1.2.2 鋁及鋁合金的焊接性

焊接時，接頭質量從冶金因素應考慮到，材料必須適用于焊接，無裂紋傾向，具有足夠的強度、塑性變形能力和耐蝕性，對母材進行陽極氧化處理時應無顏色變化。焊接時雖然可能產生氣孔和夾渣，但必須滿足相應的缺欠檢測合格標準要求，常見鋁合金焊接缺欠如圖1-7所示。從熱傳導因素要考慮到板厚、接頭形式，由于鋁熱導率高（是鋼的5倍），因此焊接時必須采用能量集中、功率大的熱源。與鋼相比，鋁材料的焊接有如下不利因素。

1）容易與氧結合形成氧化膜或雜質，焊接時易產生氣孔、夾渣等缺欠。

2）導熱性和熱膨脹性較好，有很大的收縮應力。

3）鋁合金有較大的熔化溫度范圍，易產生裂紋。

4）氫在液相中的溶解度較高，在凝固時則迅速下降，易產生氣孔。

5）鋁材熔化時無顏色變化，焊接操作者對溫度控制較困難。

（1）鋁及鋁合金的焊接裂紋傾向 根據鋁及鋁合金焊接裂紋的產生機理和位置，分為凝固裂紋和液化裂紋兩種不同類型的裂紋。

凝固裂紋：產生在熔化區，是由于材料化學成分對凝固性能的影響而產生的。

液化裂紋：產生在熱影響區，是由于低熔點共晶體和低熔點的組成物液化，同時在熱應力的作用下而產生的。

鋁及鋁合金有3種不同的凝固方式，如圖1-8所示。圖1-8a為純鋁，無明顯的結晶溫度間隔，雖然凝固后鋁晶格結合緊密，但容易形成氣孔；圖1-8b為有少量共晶體，結晶溫度間隔明顯，雖然堅固但結合性差，但有熱裂紋傾向；圖1-8c為有大量的共晶體，沒有明顯的溫度間隔，雖然固態的鋁晶體在共晶體中游動，沒有裂紋傾向，但因容易形成晶界收縮而產生變形。

裂紋敏感性受到填充金屬影響，其與焊縫合金含量關系如圖1-9所示，適宜的母材及其相匹配的填充材料可以降低裂紋敏感性（見圖1-10）。焊接性和焊縫強度受到填充金屬影響，并且裂紋敏感性與強度往往是矛盾的。

（2）焊縫氣孔 氣孔的形成原因是鋁材料焊接時的凝固行為，氣孔是由熔化物凝固之前氣體不能逸出造成的，這些氣體可能來自于保護氣體或熔池攪拌帶入的氣體，導致氣孔的形成。冶金氣孔主要發生在純鋁中，由于固-液相之間轉化很快，在凝固時形成氣孔，鋁合金在凝固區由于殘留熔化物流動時受到枝晶晶體的阻礙，因此也會發生這種現象。

熔融狀態焊接金屬所溶解的氫是形成氣孔的主要原因，焊接金屬與吸附水分中的氧原子有極強的結合性，使氫在熔融中被分解出來，隨著溫度的改變，氫的溶解度下降，某種程度上凝固點下降，從而形成氣孔。為限制氫溶入母材金屬和填充金屬，焊接前應對焊件進行脫脂去油和除氧化膜處理，使用純度較高的保護氣體，嚴格限制水含量，使用前需干燥處理。

（3）陽極氧化行為 晶粒尺寸不同和合金成分偏析都可能導致陽極氧化的顏色偏差。受焊接材料和焊接熱輸入的影響，如果對焊接接頭的裝飾外觀有所要求，則應采取合理的防止措施。對Al-Mg-Si類型鋁合金，在熱影響區應避免過多的Mg₂Si析出物、合適的熱輸入、焊接材料S-AlSi₅用含鎂的焊絲代替，控制焊接材料中偏低的合金成分和微量元素，陽極氧化層的保護效應不會通過氧化顏色的不同而有所削弱。

（4）焊接熱對基體金屬的影響 焊接熱處理強化的鋁合金時，由于焊接熱的影響，會使基體金屬近縫區某些部位軟化，即力學性能變差。采取的措施主要是控制預熱溫度和層間溫度，或進行焊后熱處理等。

（5）焊接接頭的耐蝕性低于母材 鋁合金接頭的耐蝕性下降很明顯，接頭組織越不均勻，耐蝕性越差。焊縫金屬的純度和致密性也影響接頭的耐蝕性。當接頭雜質較多、晶粒粗大以及脆性相析出時，其耐蝕性就會明顯下降，不僅產生局部表面腐蝕，而且經常出現晶間腐蝕。

（6）合金元素的蒸發和燒損 某些鋁合金中含有低沸點的合金元素，如Mg、Zn等，這些元素在高溫作用下極易蒸發、燒損，從而改變焊縫金屬的化學成分，同時也降低焊接接頭的性能。