任海涛 艾启文 王立国 周武生
中国中车长春轨道客车股份有限公司 吉林省长春市 130000
摘要：近些年来科学技术和工业经济的迅速发展，对铝合金焊接构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究日益深入。本文主要从铝合金的种类、铝合金焊接性、铝合金材料焊接工艺方法、焊接方法、焊接的特点及应用、焊接电流种类、焊接的焊接工艺、脉冲电流增幅值对阴极雾化的影响、脉冲频率与脉宽比对焊缝成型的影响、氩气流量对焊缝成形的影响、焊接速度对焊缝成形的影响、焊接缺陷等几个方面展开，最终实现对焊接过程中出现的缺陷进行有效的控制。
关键词：铝合金；焊接缺陷；检测
引言
随着焊接技术的发展，铝及铝合金的焊接在工业生产中的地位更加重要。由于材料本身的特殊性，也给焊工带来了较大的困难，从大量结构的事故原因分析结果可以看出，很多是由于焊接质量不好造成的，而焊工的责任心和操作技能直接影响到焊接质量。为提高焊工的素质，保证焊接结构的使用安全、可靠，对焊工进行培训与考核是十分必要的。
1铝及铝合金的焊接性分析
铝是银白色的轻金属,具有良好的塑性、较高的导电性和导热性,同时还具有抗氧化和抗腐蚀的能力。铝极易氧化产生三氧化二铝薄膜,在焊缝中容易产生夹杂物,从而破坏金属的连续性和均匀性,降低其机械性能和耐腐蚀性能。铝及铝合金材料密度低,强度高,热电导率高,耐腐蚀能力强,具有良好的物理特性和力学性能,因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。铝合金是工业中应用最广泛的有色金属结构材料，在航空·航天·汽车·机械制造·船舶及化学工业中以大量应用。特别是近些年来科学技术和工业经济的迅速发展，对铝合金焊接构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究日益深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此，铝合金的焊接问题成为现今焊接技术研究的热点之一。与刚的焊接相比，铝合金的焊接有其复杂的焊接性；热导率和导电性高，凝固速率高，表面易形成氧化层，热膨胀系数高，容易形成气孔，凝固温度范围较大。
2铝合金焊接难点及解决措施
(1)极易氧化。在空气中,铝容易同氧化合,生成致密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1-0.2μm),熔点高(约2050℃),远远超过铝及铝合金的熔点(约600℃左右)。氧化铝的密度3.95-4.10g/cm3,约为铝的1.4倍,氧化铝薄膜的表面易吸附水分,焊接时,它阻碍基本金属的合,极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷,引起焊缝性能下降。
(2)易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢,由于液态铝可溶解大量的氢,而固态铝几乎不溶解氢,因此当熔池温度快速冷却与凝固时,氢来不及逸出,容易在焊缝中聚集形成气孔。氢气孔目前难于完全避免,氢的来源很多,有电弧焊气氛中的氢,铝板、焊丝表面吸附空气中的水分等。实践证明,即使氩气按GB/T4842要求,纯度达到99.99%以上,但当水分含量达到20ppm时,也会出现大量的致密气孔,当空气相对湿度超过80%时,焊缝就会出现气孔。
(3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍,易产生较大的焊接变形的内应力,对刚性较大结构将促使热裂纹的产生。
(4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s.℃)。约为钢的4倍,因此,焊接铝和铝合金时,比焊钢要消耗更多的热量。
3铝合金焊接缺陷及检验
3.1焊接缺陷的分类
按焊接缺陷在焊缝中的位置，可分为外部缺陷与内部缺陷两大类。外部缺陷位于焊缝区的外表面，肉眼或用低倍放大镜即可观察到。例如：焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下塌、表面气孔、表面裂纹等。内部缺陷位于焊缝内部，需用破坏性实验或探伤方法来发现。例如：未焊透、未熔合、夹渣、内部气孔、内部裂纹等。
3.2常见电焊缺陷
（1）焊缝尺寸不符合要求主要指焊缝宽窄不一、高低不平、余高不足或过高等。焊缝尺寸过小会降低焊接接头强度；尺寸过大将增加结构的应力和变形，造成应力集中，还增加焊接工作量。焊接坡口角度不当或装配间隙不均匀，焊接电流过大或过小，运条方式或速度及焊角角度不当等均会造成焊缝尺寸不符合要求。
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（2）咬边由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凸陷即为咬边。咬边使母材金属的有效截面减小，减弱了焊接接头的强度，而且在咬边处易引起应力集中，承载后有可能在咬边处产生裂纹，甚至引起结构的破坏。产生咬边的原因操作方式不当，焊接规范选择不正确，如焊接电流过大，电弧过长，焊条角度不当等。咬边超过允许值，应予补焊。
（3）焊瘤焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上，所形成的金属瘤即为焊瘤。焊瘤不仅影响焊缝外表的美观，而且焊瘤下面常有未焊透缺陷，易造成应力集中。对于管道接头来说，管道内部的焊瘤还会使管内的有效面积减少，严重时使管内产生堵塞。焊瘤常在立焊和仰焊时发生。焊缝间隙过大，焊条角度和运条方法不正确，焊条质量不好，焊接电流过大或焊接速度太慢等均可引起焊瘤的产生。
3.3焊接缺陷检验
3.3.1焊接检验的重要性
焊接检验时保证产品质量优良，防止报废出厂的重要措施。在新产生试制过程中，通过检验可以发现试制过程中发生质量问题，找出原因，消除缺陷。使新产品或新工艺得到运用，质量得到保证。
3.3.2非破坏性检验
非破坏性检验是指在不损坏被检查材料或成品的性能、完整性的条件下进行检测缺陷的方法。它包括外观检验、致密性检验和无损探伤检验。
(1)外观检验
焊接接头的外观检验是一种简便而又应用广泛的检验方法。一般用肉眼或用5～10倍放大镜检查。主要检查焊缝表面有无裂纹、气孔、咬边等缺陷，检查焊缝成形是否良好、余高是否符合图样要求、焊缝向母材过渡是否圆滑等。
(2)致密性检验
这种检验方法主要用来检验不受压或受压较低的容器、管道焊缝的穿透性缺陷。常用的致密性检查方法有：水压试验、气压试验。
<1>水压试验
水压试验常被用来检查壳体强度及焊缝致密性。具体作法如下：①选择合格的压力表，精度不低于1.5级；②将容器内灌满水，试验时应彻底排尽容器内的空气，并堵塞好容器上的一切孔和眼，加压水泵，将容器内的压力提高到工作压力的1.25～1.5倍。③在升压过程中，应按规定逐级上升，中间应作短暂停压，不得一次升到试验压力，在该压力下维持一定时间。此后再将压力缓慢降至工作压力，加压后对焊缝仔细检查，当发现焊缝有水珠、细水流或有潮湿现象时，表明该焊缝不致密，应把它标注出来，待容器卸载后作返修处理，直至产品水压试验合格为止。④水压试验也可以做破坏试验，检查产品的承载能力。
<2>气压试验
气压试验是比水压试验更为灵敏和迅速的试验，同时试验后的产品不需作排水处理。但是，气压试验的危险性比水压试验大。试验时，先将气压加压到产品技术条件的规定值，然后关闭进气阀，停止加压，用测量仪移动到焊缝周围，检查焊缝是否漏气，（也可以涂肥皂水检测）或检查工作压力表数值是否下降。若测量仪发出报警则表明该焊接接头不致密，待卸压后进行返修、补焊，直至再检验合格后方能出厂。
结束语
近年来，铝合金的焊接工艺在工业化生产过程中（如航天，铁路，公路，造船，生活器皿等）已经得到了广泛的运用但是由于铝独特的性能，在焊接应用中依然存在着一些问题，为了获得好的焊接质量，通过对焊接缺陷的研究及检测来控制质量。
参考文献
1陈裕川接工艺设计与实力分析机械工业出版社2009.09
2中国机械工程学会焊接学会 焊接手册 第2卷 第2版 2001.8
3刘会杰主编焊接冶金与焊接性 机械工业出版社2008.03
4周万盛 姚君山 编 铝及铝合金的焊接 机械工业出版社 2006.1
5邓洪军焊接结构生产机械工业出版社 2004.1
论文作者:任海涛,艾启文,王立国,周武生
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/18
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