铝焊常见缺陷及原因.docx

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铝焊常见缺陷及原因

铝焊常见缺陷原因及措施

（一）焊接缺陷种类

常见的缺陷主要有焊缝成形差、裂纹、气孔、烧穿，未焊透、未熔合、夹渣等。

1、焊缝成形差

产生原因：

焊接规范选择不当；焊枪角度不正确；焊工操作不熟练；导电嘴孔径太大；焊接电弧没有严格对准坡口中心；焊丝、焊件及保护气体中含有水分。

焊缝成形差主要表现在焊缝波纹不美观，且不光亮；焊缝弯曲不直，宽窄不一，接头太多；焊缝中心突起，两边平坦或凹陷；焊缝满溢等。

2、气孔

产生原因：

氩气纯度低或氩气管路内有水分、漏气等；焊丝或母材坡口附近焊前未清理干净或清理后又被污物、水分等沾污；焊接电流和焊速过大或过小；熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长等。

焊接时熔池中的气孔在凝固时未能逸出而留下来所形成的空穴称为气孔。

在MIG焊接过程中，气孔是不可避免的，只能尽量减少它的存在。

在培训的过程中，仰角焊、立向上焊气孔倾向尤为明显，根据DIN30042标准规定，单个气孔的直径最大不能超过α（α为板厚），密集气孔的单个直径最大不超过+α（α为板厚）。

氢是铝及铝合金熔化焊产生气孔的主要原因。

氮不溶于液态铝，铝又不含碳，因此铝合金中不会产生氮气孔和一氧化碳气孔；氧和铝有很大的亲和力，总是以氧化铝的形式存在，所以也不会产生氧气孔；氢在高温时大量的溶于液态铝，但几乎不溶于固态铝，所以在凝固点溶于液体中的氢几乎全部析出，形成气泡。

但铝和铝合金的比重轻，气泡在熔池中的上升的速度较慢，加上铝的导热能力强凝固，不利于气泡的浮出，故铝和铝合金易产生气孔，氢气孔在焊缝内部一般呈白亮光洁状。

氢的来源比较多，主要来自弧柱气氛中的水、焊丝以及母材所吸附水分对焊缝气孔的产生常常占有突出的地位。

厂房空气中的湿度也影响弧柱气氛。

MIG焊接时，焊是以细小熔滴形式通过弧柱而落入熔池的，由于弧柱温度最高，熔滴比表面积很大，故有利于熔滴金属吸收氢，产生气孔的倾向也更大些。

弧柱中的氢之所以能够形成气，与它在铝合金中的溶解度变化有。

如前段所说，在凝固点时氢的溶解度从突降到100g，相差约20倍（在钢中只相差不到2倍），这是氢容易使焊缝产生气孔的重要原因之一。

控制了弧柱气氛中的水分后，母材和焊丝所带的氧化膜所吸附的水分成为生成焊缝气孔的主要原因。

在培训期间所使用的焊丝材料为R5087，焊接所用的板材为5083和6082，都是氧化膜不很致密、吸水性强的铝合金，并且母材表面通常会有少量油脂、灰尘等杂。

通过经焊前母材清理和未经清理的焊缝对，清理过的焊缝气孔明显少于未经清理的焊缝气孔。

因此如果焊前没有仔细清理母材表面，产生气孔的倾向将加大。

另外，保护气体流量不足或过量也会引起气孔的出现。

保护气体流量不足不能排除弧柱气氛中的空气，空气中的水分将分解成氢进入熔池中产生氢气孔；反之保护气体流量过大又会将空气卷入弧柱区和熔池，同样会使焊缝气孔趋势增。

提前送气和焊后延时送气的时间设置对焊接接头气孔的产生也有很大关系。

3、裂纹

产生原因：

焊丝合金成分选择不当；当焊缝中的镁含量小于3%，或铁、硅杂质含量超出规定时，裂纹倾向增大；焊丝的熔化温度偏高时，会引起热影响区液化裂纹；结构设计不合理，焊缝过于集中或受热区温度过高，造成接头拘束应力过大；高浊停留时间长，组织过热；弧坑没填满，出现弧坑裂纹等。

在焊接应力及其他因素共同作用，焊接接头中局部区域的金属原子结合力遭到破坏形成新界面而产生的缝隙称为焊接裂，铝合金焊接裂纹通常都是热裂纹。

根据DIN30042标准规定，所有裂纹都是不允许存在的。

MIG焊中产生裂纹的主要原因有焊接工艺选择不当，焊缝熔合不良，焊缝深宽比太大，焊缝太窄和焊缝末端弧坑冷却过快等。

尤其是在仰角焊和向下立焊的时候，过窄的焊缝容易产生裂纹，若收弧的时候没有把弧坑填满，同样容易在弧坑处产生裂纹。

在组合接头焊接的时候，拐弯处由于熔合不好也容易出现裂纹。

4、未焊透

产生原因：

焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、坡口角度、焊接电流均过小，钝边过大；工件坡口边缘的毛刺、底边的污垢焊前没有除净；焊炬与焊丝倾角不正确。

5、未熔合

焊接时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的部分称为未熔合。

未熔合的存在减小了焊缝有效工作面积，使得焊缝的承载通过降低，并易在未熔合处引起应力集中。

在DIN30042标准中规定，未熔合在部件生产中是不允许的。

焊接区表面有氧化膜，焊接的时候热输入量不足未能将其打破，容易引起未熔合现象；焊接的时候焊丝没有走在熔池前沿的1/3处容易引起未熔合；焊接接头处接头打磨的夹角不够大，焊丝伸出长度太大也引起接头处未熔合。

6、咬边

产生原因：

焊接电流太大，电弧电压太高，焊炬摆幅不均匀，填丝太少，焊接速度太快。

由于焊接参数选择不当，或操作技术不正确，沿焊趾的母材部位产生沟槽或凹陷称为咬边。

咬边使母材金属的有效工作截面减小，减弱了焊接接头的强度，并且在咬边处会引起应力集中，承载后有可能在咬边处产生裂纹，甚至引起结构破坏。

根据DIN30042标准规定，咬边长缺陷（100mm内长度>25mm的一个或多个缺陷）的深度不能>，短缺陷（100mm风长度<25mm的一个或多个缺陷）的深度不能>。

产生咬边的原因主要是焊接规范参数过大，热输入量过大，速度过快，焊丝还来不及将弧坑填充满应离开熔池，便会出现咬边；其次，施焊时焊枪角度太大，摆动没有到位同样会引起咬边；如果没有控制好速度和摆动位置都会出现咬边。

咬边是铝合金焊接中比较常见的缺陷。

（二）铝及铝合金焊接缺陷的原因分析

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。

1、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。

2、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。

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。

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。

夹渣是铝合金焊接后，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。

（三）铝及铝合金缺陷的防治措施和解决方法

1、焊缝成形差的防止措施反复调试选择合适的焊接规范；保持焊枪合适的倾角；加强焊工技能培训；选择合适的导电嘴径；力求使焊接电弧与坡口严格对中；焊前仔细清理焊丝、焊件；保证保护气体的纯度。

2、裂纹的防止措施适当提高电弧电压或减小焊接电流，以加宽焊道而减小熔深；适当地填满弧坑并采用衰减措施减小冷却速度；保证焊丝与母材合理匹配；选择合适的焊接参数、焊接顺序，适当增加焊接速度，需要预热的要采取预热措施。

解决裂纹的难题：

铝合金MIG焊裂纹出现的比较频繁，主要是接头部位、起弧和收弧部位及拐弯的位置，厚板多层焊时还可能出现层间裂纹。

防止裂纹出现的措施主要有增大电弧电压或减小焊接电流，减慢行走速度以加宽焊道加大焊道截面积而减小熔深；收弧时使用特4步，利用Fronius焊机的特性，降低收弧电流、延长收弧时间，以便将弧坑填满；多层焊时提高焊接热输入保证层与层之间的熔合，避免出现层间裂纹。

3、气孔的防治措施保证气体质量，适当增加保护气体流量，以排除焊接区的全部空气，消除气体喷嘴处飞溅物，使保护气流均匀，焊接区要有防止空气流动措施，防止空气侵入焊接区，保护气体流量过大，要适当适当减少流量；焊前仔细清理焊丝、焊件表面的油、污、锈、垢和氧化膜，采用含脱氧剂较高的焊丝；合理选择焊接场所；适当减少电弧长度；保持喷嘴与焊件之间的合理距离范围；尽量选择较粗的焊丝，同时增加工件坡口的钝边厚度，一方面可以允许允许使用大电流，也使焊缝金属中焊丝比例下降，这对降低孔率是行之有效的；尽量不要在同一部位重复起弧，重复起弧时要对起弧处进行打磨或刮除清理；一道焊缝一旦起弧后要尽量焊长些，不要随意断弧，以减少接头量，在接头处需要有一定的焊缝重叠区域。

解决气孔的难题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。

4、烧穿的防止措施适当减小焊接电流、电弧电压，提高焊接速度；加大钝边尺寸，减小根部间隙；适当减小点固焊时焊点间距；焊接过程中，手握焊枪姿势要正确，操作要熟练。

5、未焊透的防止措施适当减慢焊接速度，压低电弧；适当减小钝边或增加要部间隙；使焊枪角度保证焊接时获得最大熔深，电弧始终保持在焊接熔池的前沿，要有正确的姿势；增加焊接电流及电弧电压，保证母材足够的热输入获得量；增加稳压电源装置或避开用电高峰。

6、未熔合的防止措施焊前仔细清理待焊处表面；提高焊提高电流、电弧电压，减速小焊接速度；焊接时要稍微采用运条方式，在坡口面上有瞬间停歇，焊丝在熔池的前沿，提高焊工技术。

解决未熔合的难题：

铝合金出现未熔合缺陷主要是由于焊工操作不正确，焊接参数选择过低造成的。

首先焊接前需清理全部坡口和焊缝区的氧化皮及杂质；提高焊接热输入量（提高焊接电流或电弧电压，降低焊接速度），焊接时候要保证焊丝始终走在熔池前段1/3处，用焊丝带动熔池前进而不是熔池拖着焊丝前进。

在打磨接头时将V形坡口打磨成U形坡口，这样可以减小焊丝伸出长度以提高焊接电流，避免出现接头未熔合，保证接头质量。

7、夹渣的防止措施加强焊接前的清理工作，多道焊时，每焊完一道同样要进行焊缝清理；在保证熔透的情况下，适当减少焊接电流，大电流焊接时，导电嘴不要压得太低；适当降低速度，采用含脱氧剂较高的焊丝，提高电弧电压。

解决夹渣的难题：

针对夹渣主要出现在多层多道焊的情况，可以采取在焊接下一道焊道之前用钢丝刷或钢丝球清理焊道表面的熔渣和氧化物（推荐使用钢丝球，清理效果更好）；提高电弧电压，降低焊接速度也能够有效减少夹渣的形成。

夹渣在生产中是比较容易控制的，一般情况下只要保持焊道表面清洁，保持一定的热输入量就能有效避免夹渣的出现

8.解决咬边的措施咬边是由于焊接参数过大，焊接速度过快造成的，所以应该降低焊接电流或电弧电压，降低焊接速度和在熔池边缘的停留时间，使得焊接时候能够把焊道填满。

解决咬边的难题：

在焊接FWPD位置时焊丝摆动需到位，正确的摆动位置，而咬边时焊丝摆动的位置，当焊丝运动到A点位置时，焊丝还未将母材熔化后的坑填满便往前运动，因此出现咬边。

在焊接BWPC、BWPF薄厚板位置时焊丝与板材的夹角一定要保持90度;否则板材坡口处会出现咬边。

降低焊接电压，可以防止咬边，因为电压大的时候焊缝铺得很开，焊丝熔化速度跟不上大的熔池面的时候也会出现咬边。

另外采用强制成形方法，当焊接工装的焊缝槽深度过大时，焊丝无法填满焊缝亦会出现咬边。