氬氦混合氣保護,或者采用大型金屬電極氣體保護焊。在直流連接的情況下,不需要“陰極清洗”。
(2)鋁及其合金的導熱系數和比熱容是碳鋼和低合金鋼的兩倍以上。鋁的導熱系數是奧氏體不銹鋼的十倍。在焊接過程中,大量的熱量可以快速傳導到基底金屬中。因此,在焊接鋁及鋁合金時,除了金屬熔池外,更多的熱量不必要地消耗在金屬的其他部位。這種無用的能量消耗比鋼筋焊接更明顯。為了獲得高質量的焊接接頭,應盡量使用集中能量和大功率能量,有時可采用預熱等工藝措施。
(3)鋁及鋁合金的線膨脹系數約為碳鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時體積收縮大,焊件變形和應力大。因此,需要防止焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時容易產生縮孔、疏松、熱裂紋和高內應力。在生產中,可以采取調整焊絲成分和焊接工藝等措施來防止熱裂紋。在耐蝕性允許的情況下,鋁矽合金焊絲可用於焊接除鋁鎂合金以外的鋁合金。當鋁矽合金中矽含量為0.5%時,熱裂傾向較大。隨著矽含量的增加,合金的晶化溫度範圍變小,流動性顯著提高,收縮率降低,熱裂傾向也相應降低。根據生產經驗,當矽含量為5%~6%時,不會出現熱裂,所以含SAlSi條(矽含量為4.5%~6%)的焊絲會有較好的抗裂性。
(4)鋁對光和熱的反射能力強,處於固液過渡狀態時沒有明顯的顏色變化,焊接作業時難以判斷。高溫鋁的強度很低,難以支撐熔池,容易焊穿。
(5)鋁及鋁合金在液態時能溶解大量的氫,在固態時幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻過程中,氫氣來不及溢出,容易形成氫孔。弧柱氣氛中的水分、焊接材料吸收的水分和母材表面的氧化膜都是焊縫中氫的重要來源。因此,應嚴格控制氫的來源,防止氣孔的形成。
(6)合金元素易蒸發燃燒,降低焊接性能。
(7)當母材的母材變形或固溶時效時,焊接熱會降低熱影響區的強度。
(8)鋁是面心立方晶格,無同構,加熱和冷卻過程中無相變,焊縫晶粒容易粗大,無法通過相變細化晶粒。
2.焊接方法
幾乎各種焊接方法都可以用來焊接鋁及鋁合金,但鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同,各種焊接方法都有各自的應用場合。氣焊和焊條電弧焊設備簡單,操作方便。氣焊可用於對焊接質量要求不高的鋁板和鑄件的補焊。焊條電弧焊可用於鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊(TIG或MIG)是鋁和鋁合金最廣泛使用的焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊焊接。厚鋁和鋁合金板可通過鎢-氦電弧焊、氬-氦混合鎢氣體保護焊、MIG焊和脈沖MIG焊進行焊接。金屬電弧焊和脈沖金屬電弧焊的應用越來越廣泛(氬氣或氬/氦混合氣)。