铝合金车体焊接缺陷及控制（三）

    （二）裂纹

    

    铝合金焊接易产生焊接结晶裂纹以及近缝区的液化裂纹，即产生热裂纹倾向较大。

    1. 产生裂纹机理

    铝的线膨胀系数是钢的2倍多，热传导率为将近低碳钢的5倍，因此，铝焊接件的焊接应力大。另外，合金的成分对热裂纹的产生有很大影响。合金成分越高，其裂纹倾向越大。原因是铝合金熔点低，焊接时加热、冷却过程均迅速，使合金来不及建立平衡状态，现结晶的固相中合金含量较少，而液相中含较多的合金元素，以致较少的平均浓度下就出现低熔共晶体。若低熔共晶呈薄膜状展开于晶界面时，增大裂纹倾向。易熔共晶体的存在是铝合金焊缝产生裂纹的重要原因之一，如图4所示。

    至于近缝区液化裂纹，同结晶裂纹一样，也是晶间低熔共晶的存在有联系，是在不平衡的焊接加热条件下引起偏析而形成的。

    2. 防止措施

    （1）选择合理的母材、焊接材料工艺。控制熔池的合金成分，则涉及到母材成分以及焊接材料的选择。实践证明， 7000系列当中的Al-Zn-Mg-Cu铝合金的裂纹倾向较大，所以尽量避免采用这种材料作为焊接结构件。实践证明，7000系列当中的不含铜的Al-Zn-Mg铝合金（7N01）的焊接裂纹倾向低，焊接性较好，已广泛使用于铁道车辆行业。焊接材料方面，应选择抗裂纹性强的焊丝。

    （2）控制熔池温度。控制熔池温度方面，首先控制环境温度。外部环境温度过低必然加速冷却速度，应控制在15℃以上，必要时可以预热，但不应超过200℃。其次，通过调节焊接规范来控制熔池温度。线能量过大变形也大，线能量过低易出现未熔合；综合考虑应采用稍微偏高的线能量为好。

    （3）实际操作方面：焊接收弧易产生弧坑裂纹，通过操作者的手法填满弧坑，尽可能减少裂纹倾向。还有采用引弧、收弧板。众所周知，引弧、收弧时最容易出现焊接缺陷，因此干脆通过引弧、收弧板，直接把这些隐患拉到焊件外，焊后打掉引弧、收弧板。铝合金焊接应养成使用引弧、收弧板的习惯。如图5a ，5b所示。短焊缝在中间收弧，防止弧坑裂纹，如图5c所示。

    （三）夹渣

    1. 形成氧化膜机理

    铝本身属活泼金属，所以铝合金表面易形成一层难熔的氧化铝薄膜。这层氧化膜的熔点达到2050℃，远远超过铝合金的熔点（约660℃）。在焊接过程当中，氧化铝薄膜会阻碍基本金属熔化和融合，而且氧化膜的比重大（约为铝的1.4倍），不易浮出熔池，造成焊缝夹渣。

    2. 防止措施

    清除焊件表面的氧化膜。表面清理方法有机械清理法和化学清理法两种。铁道车辆制造行业这两种方法都适用。机械清理法主要是用打磨机（电动、风动两种，风动较活用）或钢丝刷、刮刀、锉刀打磨坡口的方法清理氧化膜；化学清理法不仅清理氧化膜，还要起到清理焊件表面的油污的作用。氧化膜清理之后应在6小时之内焊接，不然应重新处理。大面积清理氧化膜是铝合金焊接的重要特征。

    （四）易烧穿

    1. 易烧穿的原因

    铝合金由固态转变为液态时，不像碳钢那么明显，无明显颜色变化，所以不易判断熔池的温度变化，实际操作时不好掌握尺度。另外，温度升高时，铝的机械强度降低，因此焊接时易导致烧穿。

    2. 防止措施

    焊缝背面加垫可防止烧穿。根据不同情况可选用不同的垫。若采用铝合金板材（一般2～4mm），则属于直接断续焊而永久性跟着焊接件转到下工序（若需要可以通过机械加工的方法加工掉）；若采用不锈钢棒，则属于反复利用回收用的，但相对装配要求高；若采用粘贴式陶瓷性的，则焊后报废属于一次性的，操作起来非常方便。前者适合于单面焊双面成形；后两者适合于X形坡口。在铝合金焊接当中常用这三种方法。