请教薄板铝合金焊接残余变形控制方法

云合金文库很高兴为您解答，由于铝的热导率比一般材料高，铝合金焊接变形的结构控制要比其他材料难度大。在焊接过程中． 不均匀的加热使得铝合金材料焊缝及其附近的温度很高，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力，致使焊接结构产生各种变形。铝合金内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件变形，这是产生焊接应力与变形的根本原因。

1) 材料: 铝合金材料具有导热性强、散热快的特点，线膨胀系数比碳钢大很多，使得在焊接过程中比碳钢变形大。

2) 焊接工艺参数: 焊接电流和焊接速度直接影响焊接能量的大小。合理的焊接工艺参数可以在很大程度上减少焊接变形量。

3) 装配焊接顺序: 构件在装配过程中，不同的焊接顺序会产生不同的焊接应力，所以同样的构件，采用不同的装配焊接顺序，就产生不同的变形量，装配顺序是影响变形量的关键因素之一。

4) 结构设计: 导管产品本身结构设计复杂，焊缝较多、较长及位置不当、操作不方便等因素都是导致焊接变形量大的诱因。

熔化状态的铝合金在凝固结晶过程中，其体积大约减少6%,在此过程中所产生的收缩应力可能会导致焊接接头的变形。焊接输入的热量会使临近焊接区域的金属膨胀，热源离开时，金属冷却产生收缩，加上熔化的金属在冷却过程中的收缩，可使焊接处产生拉应力，增加了裂纹的敏感性。焊接结构件在冷却过程中受到过度限制也可导致焊接裂纹产生。焊接坡口的形状和焊缝数量是影响变形量的主要因素，双面对接焊的变形量通常比多焊道V型坡口焊的变形量要小得多。焊接速度也是控制变形的决定因素，焊接速度较低时热输入量多会导致更大的膨胀，并且在冷却的过程中收缩也较大。热输入量不充足会导致焊缝熔化不良，产生未焊透和未熔合等缺陷。明星机械总结出焊前预热可降低产品的变形程度和产生裂纹的倾向，并能提高焊接速度。

熔化状态的铝合金在凝调集晶历程中，其体积约莫淘汰6%，在此历程中所孕育发生的紧缩应力大概会导致焊接讨论的变形。焊接输入的热量会使邻近焊接地区的金属膨胀，热源脱离时，金属冷却孕育发生紧缩，加上熔化的金属在冷却历程中的紧缩，可使焊接处孕育发生拉应力，增长了裂纹的敏感性。焊接布局件在冷却历程中受到过分限定也可导致焊接裂纹孕育发生。焊接坡口的形状和焊缝数目是影响变形量的重要因素，双面临接焊的变形量通常比多焊道V型坡口焊的变形量要小得多。焊接速率也是控制变形的决定因素，焊接速率较低时热输入量多会导致更大的膨胀，而且在冷却的历程中紧缩也较大。热输入量不富足会导致焊缝熔化不良，孕育发生未焊透和未熔合等缺陷。明星机械总结出焊前预热可低落产物的变形水平和孕育发生裂纹的偏向，并能进步焊接速率。

焊接过程中的热量输入，使金属内部组织结构发生变化，从而产生应力和应变，反映出来就是焊接残存应力和焊接变形。

焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。

铝及铝合金焊接

1.铝及铝合金焊接特点

(1)铝空气及焊接极易氧化氧化铝(Al2O3)熔点高、非稳定易除阻碍母材熔化熔合氧化膜比重易浮表面易夹渣、未熔合、未焊透等缺欠铝材表面氧化膜吸附量水易使焊缝产气孔焊接前应采用化或机械进行严格表面清理清除其表面氧化膜焊接程加强保护防止其氧化钨极氩弧焊选用交流电源通阴极清理作用除氧化膜气焊采用除氧化膜焊剂厚板焊接加焊接热量例氦弧热量利用氦气或氩氦混合气体保护或者采用规范熔化极气体保护焊直流接情况需要阴极清理

(2)铝及铝合金热导率比热容均约碳素钢低合金钢两倍铝热导率则奥氏体锈钢十几倍焊接程量热量能迅速传导基体金属内部焊接铝及铝合金能量除消耗于熔化金属熔池外要更热量谓消耗于金属其部位种用能量消耗要比钢焊接更显著获高质量焊接接应尽量采用能量集、功率能源采用预热等工艺措施

(3)铝及铝合金线膨胀系数约碳素钢低合金钢两倍铝凝固体积收缩率较焊件变形应力较需采取预防焊接变形措施铝焊接熔池凝固容易产缩孔、缩松、热裂纹及较高内应力产采用调整焊丝与焊接工艺措施防止热裂纹产耐蚀性允许情况采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金外铝合金铝硅合金含硅0.5%热裂倾向较随着硅含量增加合金结晶温度范围变流性显著提高收缩率降热裂倾向相应减根据产经验含硅5%~6%产热裂采用SAlSi条(硅含量4.5%~6%)焊丝更抗裂性

(4)铝光、热反射能力较强固、液转态没明显色泽变化焊接操作判断难高温铝强度低支撑熔池困难容易焊穿

(5)铝及铝合金液态能溶解量氢固态几乎溶解氢焊接熔池凝固快速冷却程氢及溢极易形氢气孔弧柱气氛水、焊接材料及母材表面氧化膜吸附水都焊缝氢气重要源氢源要严格控制防止气孔形

(6)合金元素易蒸发、烧损使焊缝性能降

(7)母材基体金属变形强化或固溶效强化焊接热使热影响区强度降

(8)

铝面立晶格没同素异构体加热与冷却程没相变焊缝晶粒易粗能通相变细化晶粒

2.焊接

几乎各种焊接都用于焊接铝及铝合金铝及铝合金各种焊接适应性同各种焊接其各自应用场合气焊焊条电弧焊设备简单、操作便气焊用于焊接质量要求高铝薄板及铸件补焊焊条电弧焊用于铝合金铸件补焊惰性气体保护焊(TIG或MIG)应用广泛铝及铝合金焊接铝及铝合金薄板采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊铝及铝合金厚板采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越越广泛(氩气或氩/氦混合气)

铝合金焊接主要难点如下，在焊接时要特别注意：

1.铝及铝合金的熔点只有六百多度，焊接时极易烧熔而出现烧穿和过烧等缺陷；

2.热导率大，大约为钢的 2 到 4 倍，同时耐热性很差

3.一般铝合金均不耐高温，膨胀系数大，容易产生焊接变形，焊接裂纹倾向也很明显，而且越薄的铝合金板材越难焊接，容易焊穿。

4.铝合金焊接中极易产生气孔，由于在熔池中的氢不能在焊缝成型之前排出就导致了焊缝中存在气孔。

5.铝合金表面直接暴露在空气中特别容易在表面产生一层难熔的氧化模（成分为三氧化二铝），这层氧化模的熔点高达 2050 度，因此在进行钨极氩弧焊时会产生氧化模 打不透无法焊接等情况。

6.铝合金的焊接接头软化情况严重，焊缝强度系数均低于母材。

7.铝合金材料在溶化状态下表面张力小，很容易凹陷。

百锐思钎焊为你解答。

一、强的氧化能力铝与氧的亲和力很强，在空气中极易与氧结合生成致密而结实的AL2O3薄膜，厚度约为0．1μm，熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度很大，约为铝的1．4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。这些缺陷，都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护，这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。具体的保护措施是：

1、焊前用机械或化学方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物；

2、焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护；

3、在气焊时，采用熔剂，在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。

二、铝的热导率和比热大，导热快尽管铝及铝合金的熔点远比钢低，但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源，有时需采用预热等工艺措施，才能实现熔焊过程。

三、线膨胀系数大铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6．5%－6．6%，因此易产生焊接变形。防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外，采用适宜的焊接工装也是非常重要的，焊接薄板时尤其如此。另外，某些铝及铝合金焊接时，在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。这是铝合金，尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。在实际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计，选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序，采用适应母材特点的焊接填充材料等。

四、容易形成气孔

焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因，这已为实践所证明。氢的来源，主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，以焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。

铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温下溶入的大量气体，在由液态凝固时，溶解度急剧下降，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。为了防止气孔的产生，以获得良好的焊接接头，对氢的来源要加以严格控制，焊前必须严格限制所使用焊接材料（包括焊丝、焊条、熔剂、保护气体）的含水量，使用前要进行干燥处理。清理后的母材及焊丝最好在2－3小时内焊接完毕，最多不超过24小时。TIG焊时，选用大的焊接电流配合较高的焊接速度。MIG焊时，选用大的焊接电流慢的焊接速度，以提高熔池的存在时间。Al－Li合金焊接时，加强正、背面保护，配合坡口刮削，清除概况氧化膜，可有效地防止气孔。

五、焊接接头容易软化

焊接可热处理强化的铝合金时，由于焊接热的影响，焊接接头中热影响区会出现软化，即强度降低，使基体金属近缝区部位的一些力学性能变坏。对于冷作硬化的合金也是如此，使接头性能弱化，并且焊接线能量越大，性能降低的程序也愈严重。针对此类问题，采取的措施主要是制定符合特定材料焊接的工艺，如限制焊接条件，采取适当的焊接顺序，控制预热温度和层间温度，焊后热处理等。对于焊后软化不能恢复的铝合金，最好采用退火或在固溶状态下焊接，焊后再进行热处理，若不允许进行焊后热处理，则应采用能量集中的焊接方法和小线能量焊接，以减小接头强度降低。

六、合金元素蒸发和烧损

某些铝合金含有低沸点的合金元素，这些元素在高温下容易蒸发烧损，从而改变了焊缝金属的化学成分，降低了焊接接头的性能。为了弥补这些烧损，在调整工艺的同时，常常采用含有这些沸点元素含量比母材高的焊丝或其他焊接材料。

七、铝在高温时的强度和塑性低

铝在370℃时强度仅为10Mpa，焊接时会因为不能支撑住液体金属而使焊缝成形不良，甚至形成塌陷或烧穿，为了解决这个问题，焊接铝及铝合金时常常要采用垫板。

八、焊接接头的耐腐蚀性能低于母材

热处理强化铝合金（如硬铝）接头的耐腐蚀性的降低很明显，接头组织越不均匀，耐蚀性越易降低。焊缝金属的纯度或致密性也影响接头耐蚀性能。杂质较多、晶粒粗大以及脆性相析出等，耐蚀性就会明显下降，不仅产生局部表面腐蚀而且经常出现晶间腐蚀，此外对于铝合金，焊接应力的存在也是影响耐蚀性的一个重要因素。

为了提高焊接接头的耐蚀性，主要采取以下几个措施：

1、改善接头组织成分的不均匀性。主要是通过焊接材料使焊缝合金化，细化晶粒并防止缺陷；同时调整焊接工艺以减小热影响区，并防止过热，焊后热处理。

2、消除焊接应力，如局部表面拉应力可以采用局部锤击办法来消除。

3、采取保护措施，如采取阳极氧化处理或涂层等。

九、无色泽变化，给焊接操作带来困难

铝及铝合金焊接时由固态转变为液态时，没有明显的颜色变化，因此在焊接过程中给操作者带来不少困难。因此，要求焊工掌握好焊接时的加热温度，尽量采用平焊，在引（熄）弧板上引（熄）弧等。

铝合金的焊接,可以采用与焊接材料相同的铝材做焊条来焊接,确保工件的导电率一致.焊接时,焊件很容易变形,不过在焊接后对焊件进行调平,或者留一些加工余量,在焊接后再进行精加工,保证工件的尺寸及形位公差.

铝合金可以采用如下几种种方法焊接

1、低温的M51配合M51-F焊丝焊接在工作温度179度的环境下操作，对于1、2、3、4、6系的焊接材料的亲和性比较好，多用于对变形控制要求特别严格，或者特别薄的情况下的焊接

2、WE53低温铝焊条对于7个系列的铝合金的焊接，焊接工作温度在380-400度，优势在于焊接的时候不需要辅助任何的助焊剂焊接，这样防止在焊接的过程中产生一些钎剂残留，而且焊接强度非常高，可以解决3系铝合金与铸件，或者压铸件的焊接。

3、Q303低温铝焊丝对于1、2、3、4、6系的铝合金焊接性也体现出一些特殊的优势在于角度不太好的狭小间隙焊接

4、氩弧焊焊接，焊丝选用4系，5系，6系，在一般的五金商店都有卖的