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摘 要 铝合金自蔓延焊接是采用铝和硫酸钙反应产生大量的热熔融过量的铝来实现焊接的。本文旨在研究铝合金自蔓延焊接气孔产生的原因、造成的危害、影响气孔产生的因素及相应的预防措施，为其自蔓延焊接有效地进行提供可靠的依据。
关键词 铝；自蔓延；焊接；气孔
中图分类号 TG 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0181-01
铝合金以其密度低、比强度高、比刚度大、疲劳性能良好、耐蚀性及耐热性好等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造等行业。随着铝合金的应用越来越广，铝合金的焊接已成为人们的热点话题。自蔓延焊接铝合金采用铝和硫酸钙反应，产生氧化铝和硫化钙，同时释放出大量的热，来熔化过量的铝，从而实现铝合金的焊接。自蔓延焊接铝合金出现的最明显的缺陷便是气孔，本文主要分析气孔产生的原因及影响因素，提出减少气孔的措施。
1气孔产生的原因及其危害
气孔的产生，究其根本原因，就是反应过程中产生的气体，在液态金属和固态金属中的溶解度相差较大，在液态金属冷凝较快时，液态金属中的气体来不及逸出而形成的。气孔与夹渣不同，夹渣一般呈不规则形状，内有反应未上浮至熔池表面的夹杂物，而气孔一般呈圆形或椭圆形，内壁光滑无氧化痕迹，如图1所示。
图1焊缝金属的气孔和夹渣
铝合金是最容易产生焊接气孔的金属，而氢是铝合金产生气孔的主要原因。氢在熔融状态下铝中的溶解度为0.69ml/100g，且随温度升高溶解度越大，而在高温凝固状态下铝中的溶解度为0.036ml/100g，前后相差19-20倍（碳素钢只有2.5-3倍），从而使得铝合金在冷却过程中大量来不及逸出的氢凝固在焊缝金属中形成气孔。
氢来源于水蒸气，而采用自蔓延方法焊接铝合金，由于铝和硫酸钙反应产生硫化钙，而硫化钙在常温时就极易溶于水且遇水分解，所以在水蒸气尚未分解产生氢的时候，硫化钙就已经吸收周围的水分，分解产生硫化氢气体了。因此，自蔓延焊接铝合金产生气孔的原因不再是氢，而是硫化氢。
焊接气孔产生的危害主要有破坏焊缝金属的致密性，削弱焊缝的有效截面积，减少焊件的承载面积，降低了焊缝金属的力学性能与耐腐蚀性能。而自蔓延焊接产生的硫化氢还是有毒气体，对施工人员的健康造成严重的损害，引起急性、亚急性和慢性中毒，中枢神经系统的机能改变，气管、支气管粘膜刺激症状，大脑皮层出现病理改变。且硫化氢易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。
2气孔产生的影响因素及措施
因为铝合金对氧有很强的吸附作用，在常温时就能形成致密的氧化铝薄膜，并能吸附大量的结晶水，以熔点高、密度大的特点沉于熔池内参加熔池的高温化学反应和冶金过程，致使生成大量的气孔。所以对焊缝对接面清洁度的要求不仅是除掉灰尘、污物等，更是要去除氧化膜。常见焊缝对接面的清洗方法有化学清洗法、丙酮清洗法、机械打磨法。清洗好的焊件必须尽快实施焊接，24小时内未实施焊接的焊件需重新清洗。
焊接速度的快慢直接影响到熔池存在时间的长短。焊接速度越快，冷却速度也越快，熔池液态金属存在时间也越短，反应产生的气体来不及逸出而使得气孔数目增加，但是反应过快也会加速气孔的产生，因此需要反复试验寻找最佳的焊接速度。
自蔓延焊接使用的模具设计要求科学合理，如图2所示，在焊接前也需要清洁、干燥。焊粉也必须保证干燥，杜绝结块式样的使用。同时需要对焊粉配方进行优化处理，在保证基本反应成分不变的情况下，加入除氢和除硫物质，力求寻找最优方案，减少气孔的产生。在焊粉的装配过程中，必须保证合适的松装密度，不可过于疏松，造成热量耗散过多，更不可过于密实，使得反应过快，且内部易形成局部密闭空腔，产生气孔。
圖2自蔓延焊接铝模具
焊接工艺对气孔的产生也有重要影响，需要严格执行工艺规程。焊接前先对母材进行预热和重熔，可以减少温差，降低接头冷却速度，延长熔池高温存在时间，有利于气体的逸出，减少气孔的产生。
3结束语
铝合金自蔓延焊接气孔的产生不可避免，但可以通过对气体来源的控制和焊接工艺的规范来减少气孔的产生，具体涉及到母材、焊接模具、焊粉成分、焊接工艺等，是完善铝合金自蔓延焊接的综合要求。
项目基金：国家大学生创新实验项目（101048620）。
参考文献
[1]许良红,田志凌,张晓牧,彭云.保护气体对高强铝合金的焊缝组织及气孔敏感性的影响.焊接学报,2006,27(12):69-73.
[2]张传臣,陈芙蓉,高云喜.高强铝合金7A52焊缝中焊接缺陷的产生及控制.热加工工艺,2007,36(11):18-20.
[3]陶峰.铝及铝合金TIG焊接接头质量控制.中国科技信息,2008,19.
关键词 铝；自蔓延；焊接；气孔
中图分类号 TG 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0181-01
铝合金以其密度低、比强度高、比刚度大、疲劳性能良好、耐蚀性及耐热性好等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造等行业。随着铝合金的应用越来越广，铝合金的焊接已成为人们的热点话题。自蔓延焊接铝合金采用铝和硫酸钙反应，产生氧化铝和硫化钙，同时释放出大量的热，来熔化过量的铝，从而实现铝合金的焊接。自蔓延焊接铝合金出现的最明显的缺陷便是气孔，本文主要分析气孔产生的原因及影响因素，提出减少气孔的措施。
1气孔产生的原因及其危害
气孔的产生，究其根本原因，就是反应过程中产生的气体，在液态金属和固态金属中的溶解度相差较大，在液态金属冷凝较快时，液态金属中的气体来不及逸出而形成的。气孔与夹渣不同，夹渣一般呈不规则形状，内有反应未上浮至熔池表面的夹杂物，而气孔一般呈圆形或椭圆形，内壁光滑无氧化痕迹，如图1所示。
图1焊缝金属的气孔和夹渣
铝合金是最容易产生焊接气孔的金属，而氢是铝合金产生气孔的主要原因。氢在熔融状态下铝中的溶解度为0.69ml/100g，且随温度升高溶解度越大，而在高温凝固状态下铝中的溶解度为0.036ml/100g，前后相差19-20倍（碳素钢只有2.5-3倍），从而使得铝合金在冷却过程中大量来不及逸出的氢凝固在焊缝金属中形成气孔。
氢来源于水蒸气，而采用自蔓延方法焊接铝合金，由于铝和硫酸钙反应产生硫化钙，而硫化钙在常温时就极易溶于水且遇水分解，所以在水蒸气尚未分解产生氢的时候，硫化钙就已经吸收周围的水分，分解产生硫化氢气体了。因此，自蔓延焊接铝合金产生气孔的原因不再是氢，而是硫化氢。
焊接气孔产生的危害主要有破坏焊缝金属的致密性，削弱焊缝的有效截面积，减少焊件的承载面积，降低了焊缝金属的力学性能与耐腐蚀性能。而自蔓延焊接产生的硫化氢还是有毒气体，对施工人员的健康造成严重的损害，引起急性、亚急性和慢性中毒，中枢神经系统的机能改变，气管、支气管粘膜刺激症状，大脑皮层出现病理改变。且硫化氢易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。
2气孔产生的影响因素及措施
因为铝合金对氧有很强的吸附作用，在常温时就能形成致密的氧化铝薄膜，并能吸附大量的结晶水，以熔点高、密度大的特点沉于熔池内参加熔池的高温化学反应和冶金过程，致使生成大量的气孔。所以对焊缝对接面清洁度的要求不仅是除掉灰尘、污物等，更是要去除氧化膜。常见焊缝对接面的清洗方法有化学清洗法、丙酮清洗法、机械打磨法。清洗好的焊件必须尽快实施焊接，24小时内未实施焊接的焊件需重新清洗。
焊接速度的快慢直接影响到熔池存在时间的长短。焊接速度越快，冷却速度也越快，熔池液态金属存在时间也越短，反应产生的气体来不及逸出而使得气孔数目增加，但是反应过快也会加速气孔的产生，因此需要反复试验寻找最佳的焊接速度。
自蔓延焊接使用的模具设计要求科学合理，如图2所示，在焊接前也需要清洁、干燥。焊粉也必须保证干燥，杜绝结块式样的使用。同时需要对焊粉配方进行优化处理，在保证基本反应成分不变的情况下，加入除氢和除硫物质，力求寻找最优方案，减少气孔的产生。在焊粉的装配过程中，必须保证合适的松装密度，不可过于疏松，造成热量耗散过多，更不可过于密实，使得反应过快，且内部易形成局部密闭空腔，产生气孔。
圖2自蔓延焊接铝模具
焊接工艺对气孔的产生也有重要影响，需要严格执行工艺规程。焊接前先对母材进行预热和重熔，可以减少温差，降低接头冷却速度，延长熔池高温存在时间，有利于气体的逸出，减少气孔的产生。
3结束语
铝合金自蔓延焊接气孔的产生不可避免，但可以通过对气体来源的控制和焊接工艺的规范来减少气孔的产生，具体涉及到母材、焊接模具、焊粉成分、焊接工艺等，是完善铝合金自蔓延焊接的综合要求。
项目基金：国家大学生创新实验项目（101048620）。
参考文献
[1]许良红,田志凌,张晓牧,彭云.保护气体对高强铝合金的焊缝组织及气孔敏感性的影响.焊接学报,2006,27(12):69-73.
[2]张传臣,陈芙蓉,高云喜.高强铝合金7A52焊缝中焊接缺陷的产生及控制.热加工工艺,2007,36(11):18-20.
[3]陶峰.铝及铝合金TIG焊接接头质量控制.中国科技信息,2008,19.