純鋁的焊接性

純鋁容器的焊接工藝編制及焊接
1.1母材化學成分和力學性能
殼板采用工業純鋁，其化學成分和力學性能分別見表1和表2。
表1 工業純鋁的化學成分∕%
材料 Si Fe Cu Mn AL
工業純鋁 0.25 0.35 0.05 0.03 99.6

表2  工業純鋁的力學性能
材料 板厚∕mm 狀態 σS∕MPa σb∕MPa δ5∕% 室溫沖擊功∕(AKV∕J)
工業純鋁 14 正火 ≥285 75 ≥35 ≥27（橫向）
二、純鋁的焊接性

純鋁具有較好的焊接性，可以采用多種焊接方法焊接，但遇到下述情況，焊接也會出現困難和問題。
（1）、物理及化學性質分析
純鋁的熔點低（660℃），熔化時顏色不變，難以觀察到熔池，焊接時容易塌陷和燒穿；熱導率是低碳鋼的三倍，散熱快，焊接時不易熔化；線膨脹系數是低碳鋼的二倍，焊接時易變形；在空氣中易氧化成致密的高熔點氧化膜AL2O3（熔點2050℃），難熔且不導電，焊接時易造成未熔合、夾渣并使焊接過程不穩定。因此純鋁的焊接性比低碳鋼差，所以純鋁的焊接性主要有：焊接過程中易氧化、能耗大、容易產生氣孔（主要是氫氣孔）、容易形成焊接熱裂紋、焊接接頭容易軟化、焊接接頭的耐蝕性下降。
1、易氧化
鋁1060和氧的親和能力很大，在常溫下鋁容易同氧化合，在鋁的表面生成致密的三氧化二鋁薄膜，能防止金屬的繼續氧化，對自然防腐蝕有利，但是給焊接帶來了困難。這是由于氧化鋁薄膜的熔點高（約2050℃），遠遠超過鋁1060的熔點，而且密度很大3.95～4.10g/㎥,約為鋁1060的1.4倍，加之1060導熱性很強，焊接時容易造成不融合現象，也容易成為焊縫金屬的夾雜物，形成夾渣缺陷。同時氧化膜可以吸收較多的水分，焊接時會促使焊縫生成氣孔。

2、容易產生氣孔
由于鋁1060中不含碳，不存在生成CO氣孔的條件，而氮又不溶于鋁，因此一般認為鋁1060產生氣孔的主要原因是氫。氫能大量的溶于液態鋁，幾乎不溶于固態鋁。在焊接高溫下，氫在液態鋁中的溶解度急劇下降，如果熔池金屬溶入過飽和的氫，在一定的冷卻速度下，過飽和氫將從液態金屬中析出形成微小的氣泡。在鋁的熔池凝固過程中析出氫一方面形成新的微小的小氣泡，另一方面將擴展到已形成的微小氣泡中，并使它發展長大。與此同時，由于鋁1060的相對密度小，氣泡上浮較慢，如果冷卻速度較快，氣泡來不及逸出熔池，凝固后就留在焊縫中形成氣孔。
若熔池凝固過程比較緩慢的進行，能有足夠的時間使氫氣泡逸出熔池，就不會在焊縫中形成氣孔。反之，如果熔池凝固速度很快，氫來不及由液態金屬中析出，而是固溶于鋁中形成過飽和固溶體，也不會析出氣體形成氣孔�？梢娎鋮s速度是影響產生氣孔的重要條件之一。
3、焊接熱裂紋
鋁1060非熱處強化合金在熔化焊時很少產生裂紋，只有在雜質含量超過規定范圍，或剛性很大的不利條件下，才會產生裂紋。
鋁1060產生熱裂紋的原因與它的成分和焊接應力有關。由于鋁1060的線膨脹系數比鐵將近大一倍，而其凝固事的收縮率又比鐵大兩倍，因此鋁焊件的焊接應力大。

4、高的導熱性和導電性
鋁1060的導熱系數很大，約為剛的四倍，而且熱容量也比鋼大近一倍，因此焊接鋁1060時比鋼要消耗更多的熱量。為得到高質量的焊接接頭，必須采用能量集中、功率大的熱源才能進行正常的焊接，特別在工件厚度較大時更為明顯。鋁1060的導電性好，電阻焊時需要更大功率的電源。

5、高溫使強度和塑性低
高溫時鋁1060的強度和塑性很低，如370℃時強度僅為1kgf/㎜²左右，常常不能支持液體熔池的重量，破壞了焊縫金屬的成型，有時還容易造成焊縫金屬的塌落和燒穿現象。

6、無色澤變化
鋁1060從固態轉變為液態時，無明顯的顏色變化，所以不易判斷熔池的溫度，另外，溫度升高時，鋁1060的強度降低，因此焊接時難以掌握加熱溫度，時常因溫度過高無法察覺而導致燒穿。
總的來說，鋁1060的焊接性是良好的，只要針對上述焊接特點，正確選擇焊接方法、焊接材料、焊前清理及焊接操作工藝，完全能獲得良好的焊接接頭。

筒體殼板厚為14mm，所以在焊接前，為避免出現熱裂紋，應對其進行預熱，預熱溫度為120～140℃。
（2）、焊接方法不當
例如；埋弧焊線能量大，會使焊接熱影響區過熱區出現粗晶組織，使熱影響區韌性降低。電渣焊的線能量比埋弧焊還要大，熱影響區晶粒更加粗大，韌性降低更為明顯，所以純鋁自動氬弧焊焊后通常要經正火處理，細化晶粒，以提高韌性。