摘要：近40年來，由于焊接技術的進步，高效率和高性能的焊接方法得到推廣，鋁及鋁合金在車輛、船舶、建筑、橋梁、化工機械、低溫工程和宇航工業(yè)等各種結構方面被廣泛應用，由于材料本身的特珠性，也給焊接工人帶來了較大的困難，除了要掌握鋁合金的焊接技術，還要注意避免在焊接過程中出現(xiàn)的焊接缺陷。如：裂紋、氣孔、未融合、咬邊等等。他們的存在不僅影響了焊接強度，更是為應用安全埋下了隱患。

焊接缺陷分為工藝缺陷和設計缺陷兩部分。工藝缺陷主要受生產中的人、機、料、法，環(huán)、測六大因素影響，如裂紋、氣孔、未融合尺寸偏差等;設計缺陷是指結構產生的缺陷，如由于焊縫過密、交叉過多、材料匹配不良導致的裂紋、未融合等。在這里我們重點介紹裂紋缺陷。

1、裂紋缺陷

裂紋通常分為焊縫裂紋和母材裂紋。

1.1焊縫裂紋

1.1.1焊縫裂紋產生的過程

焊縫裂紋也叫熱裂紋，通常發(fā)生在焊接完成后，在焊縫縱向中間部位開裂。目前關于焊接熱裂紋理論，國內外認為較完善的是普洛霍洛夫理論。概括地講，該理論認為結品裂紋的產生與否主要取決于以下3方面：脆性溫度區(qū)間的大小;在此溫度區(qū)間內合金所具有的延性以及在脆性溫度區(qū)間金屬的變形率大小。

通常人們將脆性溫度區(qū)間的大小及在此溫度區(qū)間內具有的延性值稱之為產生焊接裂紋的冶金因索，而把脆性溫度區(qū)間內金屬的變形率大小稱之為力學因素。在焊接過程中，焊接接頭的冶金因素和力學因素有著較為密切的聯(lián)系，其作川歸結為強化金屬聯(lián)系與化金屬聯(lián)系。如果在冷卻時，焊接接頭金屬中正在建立強度聯(lián)系，在一定剛性約朿條件下能夠順從的應變，當焊縫余近焊縫區(qū)金屬能夠承受外加約束應力與內在的殘余應力的作用時，焊接接頭的金屬裂紋敏感性低，裂紋就不容易產生，反之，當水受不住應力作用時，金屬中的強度連接容易中斷，就容易產生裂紋。其次，在焊接過程中，隨著溫度的降低與冷卻速度的變化，治金因素和力學因素也都隨之變化，在不同的溫度區(qū)間對焊接接頭金屬的強度聯(lián)系作用各不相同，如果結晶溫度區(qū)力集中，導致固相金屬產生裂紋;同樣，隨著溫度降低，如果收縮量大，特別是在快速冷卻條件下，當收縮應變速率高，應力應變狀態(tài)比較苛刻時也容易產生裂紋。

1.2焊接裂紋產生的機理

為了研究鋁合金焊接時那個時候最容易產生熱裂紋，把鋁合金焊接時焊接熔池的結晶分為3個階段。

第一個階段是液固階段，焊接熔池從高溫冷卻開始結晶時，只有很少數量的晶核存在。隨著溫度的降低和冷卻時間的延長，晶核逐漸長大，并且出現(xiàn)新的晶核，但是在這個過程中液相始終占有較多的數量，相鄰晶粒之間不發(fā)生接觸，對還未凝固的液態(tài)鋁合金的自由流動不形成阻礙。在這種情況下，即使有拉伸應力存在，但被拉開的縫隙能及時地被流動著的鋁合金液態(tài)金屬所填滿，因此在液固階段產生裂紋的可能性很小。

第二階段是固液階段，在焊接熔池結晶繼續(xù)進行時，熔池中固相不斷增多，同時先前結晶的晶核不斷長大，當溫度降低到某一數值時，已經凝固的鋁合金金屬晶體相互彼此發(fā)生接觸，并且不斷傾軋在一起，這時候液態(tài)鋁合金的流動受到阻礙，也就是說熔池結晶進入了固液階段。在這種情況下，由于液態(tài)鋁合金金屬較少，晶體本身的變形可以強烈發(fā)展，晶體間殘存的液相則不容易流動，在拉伸應力作用下產生的微小縫隙都無法填充，只要稍有拉伸應力的存在就有產生裂紋的可能性。因此，這個階段叫做“脆性溫度區(qū)”。

第三階段是完全凝固階段，熔池金屬完全凝固之后所形成的焊縫，受到拉應力時，就會表現(xiàn)出較好的強度和塑性，在這一階段產生裂紋的可能性相對來說較小。因此，當溫度高于或者低于a-b之間的脆性溫度區(qū)時，焊縫金屬都有較大的抵抗結晶裂紋的能力，具有較小的裂紋傾向。在一般情況下，雜質較少的金屬，由于脆性溫度區(qū)間較窄，拉應力在這個區(qū)間作用的時間比較短，使得焊縫的總應變量比較小，因此焊接時產生的裂紋傾向較小。如果焊縫中雜質比較多，則脆性溫度區(qū)間范圍比較寬，拉伸應力在這個區(qū)間的作用時間比較長，產生裂紋的傾向較大。

1.3母材裂紋也叫液化裂紋(HAZ)

該裂紋的產生的原因和預防主要有以下幾點：

a母材材料的因素：當材料的化學成分存在問題，在材料的晶間存在過多的低熔點物質，在焊接熱作用下，材料晶間先行熔化，在應力作用下沿晶間開裂，因此，出現(xiàn)此問題的首要解決步驟是檢查材料是否有不合格的化學成分。

b拘束度的因素：該裂紋的產生是應力和熱的共同作用，因此，降低拘束應力的措施均可降低裂紋傾向，如改變焊接順序、卡緊位置可緩解拘束應力的大小使金屬熱輸入的因素過多的熱量輸入，會對金屬層間產生熔化作用晶間產生熔化導致裂紋，因此控制熱輸入是解決該類裂紋的一項措施，如提高焊接速度、降低焊角均可有效解決該類問題。

d焊縫冷卻速度因素，焊縫冷卻速度也是導致HAZ裂紋的一個主要原因。

2、裂紋的預防措施

2.1防止結晶裂紋的措施：a減小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量較低的材料焊接。b加入一定的合金元素，減小柱狀晶和偏析。如鋁、銳、鐵、鏡等可以細化晶粒。c采用熔深較淺的焊縫，改善散熱條件使低熔點物質上浮在焊縫表面而不存在于焊縫中。d合理選用焊接規(guī)范，并采用預熱和后熱，減小冷卻速度。e采用合理的裝配次序，減小焊接應力。

2.2再熱裂紋的防止：a注意冶金元素的強化作用及其對再熱裂紋的影響。b合理預熱或采用后熱，挖制冷卻速度。c降低殘余應力避免應力集中。d回火處理時盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區(qū)或縮短在此溫度區(qū)內的停留時間。

2.3防止冷裂紋的措施：a采用低氫型堿性焊條，嚴格烘干，在100-150℃下保存，隨取隨用。b提高預熱溫度，采用后熱措施，并保證層間溫度不小于預熱溫度，選擇合理的焊接規(guī)范，避免焊縫中出現(xiàn)洋硬組織。c選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應力。d焊后及時進行消氫熱處理。

3、針對鋁合金棒制造產生表面裂紋的解決辦法

解決這一問題的關鍵要考慮三個主要環(huán)節(jié):1是合金品種化學成分的控制。2是合金品種的鑄造工藝。3是操作技能以及自然條件。

鋁合金的結晶器又稱冷凝槽，對于鑄造起到決定性的作用。鋁合金結晶器的錐度的變化對于鑄造來說不可忽視。結晶器的錐度過大鑄造時扁錠的表面的偏析瘤會增大，一旦操作不好就會產生夾渣造成表面裂紋的產生，結晶器過窄鑄造合金棒時又會產生表面拉裂。一個好的熔鑄師傅會隨時調整結晶器的尺寸，以預防合金棒在鑄造產生的表面裂紋。

合金棒表面裂紋對于冷卻水來說又是至關重要的。冷卻水是否分布均勻，大面和小面強弱問題，水壓大小，水溫都對固液區(qū)域產生非常大的影響。案例1：有一家鋁業(yè)剛做合金棒時經常發(fā)生表面裂紋，也沒有分析出原因，造成很大的浪費，我的一位同事去這廠參觀才發(fā)現(xiàn)了問題，由于水溫太高，所以采用化學和物理的作用方法解決了表面裂紋問題。

(黃有廣 廣西廣銀鋁業(yè)有限公司百色分公司) 

參考文獻：

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[3]《鋁合金焊接工藝》中國勞動出版社