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(8)第八章 铝及铝合金常见焊接缺陷及原因分析


第八章 铝及铝合金常见焊接缺陷、原因分析和控制规则

焊接缺陷在焊接施工过程中, 做到完全避免是不可能的, 缺陷来自工艺缺陷和设计缺陷 两部分,工艺缺陷需要在生产过程中,进行严格的质量控制、装备和人员配置要合理化、试 验和培训要按着规程去执行,如气孔、咬边、起楞、裂纹、未焊透等均定义为工艺缺陷。设 计缺陷是指结构产生的缺陷,如焊缝过密、交叉过多、焊缝板厚差过大

、材料匹配不良等导 致的裂纹属于设计缺陷。 工艺缺陷可以通过优化施工条件和增加工艺装备解决, 设计缺陷可 以通过优化结构来完成,对于结构特殊的要求和限制,可能会有一些焊缝很难焊好,如需要 盲焊等操作,在这种条件下,需要进行大量的模拟培训,实现合格的焊接质量。工艺和设计 导致的缺陷种类繁多,以下是一些重点缺陷的定义和产生原因分析。

第一节 气孔

气孔是铝合金焊接过程中最容易出现的焊接缺陷, 无论工艺措施多么严格到位, 要想完 全做到克服气孔是很难得, 气孔从位置上可区分为表面气孔和内部气孔, 从性质上可区分为 密集气孔和离散气孔,气孔产生的原因有外部原因和内在原因,外在原因主要是操作、环境 方面的因素,内在原因主要是材料、位置方面本身造成的结果。 一、外在原因导致的气孔 1 环境湿度导致的气孔 铝合金表面的氧化膜有很强的吸水性,当环境湿度很大时,侵入铝合金表层的水很大, 当电弧产生时,水分子会电离出氢,氢在熔池中来不及溢出而产生气孔,因此,铝合金焊接 现场的湿度控制是非常必要的措施。 2 焊接保护不当造成的气孔 当焊接保护气体流量过大、过小,均会造成气孔缺陷,这部分气孔主要是氮气孔或氧气 孔,焊接过程中,外界风的干扰会使保护气流紊乱而产生气孔,焊接过程中,要加强防风措 施。 3 油污、灰尘、赃物导致的气孔 当工件表面有油污和有机赃物时, 焊接过程会融入焊接熔池, 有机碳水化合物分解会导

致气孔产生。 4 操作不当导致的气孔 当焊接前倾角度过小或操作不稳,均会导致焊接气孔的产生,在焊接培训过程中,焊接 操作避免气孔的技能需要必备的。 5 焊接参数导致的气孔 当电弧电压较高时,很容易产生气孔,因此操作过程中适当的控制电压时必要的。 二、内在原因导致的气孔 1 焊丝含氢量高导致的气孔

焊丝在冶炼加工过程中, 除氢不彻底, 或焊丝放置时间过久均会产生含氢量过高导致气 孔。 2 焊丝软管质量导致的气孔

焊丝软管质量会影响气体的纯度和效果, 具体理论目前还不是很清晰, 但在实践过程中, 发现不合格的软管会产生气孔,这一结果在国外产品供应商的资料论述中也有详细说明。 3 材料方面导致的气孔

铸铝合金、镁合金焊接,非常容易产生气孔,即使采取了一些工艺措施,但完全避免很 困难。 4 操作位置导致的气孔 焊接位置对气孔的影响很大,PC 横焊位置,由于在横焊位置上部,焊接保护较差,焊 接保护氩气比重比空气大,保护气体过多地流向下方,造成焊缝上部气孔过多,PF、PC 是 导致气孔偏多的位置。

三、气孔控制的规则 气孔控制的规则原则按 EN15034 执行,但标准在执行过程中,不直观,在行业内部,一 般按以下规则控制质量: 1 离散气孔的大小、数量控制 离散气孔一般指单个气孔,气孔间距不低于 25mm,无论表面或内在,该类气孔的直径 均不能超过 1mm。 2 密集气孔 多个气孔存在于工件表面,且气孔间距小于 25mm,一般定义为密集气孔,密集气孔原 则上不允许存在。

四、气孔的修复 对于超过标准的离散气孔,一般用旋转挫磨掉,再用 TIG 焊修补。对于密集气孔,一般 用片刀、旋转锉修磨后,再用 MIG 焊接修补。

第二节

裂纹

在铝合金焊接过程中,常见以下四种裂纹,焊缝裂纹、母材 HAZ 裂纹、弧坑裂纹、晶间 裂纹,四种裂纹产生的原因各有不同。 一、焊缝裂纹 焊缝裂纹通常也叫热裂纹,通常发生在焊接完成后,在焊缝纵向中间部位通常开裂,焊 缝裂纹的发生主要有以下原因: 1 拘束应力过大产生的裂纹 焊缝在冷却过程中,受到周围金属的限制,产生对焊缝的拉伸作用,由于焊缝金属在 半熔化状态下,强度还没有上来,造成焊缝金属不能抵抗拉应力而裂开,因此,解决焊缝裂 纹的首要措施就是研究如何调整焊接顺序,使焊接收缩应力最小。 2、焊接材料和母材不匹配导致的裂纹 焊接材料强度过低或焊接材料和母材共同熔化后, 产生了晶间低熔点物质, 使焊缝在应 力下开裂。 3 焊角过小 焊角过小,导致焊缝强度低。在焊缝形成过程中发生开裂。 焊缝裂纹一般通过以上三个措施就可以解决,焊缝裂纹对结构的危害相对较小。 二、母材(HAZ)裂纹 在焊缝熔合线附近或远离其区域,在母材上产生的裂纹均叫液化裂纹(HAZ)或母材裂 纹,该裂纹的产生主要有以下原因: 1 母材材料的因素 当材料的化学成分存在问题,在材料的晶间存在过多的低熔点物质,在焊接热作用下, 材料晶间先行熔化,在应力作用下沿晶间开裂,因此,出现此问题的首要解决步骤是检查材 料是否有不合格的化学成分。 2 拘束度的因素

该裂纹的产生是应力和热的共同作用,因此,降低拘束应力的措施均可降低裂纹倾向,

如改变焊接顺序、卡紧位置可缓解拘束应力的大小。 3 热输入的因素 过多的热量输入,会对金属层间产生熔化作用,使金属晶间产生熔化导致裂纹,因此控 制热输入是解决该类裂纹的一项措施,如提高焊接速度、降低焊角均可有效解决该类问题。 4 焊缝冷却速度因素 焊缝冷却速度也是导致 HAZ 裂纹的一个主要原因。 三、弧坑裂纹 在铝合金焊接收弧过程中, 在弧坑位置一般会产生弧坑裂纹, 弧坑裂纹是铝合金焊接的 常见现象。 四、宏观断口微观裂纹 该种裂纹在外观上没有任何表现, 只是在做宏观断口的工件上, 在放大镜下能够看到微 观裂纹,对于该种裂纹,解决的唯一措施就是增加焊接速度,降低热输入。

五、裂纹的修理 对于焊接裂纹,原则上需要用旋转挫、片刀、磨片处理后,用 PT 检查无误后,再进行 焊接,焊接后,需要再次 PT 检查无裂纹后才算完成此工作。 六、裂纹的控制标准 无论何种结构、何种要求,何种形式的裂纹均不允许。裂纹必须清除和 PT 检查后,才 能算完成正常焊接。

第三节 夹渣

铝合金焊接后, 在焊缝金属内部存在一些黑点或白色亮点, 这些夹渣物是氧化膜的破碎 物,有时焊接过程的脏物,如熔池前方的飞溅球溶入熔池,均会造成夹渣。夹渣的尺寸和数 量控制和气孔采取相同的方式。图 8-1 中的亮点是夹渣示意。

图 8-1 夹渣示意

第四节 根部未熔合和未焊透

根部未熔合和未焊透根据图纸要求进行判断, 如果设计结构中标注的焊接深度是不焊透 是可以的,如 8mm 厚铝板,开 30 度坡口 HY 连接,如标注 6HY,意味允许 2mm 未焊透,如标 注 8HV,意味必须全焊透,焊接不允许在根部有孔洞存在,如果不能达到图纸标注的焊接深 度,均可定义为未焊透,必须进行焊接修补处理,图 19-2 是没有焊透的图示,图 19-3 是焊 接孔洞的示意,无论何种形式和要求,孔洞的存在是不合理的。

图 8-2 未焊透示意

图 8-3 内部孔洞示意

第五节 错边

错边是铝合金焊接中,最严重的焊接缺陷,错边会导致焊接深度不够、焊缝成型不良, EN10042 对错边有一个定义,但执行比较麻烦,一般来讲,4mm 板厚以下对接,错边按 0.8mm 以下考虑, 以上板厚, 1mm 考虑, 4mm 按 超过此范围的错边, 必须进行重新组对控制。 19-4 图 是错边示意。

图 8-4 错边示意

第六节 根部间隙
根部间隙通常指角接和搭接两种方式, 间隙过大会造成空气从背部侵入焊接熔池造成气 孔和夹渣,因此间隙不宜过大,一般讲,间隙以不超过 2mm 为宜。图 19-5 是间隙的示意。

图 8-5 间隙示意

第七节 咬边

在焊缝两侧,熔化的金属熔化掉基体金属一部分深度,称为咬边,对自动焊来讲,咬边 深度不高于 0.5mm,对手工焊讲,咬边深度不大于 0.3mm,自动焊比手工焊采用的规范大,

更容易产生咬边缺陷,避免咬边缺陷的措施是减少焊接规范和降低焊接速度。图 19-6 是咬 边示意。

图 8-6 咬边示意

第八节 焊缝加强高和宽度过大

焊缝加强高不宜过高,以 2mm 为宜,过多的焊缝填充金属会造成浪费和表面不美观,图 8-7 是焊缝加强高示意,焊缝宽度以不大于焊角名义尺寸 2mm 为宜。

图 8-7 焊缝加强高示意

第七节 焊接背透和凸度过大

焊接背透会影响根部动态性能,背透深度原则上不允许大于 3mm。图 8-8 是背透示意。

图 8-8 背透示意 焊接凸度是由于焊接能量过小、电压过低造成的,正常情况下,凸度不允许大于 2mm, 图 8-9 是焊接凸度的示意。

图 8-9 焊接凸度示意


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