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【摘 要】铝合金材料在工业上的应用面十分普遍，对铝合金材料的焊接性能进行全面立体的分析有助于提高铝合金材料使用的正确性。本文分析了铝合金材料的基本特点及其焊接特性，总结了铝合金材料焊接的一些主要的问题。
【关键词】铝合金；焊接特性；主要问题
文章编号：ISSN1006—656X（2014）02-0117-01
一、铝合金材料种类性能及其用途
（一）工业纯铝；工业纯铝就是指铝的含量接近百分之百的材料，这种材料因为除了杂质外没有其他任何金属，非常稳定，但是他的金属性能非常差，强度低，硬度低。但是，其有一些合金材料没有的特点，比如电阻小，导电率高；切削性好，加工性高还有导热性好。因此，工业纯铝用来做导电材料，导热材料和化工设备。（二）Al-Cu 系合金。这种材料的运用就比纯铝要广泛了，因为他的强度比较高，因为，这种材料里面除了添加铜之外，还添加了少量的Mn、Mg 等材料。当然其也有缺点，他的耐腐蚀度几乎达不到工业使用的要求，而且，这种材料的可焊接性比较差，所以这种材料一般都采用铆接结构。（三）Al-Mn 系合金。Al-Mn系合金是一种用特殊的非高温的方法获得的材料；因为是非热处理方式得到的合金，其组织晶体没太大的改变，所以，其无论是导电性还是抗腐蚀性都跟纯铝相差无几，而且强度比纯铝高，所以这种铝合金材料在工业上极为常见。Al-Mn 系合金其Mn的含量非常少只有1.5%左右。（四）Al-Si 系合金。这种铝合金的结晶温度的范围比较大且其熔点比较低，而且，熔点会变化，随着含Si量的增加会降低熔点，所以，其比较容易铸造和焊接。正是因为其有不易产生热裂纹的优越特性，故可以用来作为添加材料，添加在可热处理强化合金中使用。（五）Al-Mg 系合金。这种铝合金材料中的 Mg主要用作增加合金的拉伸强度，其拉伸强度不一样的原因就是Mg的含量不一样，这种材料一般情况下用来作来为焊接材料的结构件。
二、铝合金材料的焊接特性分析
（一）热胀冷缩方面。铝材料的收缩性非常高，最高能达到百分之七，同样铝合金的收缩率平均也达到百分之五；当然，其膨胀率也比一般其他金属高了很多，更甚至是铜的200%左右，所以温度对铝的体积影响相当大，而铝合金的主要成分就是铝，虽然加入的合金能改善这种特性，但是，铝合金材料的热胀冷缩性能也还是要比其他一般的金属材料要强不少。在铝合金材料的焊接过程中，结晶铝合金材料会时常发生裂纹现象，焊接变形也是十分正常的现象。（二）热容量及融化温度。在焊接加工工艺上有两个特性要特别注意的，那就是铝合金的低熔点和较高热容量。先说第一个，低熔点。铝合金的熔点温度会随着其他金属的加入而变化，但不会太大，纯铝的熔点是六百摄氏度左右，所以铝合金的熔点一般也在六百摄氏度左右，还是跟铜比，铝合金的熔点就要比铜低太多了。这就是第一个特性，熔点低。再说第二个，热容量高。热容量就是想使其融化单位体积需要的热量值，而铝的热容量比一般金属又要高，所以想要熔化铝需要较长时间的加温，这就是铝合金的第二个特性，热容量高。（三）与氧气易反应。铝长时间暴露在空气中会被氧化，在表面上生成一种氧化膜，而铝合金也会，这层氧化铝因为有极强的粘附能力，所以，可以保证内部的铝合金不会被氧化，但是这层氧化膜还具体有耐高温的特点，会严重影响到铝合金的焊接结合的性能，这是铝的化学性质所导致，所以只能在焊接前对这层氧化铝进行处理后再进行焊接，才能保证铝合金的焊接正常。（四）焊接热量使局部性能改变。因为铝合金的热容量比较高，所以焊接的时候会提供更多的热量让铝熔化，但是，过多的热量就会相当于一次热处理，改变材料的性能，热量约多，同样的影响越大。所以，不可避免的焊接部分的性能会跟其他地方的不太一样，而这需要在设计产品的时候需注意，不能让焊接带来的性能改变影响到产品的性能。
三、铝合金材料焊接的主要问题
综上所述，铝合金的焊接会并不简单，焊接过程中会出现一些问题，这里归纳了几个比较主要的问题。
（一）焊縫出现裂纹。前面说过，焊缝出现裂纹是很正常的，同时也是最常见的缺陷的一种，而铝合金的结晶温度比较宽，让出现这种问题的概率增大了。有实验证明含铁量的多少直接影响出现焊接裂纹的概率，含铁量在百分之六以下的铝合金焊接时基本不会出现裂纹。所以，材料才是焊接裂纹的最大影响因素。纯铝的膨胀系数比较大，这是一个开裂的重要原因，而主要原因这是焊接的铝合金成分不同。
（二）焊接结晶组织的出现。在焊接过程中，高温会使得结晶组织发生变化从而开裂，这也是一个非常常见的问题。
（三）气孔的产生。气孔可以说是各种焊接共同的缺陷，出现的十分广泛。铝合金也是其中一种。气孔的来源是氢气，而氢气大多来自水，无论是焊接合金丝上的水分，铝合金板材上未处理干净的氧化膜上面的水分，氩气中的水，空气中混入的水，催化剂里的水都会形成水蒸气，和铝液反应，生成三氧化二铝，氢气就被置换出来了，堆积形成气泡，还未施放出来，铝就凝固了。
（四）未焊透或未熔合。焊接电流过低这个是导致产品未被焊透的最可能的原因，当然解决方法很简单，只需要调整合适的电流即可，其他的原因，比如氧化膜未被除尽再比如铝合金未被真正的熔化之类的都会导致未焊透或未熔合。而在填角的焊接工作中，则可能因为被填进去的金属焊边没有被溶透所导致的。
（五）夹渣。在焊接过程中，因焊接环境，使得焊接时有些其他金属或非金属物质进入焊缝这种焊接缺陷是夹渣。如果用气焊进行加工的话，主要可能是因为表面的氧化铝没能清楚干净而产生的夹渣，及焊药的夹渣。如果是用TIG焊加工的话，氧化铝的夹渣和钨极电流的密度过大，产生高温，让钨极熔化了或者是钨极和熔池还有钨极和焊丝之间的接触，发生断裂，钨极掉入熔池后形成夹渣。如果用的是MIG焊来进行加工的话可能是因为氧化铝未清除干净所导致的夹渣和被导电嘴浇溶的铜溶液进入熔池产生的夹渣。
四、铝合金焊接缺陷的预防措施
（一）铝合金板和焊丝的基本的成分一定要控制好。
（二）加入合适的催化剂，催化剂一定要保持干燥。
（三）选用焊接方法的时候，尽可能的用加热集中的方法，电流要大，焊速要高。
（四）焊接时如需要降低刚性，在焊接时可以用，分段焊接、预热或者减缓焊接速度。
（五）避免用十字接头，最好采用开坡口和留小间隙的方法。
（六）如果焊接介绍或中断时，应及时平坑，再移去热源。
（七）尽可能的减少氢气的进入，选择正确的焊丝、催化剂，催化剂、焊条，应该经过除水措施。
（八）合理的制定焊接的工艺。
五、合金元素在焊接过程中的蒸发
Mg是保证焊缝是否结实的重要因素，所以，在焊接中Mg元素的含量也是一个非常值得注意的问题。首先看看Mg元素能否被蒸发。在铝合金的焊接过程里，如果使用激光焊接或者其他高温焊接时，温度可能会达到两千度左右，而Mg的沸点（大约1107度）低于Al（大约2450度）；而且Al的熔点（大约660度）与Mg的沸点仅仅相差447度，所以，加工的时候，必备Mg蒸发的条件。Mg是焊缝强度的一个重要的保证，所以焊接时一定要注意Mg蒸发的量。有相关研究实验表明，Mg含量约高的铝合金蒸发率也就越高。当然在合金Mg被蒸发的同时一些Al也在被蒸发，如果焊接的时间过长，被蒸发的金属变多，那么焊接的表面就会下凹，所以应该在焊接前充分考虑添加金属，保证平滑。被蒸发的这一缺陷没法克服，只能通过控制焊接时的温度，选择合适的速度，增添补充量来避免因元素蒸发带来的产品缺陷。
参考文献：
[1]王希靖，片山大圣，松绳朗.不同铝合金在激光焊接时的熔化和蒸发特性[J].焊接学报.1995，3（16）：29 ～ 35
[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第 2 卷）材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，1993：521 ～ 529
[3]A.L.Phillips 编著，麻毓璜译.铝合金焊接手册[M].成都：四川科学技术出版社，1985：2 ～ 3
【关键词】铝合金；焊接特性；主要问题
文章编号：ISSN1006—656X（2014）02-0117-01
一、铝合金材料种类性能及其用途
（一）工业纯铝；工业纯铝就是指铝的含量接近百分之百的材料，这种材料因为除了杂质外没有其他任何金属，非常稳定，但是他的金属性能非常差，强度低，硬度低。但是，其有一些合金材料没有的特点，比如电阻小，导电率高；切削性好，加工性高还有导热性好。因此，工业纯铝用来做导电材料，导热材料和化工设备。（二）Al-Cu 系合金。这种材料的运用就比纯铝要广泛了，因为他的强度比较高，因为，这种材料里面除了添加铜之外，还添加了少量的Mn、Mg 等材料。当然其也有缺点，他的耐腐蚀度几乎达不到工业使用的要求，而且，这种材料的可焊接性比较差，所以这种材料一般都采用铆接结构。（三）Al-Mn 系合金。Al-Mn系合金是一种用特殊的非高温的方法获得的材料；因为是非热处理方式得到的合金，其组织晶体没太大的改变，所以，其无论是导电性还是抗腐蚀性都跟纯铝相差无几，而且强度比纯铝高，所以这种铝合金材料在工业上极为常见。Al-Mn 系合金其Mn的含量非常少只有1.5%左右。（四）Al-Si 系合金。这种铝合金的结晶温度的范围比较大且其熔点比较低，而且，熔点会变化，随着含Si量的增加会降低熔点，所以，其比较容易铸造和焊接。正是因为其有不易产生热裂纹的优越特性，故可以用来作为添加材料，添加在可热处理强化合金中使用。（五）Al-Mg 系合金。这种铝合金材料中的 Mg主要用作增加合金的拉伸强度，其拉伸强度不一样的原因就是Mg的含量不一样，这种材料一般情况下用来作来为焊接材料的结构件。
二、铝合金材料的焊接特性分析
（一）热胀冷缩方面。铝材料的收缩性非常高，最高能达到百分之七，同样铝合金的收缩率平均也达到百分之五；当然，其膨胀率也比一般其他金属高了很多，更甚至是铜的200%左右，所以温度对铝的体积影响相当大，而铝合金的主要成分就是铝，虽然加入的合金能改善这种特性，但是，铝合金材料的热胀冷缩性能也还是要比其他一般的金属材料要强不少。在铝合金材料的焊接过程中，结晶铝合金材料会时常发生裂纹现象，焊接变形也是十分正常的现象。（二）热容量及融化温度。在焊接加工工艺上有两个特性要特别注意的，那就是铝合金的低熔点和较高热容量。先说第一个，低熔点。铝合金的熔点温度会随着其他金属的加入而变化，但不会太大，纯铝的熔点是六百摄氏度左右，所以铝合金的熔点一般也在六百摄氏度左右，还是跟铜比，铝合金的熔点就要比铜低太多了。这就是第一个特性，熔点低。再说第二个，热容量高。热容量就是想使其融化单位体积需要的热量值，而铝的热容量比一般金属又要高，所以想要熔化铝需要较长时间的加温，这就是铝合金的第二个特性，热容量高。（三）与氧气易反应。铝长时间暴露在空气中会被氧化，在表面上生成一种氧化膜，而铝合金也会，这层氧化铝因为有极强的粘附能力，所以，可以保证内部的铝合金不会被氧化，但是这层氧化膜还具体有耐高温的特点，会严重影响到铝合金的焊接结合的性能，这是铝的化学性质所导致，所以只能在焊接前对这层氧化铝进行处理后再进行焊接，才能保证铝合金的焊接正常。（四）焊接热量使局部性能改变。因为铝合金的热容量比较高，所以焊接的时候会提供更多的热量让铝熔化，但是，过多的热量就会相当于一次热处理，改变材料的性能，热量约多，同样的影响越大。所以，不可避免的焊接部分的性能会跟其他地方的不太一样，而这需要在设计产品的时候需注意，不能让焊接带来的性能改变影响到产品的性能。
三、铝合金材料焊接的主要问题
综上所述，铝合金的焊接会并不简单，焊接过程中会出现一些问题，这里归纳了几个比较主要的问题。
（一）焊縫出现裂纹。前面说过，焊缝出现裂纹是很正常的，同时也是最常见的缺陷的一种，而铝合金的结晶温度比较宽，让出现这种问题的概率增大了。有实验证明含铁量的多少直接影响出现焊接裂纹的概率，含铁量在百分之六以下的铝合金焊接时基本不会出现裂纹。所以，材料才是焊接裂纹的最大影响因素。纯铝的膨胀系数比较大，这是一个开裂的重要原因，而主要原因这是焊接的铝合金成分不同。
（二）焊接结晶组织的出现。在焊接过程中，高温会使得结晶组织发生变化从而开裂，这也是一个非常常见的问题。
（三）气孔的产生。气孔可以说是各种焊接共同的缺陷，出现的十分广泛。铝合金也是其中一种。气孔的来源是氢气，而氢气大多来自水，无论是焊接合金丝上的水分，铝合金板材上未处理干净的氧化膜上面的水分，氩气中的水，空气中混入的水，催化剂里的水都会形成水蒸气，和铝液反应，生成三氧化二铝，氢气就被置换出来了，堆积形成气泡，还未施放出来，铝就凝固了。
（四）未焊透或未熔合。焊接电流过低这个是导致产品未被焊透的最可能的原因，当然解决方法很简单，只需要调整合适的电流即可，其他的原因，比如氧化膜未被除尽再比如铝合金未被真正的熔化之类的都会导致未焊透或未熔合。而在填角的焊接工作中，则可能因为被填进去的金属焊边没有被溶透所导致的。
（五）夹渣。在焊接过程中，因焊接环境，使得焊接时有些其他金属或非金属物质进入焊缝这种焊接缺陷是夹渣。如果用气焊进行加工的话，主要可能是因为表面的氧化铝没能清楚干净而产生的夹渣，及焊药的夹渣。如果是用TIG焊加工的话，氧化铝的夹渣和钨极电流的密度过大，产生高温，让钨极熔化了或者是钨极和熔池还有钨极和焊丝之间的接触，发生断裂，钨极掉入熔池后形成夹渣。如果用的是MIG焊来进行加工的话可能是因为氧化铝未清除干净所导致的夹渣和被导电嘴浇溶的铜溶液进入熔池产生的夹渣。
四、铝合金焊接缺陷的预防措施
（一）铝合金板和焊丝的基本的成分一定要控制好。
（二）加入合适的催化剂，催化剂一定要保持干燥。
（三）选用焊接方法的时候，尽可能的用加热集中的方法，电流要大，焊速要高。
（四）焊接时如需要降低刚性，在焊接时可以用，分段焊接、预热或者减缓焊接速度。
（五）避免用十字接头，最好采用开坡口和留小间隙的方法。
（六）如果焊接介绍或中断时，应及时平坑，再移去热源。
（七）尽可能的减少氢气的进入，选择正确的焊丝、催化剂，催化剂、焊条，应该经过除水措施。
（八）合理的制定焊接的工艺。
五、合金元素在焊接过程中的蒸发
Mg是保证焊缝是否结实的重要因素，所以，在焊接中Mg元素的含量也是一个非常值得注意的问题。首先看看Mg元素能否被蒸发。在铝合金的焊接过程里，如果使用激光焊接或者其他高温焊接时，温度可能会达到两千度左右，而Mg的沸点（大约1107度）低于Al（大约2450度）；而且Al的熔点（大约660度）与Mg的沸点仅仅相差447度，所以，加工的时候，必备Mg蒸发的条件。Mg是焊缝强度的一个重要的保证，所以焊接时一定要注意Mg蒸发的量。有相关研究实验表明，Mg含量约高的铝合金蒸发率也就越高。当然在合金Mg被蒸发的同时一些Al也在被蒸发，如果焊接的时间过长，被蒸发的金属变多，那么焊接的表面就会下凹，所以应该在焊接前充分考虑添加金属，保证平滑。被蒸发的这一缺陷没法克服，只能通过控制焊接时的温度，选择合适的速度，增添补充量来避免因元素蒸发带来的产品缺陷。
参考文献：
[1]王希靖，片山大圣，松绳朗.不同铝合金在激光焊接时的熔化和蒸发特性[J].焊接学报.1995，3（16）：29 ～ 35
[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第 2 卷）材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，1993：521 ～ 529
[3]A.L.Phillips 编著，麻毓璜译.铝合金焊接手册[M].成都：四川科学技术出版社，1985：2 ～ 3