铝合金焊接接头的软化及改善措施

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铝合金焊接性能及焊接接头性能

铝合金焊接性能及焊接接头性能摘要：在高铁、地铁列车的制造中，铝合金材料是列车车体的主要材料之一，然而由于铝合金材料在焊接性能、焊接接头性能方面仍存在一定的不足，经常会出现气孔、裂纹等缺陷，因此高铁、地铁列车铝合金车体的焊接施工质量仍然很难保证。

本文对铝合金的焊接性能以及焊接接头性能进行了分析。

关键词：铝合金；焊接性能；焊接接头前言铝合金材料具有较强的化学活泼性及导热性，氧化膜密度则相对较低，这些特性使得铝合金在焊接过程中很容易出现问题，而要想对这些焊接问题进行有效处理，保证铝合金焊接质量，则需要明确铝合金焊接性能及其焊接接头性能，并在焊接过程中进行针对性地处理。

1铝合金焊接性能及焊接接头性能分析1.1高温强度低由于金属材料焊接通常都是在高温条件下进行，因此材料熔点对于焊接质量有着直接地影响，铝合金材料的熔点会因合金中纯铝含量不同而存在一定的差异，但通常都在600℃左右，这一熔点与铜等其他材料相对较高，但在进行高温焊接时，其强度与塑性却会迅速降低，这意味着焊接过程中铝合金材料很难支撑住液体金属，而焊缝也会因此而出现塌陷、烧穿等问题。

1.2膨胀系数高铝合金材料的膨胀系数普遍较高，大多都能达到铜、钢的两倍或以上，而收缩性最高则在75%左右，这意味着在焊接过程中，高温的影响很容易使铝材料因热胀冷缩而出现变形，并发生结晶裂纹、液化裂纹等现象。

另外，铝合金的导热性虽然比较高，但在高温影响下其内外部温度仍然会出现差异，温差的变化会使其内外部出现不同的膨胀，并产生较大的内应力，这同样是铝合金焊接容易出现热裂纹的主要原因。

同样，焊接完成后，随着焊接接头处温度的不断降低，如果收缩量较大且冷却速度较快，那么其收缩变速率就会随之提高，并使铝合金焊接接头处出现应力-应变状态，而这同样是焊接处产生裂纹的主要原因之一。

1.3氧化能力强铝材料的氧亲和力非常强，长期暴露在空气中很容易形成氧化铝薄膜，这种薄膜虽然厚度较低，且具有较高的密度与结实度，但熔点却高达2050℃，如果在未经处理的情况下直接进行焊接，铝材料就很难与其他金属材料有效结合起来，焊接接头出也会因氧化铝残渣的存在而出现气孔。

关于铝合金焊接性能及焊接接头性能的研究

关于铝合金焊接性能及焊接接头性能的研究摘要：目前，铝合金材料无论是在建筑还是在工业生产等领域中，得到了全面的应用。

但是在铝合金焊接性能的方面存在着一定的问题，特别是铝合金焊接接头性能方面，经常在焊接后，接头出现气孔以及裂纹等问题，这也对铝合金材料的使用造成了一种阻碍，特别是在高铁列车以及一些铝合金金属车体焊接中，其质量难以得到保障。

因此，本文通过对关于铝合金焊接性能及焊接接头性能的研究进行研究，主要就是为了能够提高铝合金焊接质量，保障焊接接头不会出现任何质量问题。

关键词：铝合金；焊接性能；焊接接头性能前言：铝合金在具备着一定的导热性能，而且具备着一定的化学活泼性能，但是由于氧化膜密度较低，导致铝合金材料在焊接的过程中，经常会出现质量不过关情况，为了促使铝合金能够更好地进行使用，在对铝合金焊接问题进行全面处理的过程中，不仅要保障铝合金的焊接质量，还需要提高铝合金的焊接性能，从而对整个焊接基础进行全面优化，对焊接全过程进行全面处理。

因此，本文所研究的内容，对关于铝合金焊接性能及焊接接头性能的研究具有重要意义。

一、铝合金焊接性能及焊接接头性能所存在的主要问题（1）高温强度低由于金属材料在焊接的过程中，主要是以高温为主，超出材料熔点，从而对铝合金材料进行焊接，但是铝合金材料由于合金中所含有的铝含量存在着一定的不同，导致铝合金的熔点也存在着一定的不同，但大部分铝合金熔点度为600℃，而且一般铝合金的熔点相对于其他金属材料的熔点度相对较高，但是在金属焊接的过程中，铝合金材料由于塑性影响，会导致铝合金强度迅速降低，这也导致铝合金材料在焊接的过程中，难以支撑金属液体，导致在焊接的过程中，经常会出现铝合金材料出现烧穿等问题，甚至会出现塌陷问题。

（2）氧化能力强由于铝质金属材料具有一定的氧亲和力，如果长期地与空气进行接触，材料自身就会出现氧化铝薄膜，不过这种薄膜是具备一定密度的，而且熔点相对较高，甚至会超出2000℃，如果未能够对铝合金材料进行处理，直接进行焊接，那么铝合金材料则难以与其余金属材料之间进行连接，焊接接头部位也会出现氧化铝残渣，从而在接头位置出现大量地气孔。

铝合金焊接技术要点及注意事项

铝及铝合金焊接特点及焊接工艺铝合金由于重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。

因此，铝及铝合金除广泛的应用于航空、航天和电工等领域外，同时还越来越多的应用于石油化学工业。

但是铝及铝合金在焊接过程中，易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题。

此类材质是被公认为焊接难度较大的被焊接材料，特别是小径薄壁管的焊接更难掌握。

因此，解决铝及铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中必须解决的问题。

1铝及铝合金的焊接特点铝材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。

特别注意以下几点：1.1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：a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；b焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护；c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。

1.2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。

6063铝合金焊接接头热处理工艺研究

6063铝合金焊接接头热处理工艺研究摘要：本文主要研究热处理工艺对6063铝合金焊接接头强度产生的不同程度的影响，相关研究结果如下所示：6063铝合金焊接接头的最佳热处理工艺是经过1小时500摄氏度后水淬的固溶处理以及8小时175摄氏度的时效处理，焊接接头的强度最高能够达到180.1兆帕，与没有经过热处理的焊接接头相比，焊接接头的强度提高了百分之四十左右，效果相对来说比较明显，在实际的生产过程中，可以将8小时175摄氏度的时效处理换成2小时200摄氏度的时效处理，能够进一步提升6063铝合金焊接接头的强度。

关键词：6063铝合金；焊接接头；热处理工艺；研究1.试验材料与方法1.1试验材料试验材料为6063铝合金焊接接头，尺寸为200毫米乘8毫米乘5毫米，一般情况下，焊缝都在试样的中心位置，母材选用的是国产6063铝型材，主要的化学成分包括镁、硅、铁、铜、锰等，焊材选用的是为 JQ．SH331 铝合金焊丝。

1.2试验方法首先将试验样品放入电阻炉进行加热处理，加热完成后进行一段时间的保温，然后就需要进行水淬处理，试验应当按照以下加热制度来进行加热，加热的温度依次是485，500，520，535摄氏度，保温时间有1小时以及90分钟。

在水淬处理完成之后，紧接着进入时效处理的阶段，时效制度有5种，分别是自然时效：24，72，120小时、165摄氏度时效：4，8，16小时、175摄氏度时效：4，8，16小时、180摄氏度时效：4，8，16小时以及200摄氏度时效：2小时。

最后通过电子拉伸试验机来对试样进行拉伸试验，从而测试出焊接接头的强度。

1.试验结果及分析2.1固溶处理对接头强度以及组织的影响接头是可以进行均匀化处理的，当接头经过均匀化处理后，其接头组织就会变得更加均匀，进而有效改善强化相的分布情况。

6063铝合金的强度与淬火冷却的速度有着直接的关系，在工业生产中主要采取两种固溶方式，一种是强迫风冷另一种是水淬，经过试验证明，使用水淬获得的屈服强度和抗拉强度明显高于使用强迫风冷获得的，本文使用的固溶方式为水淬。

铝合金焊接消除焊道与接头裂纹的举措措施

铝合金焊接消除焊道与接头裂纹的举措措施摘要：近年来，由于铝及铝合金在车辆、船舶、化工机械等领域的广泛应用。

铝合金以其独特的资源优势和技术的不断完善。

尤其在地铁、高铁的制造生产中占有大量的市场份额。

铝合金的特殊性决定了它在焊接过程中存在的诸多问题。

如气孔、接头等强性、易氧化等但主要问题还是裂纹的存在。

本文将结合实际提出几点防范措施和控制方法。

关键词：铝合金；焊接接头；热裂纹；改进举措引言：随着技术的不断发展，对于金属和有色金属的不断研究发现，铝及铝合金的焊接特性尽显无疑，铝及铝合金得到了广泛的应用，由于材料本身的特殊性，也给焊接带来了很大的困难，想要掌握铝及铝合金的焊接技术，在了解铝合金的基本性能，焊接材料，焊接设备，焊接特点，焊接技术方法的基础上还要掌握焊接过程对焊接缺陷的掌控与认知，这些对于铝及铝合金的焊接特性至关重要。

一、铝合金焊接热裂纹的产生概论目前关于焊接热裂纹理论，国内外认为较完善的是普洛霍洛夫理论。

概括地讲，该理论认为结晶裂纹的产生与否主要取决于以下3方面：脆性温度区间的大小；在此温度区间内合金所具有的延性以及在脆性温度区间金属的变形率大小。

在焊接过程中，冶金因素和力学因素的综合作用将归结为两个方面，即是强化金属联系还是弱化金属联系。

如果在冷却时，焊接接头金属中正在建立强度联系，在一定刚性拘束条件下能够顺从地应变，焊缝与近缝区金属能够承受外加拘束应力与内在残余应力的作用时，裂纹就不容易产生，焊接接头的金属裂纹敏感性低，反之，当承受不住应力作用时，金属中强度联系容易中断，就会产生裂纹。

在这种情况下，焊接接头金属的裂纹敏感性较高。

焊接接头金属从结晶凝固的温度开始，以一定的速度冷却到室温，其裂纹敏感性决定于变形能力和外加应变的对比以及变形抗力与外加应力的对比。

然而在冷却过程中，在不同的温度阶段，由于晶间强度与晶粒强度增长的情况不同、变形在晶粒间和晶粒内部的情况分布不同、由应变所诱导的扩散行为不同、应力集中的条件以及导致金属脆化的因素不同，焊接接头具体的薄弱环节以及它弱化的因素和程度也是不同的。

铝及铝合金焊接中常见焊接缺陷及其对策

铝及铝合金焊接中常见焊接缺陷及其对策摘要：铝及铝合金的应用范围随着社会经济的发展在不断扩大，在轨道交通、建筑、桥梁、船舶中都有被应用。

又随着近些年来更高效率和更高想能的焊接技术的推广，铝及铝合金被运用得越来越广泛，相应的技术也得到了一定的发展。

不过，在铝及铝合金的实际运用过程中，由于其存在着容易氧化、熔点低、导热性高、热容量大以及膨胀系数大的特点，也给其焊接工艺造成了一定的影响，容易出现一些焊接缺陷。

本文主要对铝及铝合金焊接中的常见缺陷进行分析，并提出相应的解决措施。

希望能够对铝及铝合金的焊接行业有所帮助，提高焊接效率与焊接质量。

关键词：铝及铝合金；焊接缺陷；对策引言：铝及铝合金耐腐性较好，并且轻度较高，还具有导电性以及导电性好的特点，因此，铝及铝合金在工业中得到了广泛应用。

因此，相关焊接人员在进行铝及铝合金焊接时，对其性能、焊接方式、焊接材料、焊接缺陷等都需要有充分的把握。

只有对相应的焊接知识熟练掌握之后才能够更好的开展铝及铝合金的焊接工作。

1铝及铝合金的焊接性能要想充分掌握铝及铝合金的焊接技巧，就需要对其的焊接性能有所掌握。

铝及铝合金具有以下焊接性能：1）比热大、导热快。

由于铝及铝合金导热较快，其散热速度也相对较快，在进行焊接工作时，一般使用功率较大的焊接热源，有时候焊接热源的热度不够，还需要对热源进行预热。

2）膨胀系数大。

由于具有膨胀系数大的特点，在焊接之后，金属凝固后的收缩率也较大。

因此，在焊接中容易出现变形的情况。

3）容易形成气孔。

氢气是铝及铝合金焊接时容易出现气孔的主要原因，其中主要来自于焊接材料中含有的水分。

2铝及铝合金中常见焊接缺陷铝及铝合金在我国工业中被应用得十分广泛，虽具有许多的优势，但是也有一些常见的焊接缺陷，要想提高铝及铝合金的焊接效率和焊接质量，就需要对相应的焊接缺陷进行充分的把握，在把握相应焊接缺陷的基础上，再提出相应的解决措施。

铝及铝合金焊接中的常见缺陷主要有裂纹、凹陷、烧穿、气孔凹陷等，以下是对这些缺陷的分点阐述。

铝合金构件焊接变形研究及焊接工艺优化分析

铝合金构件焊接变形研究及焊接工艺优化分析摘要：铝合金构件作为金属材料在装备制造行业得到了广泛应用，想要充分会出其本身的作用，就要从根本上解决其存在的焊接变形问题。

因此，本文在简单了解导致构件变形的主要原因和具体类型后，从焊接设计方案、焊接过程控制、电流电源控制以及焊后检查工作等方面入手，提出具体的焊接工艺优化对策。

关键词：铝合金构件；焊接变形；焊接工艺；机电设备引言：近几年来，工业制造行业现代化水平不断提高，机械制造水平也随之提升，在这样的背景下，铝合金构件作为高端设备制造中的关键材料，也得到了广泛应用。

但是铝合金这种材料导热系数较大、分散速度较快，导致在焊接过程中非常容易出现变形问题。

加强对焊接工艺优化，是实现机械制造强国的重要一环。

一、铝合金构件焊接变形的主要原因从当前情况来看，铝合金构件焊接过程中变形情况非常常见，造成焊接变形的原因也相对较多，主要体现在以下几点：第一，“熔池”现象。

铝合金构件焊接过程中，一部分母材会熔化成池状，一旦熔池的尺寸、形状过大，就会导致部分焊接部位发生变形，继而影响整体工艺效果。

第二，冷热加工。

在铝合金构件焊接过程中，需要频繁交替冷热加工，冷加工的作用在于冷却、定性热技工部位，而热加工的作用在于软化焊接部分。

在转换交替过程中，对操作有着较高的要求，一旦出现事物，就会威胁到整体效果，引发焊接变形。

第三，热量传递。

在铝合金构件焊接过程中，会产生热传递过程，当传递速率超过限额后，熔化速度也会失去控制，最终出现变形。

第四，受热问题。

铝合金构件焊接过程中，经常会出现不同部位受热不均匀的情况，这也是导致变形的主要原因，还会对铝合金构件的正常使用带来影响。

二、铝合金构件焊接变形的常见类型由上可知，导致焊接变形原因较多，根据焊接变形的原因产生的焊接类型也各不相同。

在通过对过去焊接变形问题来看，铝合金构件焊接变形类型可以分为瞬间变形和残余变形。

瞬间变形顾名思义，就是铝合金构件焊接过程中，因达到自身结构极限而出现的瞬间变形，主要是因为焊接温度过大导致的。

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铝合金焊接接头的软化及改善措施
铝合金具有优良的导热性能，在焊接铝合金时必须有较大的热输入，方能形成良好的焊接熔池。

在焊接过程中，由于热输入较大或焊接工艺不当等原因，容易出现焊接变形和存在残余应力，同时由于在焊缝和熔合区中存在重结晶及热影响区晶粒的粗化，造成焊接热影响区软化，且焊缝的最终组织为铸态组织，易形成气孔、缩松等缺陷，致使焊接接头强度大大降低，严重影响构件的使用性能。

标签：铝合金；焊接接头；软化；改善措施
铝合金焊接接头的软化问题是铝合金在焊接结构中应用的一大难题，铝合金焊接接头的软化问题及其产生原因做了简要分析，提出了一种采用深冷处理工艺来强化铝合金焊接接头的新方法。

一、焊接接头软化的原因
1.非热处理强化铝合金的接头软化。

非热处理强化铝合金焊接接头软化主要是由焊接热影响区晶粒粗大和焊接接头局部冷作硬化效果消失而造成的。

热影响区的峰值温度超过再结晶温度（大约200～300℃的区域）就产生明显的软化现象，产生软化后，焊接接头的硬度大为降低，甚至抵消了冷作硬化的强化效果。

因此，焊前母材冷作硬化的程度越高，焊后接头的软化程度就越严重，这种软化现象在熔焊条件下是不可避免的。

尤其是对经冷作硬化产生强化效果的薄板铝合金的焊接，焊后其强化效果可能会全部消失。

2.热处理强化铝合金接头的软化。

热处理强化铝合金焊接后接头会产生明显的软化现象，其原因主要是由于焊缝和热影响区的组织与性能在焊接高温环境影响下发生变化而引起的。

热影响区的软化主要是由于在焊接高温作用下发生“过时效”所致，即热影响区第二相（强化相）脱溶析出并集聚长大，使强化效果消失，形成“过时效”软化，这也是在熔焊条件下很难避免的。

对于热处理强化铝合金，由于产生热裂纹的倾向较大，为防止热影响区的软化，焊接时应采用较小的焊接热输入，以减小热影响区的高温停留时间，避免晶粒在焊接高温下再次长大而形成较大的粗晶区，产生接头软化。

二、改善措施
1.常用改善措施。

国内外对铝合金焊接接头强化的研究主要集中在两个方面：一方面是从冶金学角度考虑，采用焊接热模拟的方法，通过改变焊丝的成分、进行热处理等方法研究和改善焊接接头区的组织和性能，提高接头强度；另一方面是从力学角度考虑，采用时效强化、随焊碾压强化、挤压强化、锤击强化、温差拉伸、局部补强等方法来改善焊接接头的性能。

从冶金学角度采用焊后热处理可使在焊接过程中减弱或消失的热处理强化效果得到一定恢复，但其只适合于小型焊件，且易产生较大变形，应用受到一定限制。

从力学角度采用的时效强化，在一定范围内可提高接头强度，但此种方法也易出现“过时效”软化，使晶粒粗化，
降低接头强度；随焊碾压可降低焊缝及近缝区的残余应力，但其由于靠轮轴传递碾压力，而碾压轮尺寸较大，与焊枪互相干涉，容易产生打弧现象，加之设备庞大很难用于实际生产；随焊旋转挤压能够降低接头残余应力和变形，但此方法只适用于薄壁焊接结构件，应用受到较大的限制；随焊锤击可改善薄板结构焊缝及焊趾的力学性能，但由于锤尖直接锤击在焊道两侧和焊道表面，所以锤击面粗糙，且需要附加装置，控制比较复杂；温差拉伸法生产效率低，成本较高，工作环境差，使用不方便，而且由于其加大了焊缝区的横向收缩，不适用于封闭焊缝的焊接；局部补强可使构件总承载能力达到设计要求，适合于中大型构件，小型构件不宜使用。

以上措施无论是从焊接工艺方面还是焊后热处理等方面入手，均能在一定程度上提高铝合金焊接接头的强度，但也存在着一些不足，解决效果并不十分理想。

2.深冷处理。

深冷处理是上世纪60年代从普通冷处理（0～100℃）的基础上发展起来的一门新技术，是在-130℃以下对材料进行处理的一种方法，它是最新的材料强韧化处理工艺之一。

深冷处理可有效提高钢铁金属、非铁金属及复合材料的力学性能和使用寿命、稳定尺寸、改善均匀性、减小变形，而且操作简便、不破坏工件、无污染、成本低。

目前，国内外对工模具钢深冷处理的研究较多，其性能改善显著，而对结构钢，硬质合金，铝合金等非铁金属材料的深冷处理研究较少。

针对铝合金焊接接头的软化采用深冷处理技术使其强化，在国内外研究中尚属空白。

对5A06铝合金MIG焊焊接接头做了深冷处理试验，研究发现，深冷处理后，5A06铝合金焊接接头力学性能得到显著改善，抗拉强度提高，硬度有所降低，焊缝区晶粒得到细化，第二相在基体中弥散析出，提高了焊接接头的强韧性。

试验材料为5A06铝合金板材，焊接试板尺寸为300mm×100mm×7mm，V形坡口，对接。

焊丝选用焊接性能良好的ER5356，焊丝直径为1.6 mm。

焊后焊缝需经X射线（RT）探伤，经探伤合格的试样采用线切割制备成标准的焊接接头拉伸试样，冷处理的焊接接头相比，抗拉强度提高了15.25%。

深冷处理8 h 后，相对于深冷处理4 h的试样，其强度有所降低。

由于本次试验过程中深冷处理的时间并不充分长，所以长时间深冷处理后的强度是否会明显降低还不能确定。

5A06铝合金+ER5356（焊丝）焊接接头焊缝区金相显微组织如图1所示。

由图1可以看出，图1a是未经深冷处理的焊缝区金相显微组织，其晶粒比较粗大，且大小分布不均匀，呈明显的树枝状铸态组织；图5b为经深冷2h的焊缝区金相显微组织，与图1a相比，其晶粒明显变得细小，而且在焊缝基体上有第二相析出，分布比较均匀，晶粒得到细化；图1c与图1d，
随着深冷时间的增加，晶粒进一步变得细小，第二相在基体上的析出量也随之增多，且分布更加均匀、致密，晶粒细化。

其中，晶粒最细小均匀分布的是深冷处理8 h后的显微组织图，说明铝合金焊接接头经深冷处理后焊缝区晶粒得到了显著细化，焊接接头强韧性提高，力学性能得到改善。

其主要原因是铝合金焊接接头经-155℃深冷处理后，体积收缩，焊缝区Al的晶格常数有缩小的趋势，从而加强了第二相析出的驱动力，但由于低溫下的扩散更为困难，扩散距离更短，于是在基体上析出弥散分布的超微细第二相，并且随着深冷处理时间的延长，析出的第二相逐渐增多，在基体中的分布也越来越均匀、致密。

同时，深冷处理使得晶格收缩，体积收缩可使焊接接头内部的部分缺陷如空位和微孔得到弥合，从而使晶粒变得细小，并且改善了焊接接头的力学性能。

总之，深冷处理作为最新的材料强韧化处理工艺之一，具有积极的应用前景与发展空间。

参考文献
[1]张雪.浅谈铝合金焊接接头的软化及改善措施.2017.
[2]李军，铝合金焊接接头的软化及改善措施的研究.2018.。