为什么铝合金焊接时容易产生气孔

今天我们聊一下在铝合金焊接中容易发生的质量问题：气孔。在铝合金焊接时为什么容易产生气孔？

首先，我们先来看上面这张图片。这张图片是铝与铁的一些物理性能对比。大家可以看到，这个铝的熔点是比较低的，只有660度。那么铁大概是1539度。

我们知道，像我们常见的一些碳素结构钢，它主要就是一些铁碳合金，再加上一些微量的铁合金元素，还有一些杂质元素。所以铁元素的这个性能就比较能代表碳素结构钢它的一些物理性能。

我们接着往后面看，后面是关于线膨胀系数。线膨胀系数，铝元素大概是铁元素的两倍，然后导热系数大概是铁的3倍。

因为铝的这些特性，所以会导致铝合金在焊接的时候，气体相对于碳素钢来说，就不容易溢出，也更容易产生气孔。

它的线膨胀系数比较大，导热系数比较快，气体在焊缝熔池里面就会来不及溢出，这样的话就容易产生气孔。

另外一个铝的物理性能，这张表里面并没有体现出来。因为铝本身具有很强的脱氧能力，在铝合金焊接的时候，几乎不会产生一氧化碳气孔、二氧化碳气孔，主要气孔都是一些氢气孔。

下面我们就来聊一下，铝合金焊接时的氢气孔到底是如何产生的？

大家可以看上面这张图片，这张图片是氢在铝中的溶解度曲线。我们可以来看一下这张曲线，这个曲线里面有两个信息。

大家可以看上面，CR代表的是冷却速度，这个图的横坐标是温度，纵坐标是氢在铝中的溶解度曲线，单位是毫升每100克。

这个图里面有两个信息。首先，我们来看一下第一个信息：随着冷却速度的加快，溶解氢的能力实际上是变强的。那个CR大和CR小，大家可以看到那个CR大，溶解氢的能力要比CR小要高一块。

所以，像一些我们用TIG焊来焊铝合金的时候，为什么热输入要小一些呢，因为这样的话，焊缝在冷却的时候，冷却速度会比较快，那么氢在焊缝的液态的时候，溶解度就会更多，就不容易产生气孔。

第二个信息我们来看一下：在这个图片的中间有一个0.69这样一个数值，这个是什么值？

大家可以看一下，对应的下面的温度大概是在600度左右，实际上准确来说，应该是660度，这个温度就是刚才我们提到的纯铝它的凝固点。

那么当液态金属冷却到这个温度的时候，大家可以看到，这个溶解度是从0.69骤降到0.036，下降幅度非常大，所以从这里面我们就可以看出来。在凝固点以下，与溶解氢的能力会骤然下降。

然后随着冷却温度的降低，它的溶解氢的能力降的就会更低，一般情况下，在固态常温下，氢就不会被溶解了，所以这种情况下就容易产生一些氢气孔。

我们再看下一张图片。下张图片是铝锌镁合金，我们又叫超硬铝合金，这是一个7系的，那么在凝固的时候，它产生了大量的，大家可以看到分布比较均匀的这种氢气孔。

原因就是因为刚才说的：冷却速度比较小，那么在凝固点以下，氢在铝中的密度会大幅下降。氢来不及溢出就会残留在焊缝里形成氢气孔，就是图片这个样子。

这种氢气孔一般是在焊缝的结晶层产生的，分布是非常均匀的，它是很密集。

最后我们总结一下：为什么在铝合金焊接的时候容易产生氢气孔呢？

其实原因主要有两点：

第一点是因为铝合金的线膨胀系数和热导率比钢要大很多，所以焊缝在凝固的时候，氢气来不及溢出，会残留在焊缝中，就会产生氢气孔。

那么第二个原因是铝在660度，它在凝固点的时候，溶解氢的能力会大幅下降，所以焊缝中的氢来不及溢出就会存留在焊缝里，也会产生氢气孔。

如何避免在铝合金焊接的时候产生氢气孔呢？

其实主要有四个方面，第一个方面就是焊接方法的影响，第二个方面是电源极性的影响，第三个方面是工艺参数的影响，最后一个方面是材料本的状态的影响。