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铝合金牌号及其成分对焊接裂纹的影响

铝合金(或不填丝焊接时的焊缝)牌号及其成分对焊接裂纹的影响。
以铝铜二元合金为例,固相线、液相线、共晶线均表示合金在缓慢加热及冷却的平衡状态下的几个阶段,但实际焊接过程是快速加热及冷去条件的下不平衡结晶过程。先结晶的固相与液相之间来不及进行溶质的扩散,因此固相线和热裂倾向变化曲线均向左下方移位。
热裂倾向,是一个上凸的曲线。在S点,热裂倾向最大。在S点以内,合金元素含量增大,热裂倾向增大。在S点以外,则合金元素含量增大,热裂倾向则降低。
具有高热裂倾向的典型铝合金元素主要合金含量范围如下:
Al-Si合金 Si:0.5%~1.2%
Al-Cu合金 Cu:2.0%~4.0%
Al-Mn合金 Mn:1.5%~2.5%
Al-Mg合金 Mg:0.5%~2.5%
Al-Zn合金 Zn:4.0%~5.0%
铝合金中的少量元素,如Mn、Cr等,一般不超过1%,铝合金中的微量元素如:Ti、Zr、B等,除对合金的基本性能(力学性能、耐蚀性能)各有所贡献外,在焊接性能方面,由于可能细化合金组织(凝固时的枝晶尺寸和结构),打乱柱状晶的方向性,破坏液态薄膜的连续性,因而有利于降低合金(或其焊缝)的热裂影响。
Si、Fe、Na等微量元素一般认为是合金成分中的有害杂质,Si、Fe能与Al及合金元素形成复杂的金属间化合物和熔点很低的多元低熔点共晶体,铝及铝合金城中中一般限制其含量,质量分数不大于0.2%~0.5%。Na在固溶体内的溶解度很小,它以脆性薄膜的形式存在于晶界上。在Al-Mg合金中,如果Na的含量大于0.0006%,则合金裂纹的倾向将增大3~4倍,降低冷弯角将达30%~40%。
由此可见,不同的铝合金,由于其成分不同,可带来不同程度的热裂倾向。遗憾的是,很多传统的铝合金,虽具有高的强度,却不具有低的热裂倾向。
防治焊接裂纹,不如避免焊接裂纹。由此,在选材设计时,必须避免选用热裂倾向大的材料,应优先选用或改用力学性能水平相当,但焊接性较好,热裂倾向小的材料。

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