分析铝及铝合金的焊接性能和材料分类

摘 要：铝及铝合金材料作为一种基础金属，其分类、状态代号等体现着焊接前后变形强化的程度。因此，加强对铝及铝合金的焊接性能和材料分类的了解十分必要，只要确保各项数据统计的科学性，焊接过程中的工艺选择、力学性能等才能够有所保证。本文以铝及铝合金的材料分类和焊接性能两方面为切入点作简要的分析，旨在推动焊接工艺的科学化发展。

关键词：铝及铝合金；焊接性能；材料分类

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）01-024-01

随着近几年我国城市化进程的不断推进和社会化生产速度的加快，铝及铝合金在建筑、轮船、化工机械等方面的应用不断扩大，同时，在高性能焊接方法的支持下，其焊接技术也得到了长远的发展。其主要的焊接方法为TIG焊，具有保护效果好、质量高、电弧稳定等特点，适用于全方位焊接。但受到铝及铝合金自身特点的影响，焊接工艺存在着一定的困难，较容易产生焊接缺陷。因此，分析焊接性能和其材料分类十分必要。

一、铝及铝合金的材料分类

铝及铝合金主要分为两大类，其一为变形铝及铝合金，主要以冶金半成品如棒、管、带为主，兼顾有锻件和挤压型材。其二是铸造类铝合金，包括有零件和毛坯。具体来看，变形铝及铝合金又可以细分为只可变形强化不能进行热处理的铝及铝合金和既能变性强化又能够实行热处理的铝及铝合金。

在我国的《变形铝及铝合金牌号表示法》中，四位字符体系牌号是属于变形铝及铝合金的表示方法，其中第三和第四位代表着同组中不同的铝合金或纯铝的纯度。依据我国的《变形铝及铝合金状态代号》来看，F为自由加工状态，O为退火状态，H为加工硬化状态，W为固溶热处理状态，T为热处理状态。T代号后的第四位或第五六位数字代表着由不同的消除应力处理过的状态。

二、铝及铝合金的焊接性能

焊接性能指的是金属材料对焊接加工的适应性，也就是焊接后优质焊接接头的获取难易程度，受到铝及铝合金的物理和化学性能的影响，该基础材料的焊接技术有着一定的难度，因此掌握铝及铝合金的特点十分必要。

第一，铝及铝合金具有高度的氧化性能。铝与氧的结合力较强，常温中铝金属的氧化作用就较为明显，铝合金中的某些合金元素也具有较强的氧化性。在焊接过程中，焊接的高温直接作用到铝及铝合金中，导致该材料表面生成一层氧化膜，厚度在0.1-0.2 之间，其主要成分为氧化铝。氧化铝的熔点明显高于铝及铝合金的660℃的熔点，达到2050℃，且具有较高的致密性，当氧化铝形成后，铝及铝合金的正常焊接工作就可能受到干扰，导致焊接不透。

氧化铝具有较高的密度，较难从熔池中浮出，从而导致焊缝夹渣，而氧化膜对水分的吸附力较高，焊缝中气孔的可能性较大。受到氧化膜电子发射的影响，焊接过程中的电弧稳定性也相对有所下降。

针对这一情况，技术人员在焊接前需要对焊接区域的氧化膜进行清除，对处于液化状态的金属进行有效保护，减少金属的进一步氧化，对熔池中可能生成的氧化膜进行破除。

第二，气孔形成的可能性高。气孔的形成多见于纯铝和防锈铝的焊接过程中。其气孔的主要形成因素为氢，原因为氮与液态铝的溶合性差，而铝中并不含有碳元素，因此，气孔中氮气孔和一氧化碳气孔的的可能性为零。虽然铝和氧有着较强的结合力，但其反应生成氧化铝，也不会有氧气孔出现的可能。

常温中氢溶于固态铝的可能性较小，而在高温的作用下，氢与液态铝的溶合度较高，原来液体中的氢被全部析出，形成气泡并上浮、逸出。当部分气泡未能成功逸出但已经长大时，气孔便随之诞生。铝及铝合金具有较低的比重，且导热性较强，凝固速度快，气泡的浮出速度受到影响，气孔的生成几率相对较大。

在焊接过程中，技术人员需要从减少氢进入液体金属中的量和气泡的充分逸出等方面进行考虑，减少气孔的生成。

第三，铝及铝合金的热裂纹的产生几率较大。纯铝和非热处理强化铝合金较少产生热裂纹，而热处理铝合金和高强度铝合金的热裂纹产生率较高。热裂纹多出现在焊接金属和近缝区部位，常被称为结晶裂纹或液化裂纹，依据其部位不同而有所变化。

受到铝热膨胀系数大的影响，其焊接过程中的热应力也相对较大，而铝合金在高温下具有较低的强度和可塑性，过大的内应力会导致热裂纹的产生。若铝合金中的杂质含量过大，其焊缝处的热裂纹产生几率也相对较大。

为减少热裂纹，技术人员需要对铝合金中杂质的含量做严格的控制，并及时调整焊丝的成分，采取合理的焊接工艺。

第四，合金元素蒸发和烧损的可能性较大。在焊接过程中，高温对铝合金中某些合金元素有着较大的影响，从而出现合金元素烧损或蒸发，导致铝合金成分的改变，最终影响到铝合金焊接接头的性能。同时，在焊接过程中，铝及铝合金的的颜色变化并不明显，技术人员较难对焊接工作进行操作，困难性较高。

正确的分析铝及铝合金的焊接性能并掌握科学的材料分类对于提高其焊接工艺十分有利。在焊接过程中，气孔、焊接不透、溶合度低、金属裂纹、咬边、焊缝夹渣和夹钨、穿孔等的出现都需要结合其原因做具体的分析，通过对症下药有效缓解焊接常见问题，提高焊接水平，减少不必要的基础金属的浪费。在社会发展速度不断提高的今天，焊接操作不仅需要有基础性的理论作指导还需要有较为熟练地操作技能，从而确保焊接技术的发展。

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