高頻直縫鋁焊管的焊縫解析

曹國(guó)富，曹麗珠

（南京凱博勒教育咨詢有限公司，南京 210000）

高頻直縫鋁焊管的焊縫一直以來(lái)都是最為薄弱的部位，汽車?yán)淠骷鞴?、水箱管等?jīng)常有焊縫泄露的相關(guān)報(bào)告。 尤其是一些對(duì)焊縫泄漏指標(biāo)要求嚴(yán)格的鋁焊管焊縫缺陷，依靠壓扁、漲管、試爆等破壞性檢查手段大多都無(wú)法檢出，這就對(duì)高頻直縫鋁焊管的焊縫 （以下簡(jiǎn)稱鋁焊縫） 檢測(cè)手段提出了新的挑戰(zhàn)，且要求對(duì)鋁焊縫有更加深入地了解。 本研究借助金相分析手段，從微觀角度對(duì)鋁焊縫進(jìn)行分析，以求針對(duì)性地、精確地改善生產(chǎn)工藝，達(dá)到提高鋁焊管質(zhì)量的目的。

1 高頻直縫焊接鋁管焊縫簡(jiǎn)介

1.1 鋁焊縫的特征

（1） 焊接對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化。 鋁焊管成型和焊接過(guò)程如圖1 所示。 一定寬度的平直鋁管坯經(jīng)多道次軋輥軋制，成為待焊開口管筒 （如圖1 （a）） 所示，焊接過(guò)程中，該開口管筒可以是開口圓環(huán)，也可以是除開口圓環(huán)以外的開口方矩形等異形開口環(huán)，而且，開口大小自始至終處于動(dòng)態(tài)變化中，若以成型起點(diǎn)至焊接終點(diǎn)為一個(gè)周期，則其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律為

圖1 鋁焊管成型和焊接過(guò)程

式中： B——焊管用料寬度，mm；

D——成品管直徑，mm；

t——管壁厚度，mm；

b+——焊接前的成型管筒開口寬度，mm；

b——形成開口角前的待焊管筒開口寬度，mm；

c——開口寬度為b 時(shí)的弧長(zhǎng)補(bǔ)償值，mm；

θ——變形角。

在圖1 中，開口首先從用料寬度B 經(jīng)過(guò)成型軋制、逐漸變化到b+的寬度，然后寬度從b+變化到 b，直至當(dāng) θ 從 330°～340°變化到 360°時(shí)，b=0，表示管坯兩邊緣相遇，實(shí)現(xiàn)焊接。 由此可見，鋁焊縫的形成，是由管坯的高速縱向移動(dòng)速度和管坯兩邊緣的高速接近速度合成而來(lái)。 目前，管坯的縱向移動(dòng)速度即通常所說(shuō)的焊接速度可高達(dá) 200 m/min，若按 80 m/min 的焊速生產(chǎn)Φ25 mm×1.3 mm 集流管，則管坯兩邊緣的接近速度達(dá)到 46.2 mm/s （2.772 m/min）[2]。

焊接對(duì)象的這種變化規(guī)律為高頻直縫焊管所特有，是區(qū)別于其他焊接方式的重要標(biāo)志。 這既說(shuō)明管坯邊緣相對(duì)高頻焊機(jī)的絕對(duì)變化與相對(duì)變化，又說(shuō)明焊縫品質(zhì)不僅與焊接工藝有關(guān)，還與成型工藝關(guān)系密切。

（2） 高能量密度焊接。 鋁焊縫的焊接熱源是能量密度極高的高頻電流。 Φ25 mm×1.3 mm 的冷凝器集流管，在焊接速度為80 m/min 時(shí)的焊接功率為17 kW，按加熱區(qū)長(zhǎng)度50 mm、單邊加熱區(qū)寬度0.7 mm 計(jì)算，那么焊接單邊平均能量密度高達(dá)6.8×105kJ/mm3，而在臨近效應(yīng)作用下，焊接點(diǎn)的能量密度更高。

（3） 加熱與擠壓同時(shí)進(jìn)行。 待焊管坯兩邊緣被加熱到熔融溫度時(shí)，通過(guò)擠壓輥擠壓后形成焊縫。 也就是說(shuō)，焊縫是焊接熱量和擠壓力等因素共同作用的產(chǎn)物。

（4） 自熔焊接。 焊縫是由管坯自身熔接而成，不存在焊絲填充與母材匹配問(wèn)題[3]，使鋁焊縫在材質(zhì)方面的構(gòu)成相對(duì)單一。

（5） 焊接后存在內(nèi)外毛刺。 焊接過(guò)程中，管坯邊緣的氧化物及部分熔融合金被擠出，形成內(nèi)外毛刺。 外毛刺必須去除，內(nèi)毛刺則依據(jù)鋁焊管用途，有的保留，有的需要去除。 將去除毛刺的焊縫稱為成品焊縫，毛刺去除前的焊縫稱為原始焊縫。

由此可見，因?yàn)楹附佣a(chǎn)生了熔合線，并共生出高溫熔融區(qū)、熱影響區(qū)和內(nèi)外毛刺，其形態(tài)、成分、特性等與焊縫息息相關(guān)，那些僅僅將融合線表述為焊縫的說(shuō)法值得商榷； 而進(jìn)一步解析鋁焊縫后，也從另一個(gè)方面證明了焊縫構(gòu)成的豐富內(nèi)涵。

1.2 原始鋁焊縫的構(gòu)成

一條完整的原始鋁焊縫由熔合線、熔融區(qū)、熱影響區(qū)以及內(nèi)、外毛刺5 個(gè)部分構(gòu)成，如圖2所示。 在圖2 中，焊縫外側(cè)兩邊的白色條狀斑塊為覆層合金，其余部分是基板合金。 橫向看中間白色豎線為熔合線； 熔合線兩側(cè)深黑色、呈細(xì)腰鼓狀的是高溫熔融區(qū)，高溫熔融區(qū)外側(cè)的部位則是熱影響區(qū)。 這些區(qū)域都會(huì)不同程度地影響鋁焊縫的質(zhì)量，因此有必要對(duì)其進(jìn)行逐一解析。

圖2 單覆鋁焊管焊縫構(gòu)成 50×

2 原始鋁焊縫解析

2.1 熔合線

2.1.1 熔合線的化學(xué)成分

鋁焊縫熔合線是鋁管坯經(jīng)高溫焊接后遺留在焊縫中的烙印，熔合線中含有母材的合金元素，但由于高溫氧化作用含量會(huì)發(fā)生變化。 以4343/3003 和 4045/3005 復(fù)合鋁管坯為例，由于 4 系列Al-Si 覆層合金的熔點(diǎn)比3 系列基板Al-Mn 合金低約 60～80 ℃，先于 3003 和 3005 合金熔化，所以熔合線中通常不會(huì)含有4343 或4045 合金成分[4]。 或者說(shuō)，熔合線的化學(xué)成分只與基板合金有關(guān)，表1 中熔合線化學(xué)成分的數(shù)值來(lái)源于能譜分析，3003 合金中的 Si 降幅最大，3005 合金中的Mg 降幅最大，而熔合線的命名便與合金中某種元素含量降幅最大有關(guān)。

表1 4343/3003 和4045/3005 復(fù)合鋁合金基板與熔合線的主要合金化學(xué)成分

2.1.2 熔合線的名稱

與焊接鋼管不同，焊接鋁管的熔合線名稱呈現(xiàn)多樣性，即使是同一系列合金，熔合線名稱也可能不同。 比較表 1 中 4343/3003 和 4045/3005 鋁管坯，焊接前后基板的主要合金元素含量雖然均有降低，但在 3003 合金的焊縫融合線中，w （Si）從0.58%降至0.21%，降幅為63.79%； 在3005 合金的焊縫熔合線中，w （Mg） 更是從0.59%驟降到0.17%，降幅高達(dá)71.19%。 于是，人們習(xí)慣上以降幅最大的合金元素來(lái)命名，分別稱3003 合金和3005 合金的焊縫熔合線為脫硅層與脫鎂層。

之所以會(huì)出現(xiàn)同為鋁錳系合金但融合線名稱不同的現(xiàn)象，是因?yàn)槠渲饕辖鹪夭槐M相同，前者主要為 Si、Fe、Cu、Mn、Zn，后者多一種Mg。 比較這些元素的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和引燃溫度（見表2），以及其親氧性后可以發(fā)現(xiàn)，某些合金元素在高溫時(shí)更易燒損，形成 “脫X 層”。

表2 鋁管坯主要合金元素的高溫特性

在3003 合金中，Mn 主要以化合物MnAl6的形態(tài)存在，而Si 與氧的親合力比Fe 和Cu 都強(qiáng)，焊接時(shí)Si 更易氧化成SiO2氣體逸出，致使熔合線中Si 含量明顯減少； 另一方面，雖然Zn 的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)比Si 低，活性也比Si 強(qiáng)，但是其在合金中的絕對(duì)含量有限，燒損的絕對(duì)量與Si 比較可以忽略不計(jì)。 而在3005 合金中，Mn 依然以化合物 MnAl6的形態(tài)存在，Si、Cu、Fe、Zn 在達(dá)到焊接溫度時(shí)的氧化激烈程度都不及Mg，合金中的Mg 更易燒損，成為金屬蒸汽逸出，使焊縫中Mg 含量急劇降低[5]。

2.1.3 熔合線的表觀形態(tài)

焊縫熔合線既是焊接過(guò)程遺留在焊縫中的印記，也是工藝環(huán)境的真實(shí)寫照。 焊管生產(chǎn)工藝狀況不同，焊縫熔合線表現(xiàn)形態(tài)各異，正常熔合線呈現(xiàn)圖3 所示的窄腰狀。 熔合線呈窄腰狀的機(jī)理為： 在高頻電流集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)作用下，管坯上的感應(yīng)電流幾乎都匯集到待焊管坯邊緣的內(nèi)外層與對(duì)焊面處，在臨近效應(yīng)和集膚效應(yīng)的疊加效應(yīng)作用下，待焊管坯邊緣內(nèi)外角處的電流密度驟增，這樣根據(jù)焦耳定律，待焊管坯邊緣內(nèi)外角區(qū)域的焊接溫度必然高于中性層部位，相應(yīng)地，內(nèi)外角區(qū)域的熔融合金寬度大于對(duì)焊面中性層部位，從而形成上下寬、中間窄的熔合線形態(tài)。

圖3 窄腰狀熔合線 50×

衡量熔合線形態(tài)的指標(biāo)有清晰度、寬度、直度與夾雜等幾個(gè)方面：

（1） 清晰度。 正常生產(chǎn)工藝條件下的熔合線輪廓清晰，與熔融區(qū) “涇渭分明” （圖2 所示）?？墒?，當(dāng)生產(chǎn)工藝條件發(fā)生異常改變時(shí)，如焊接擠壓力過(guò)大或焊接溫度過(guò)低時(shí)，前者的熔合線模糊不清，后者的熔合線易出現(xiàn)微裂紋，如圖4 所示。

（2） 寬度。 熔合線寬度不僅與焊接熱量、功率、速度、擠壓力等工藝參數(shù)有關(guān)，還與管坯厚度、寬度及徑厚比有關(guān)。 大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壁厚 t=1～3 mm 時(shí)，熔合線平均寬度在0.01～0.05 mm，兩頭與腰部的比例在 1.5～1.8 左右 （圖3 所示），這時(shí)焊縫強(qiáng)度高，泄漏率低，管坯越厚，該比例越明顯。

（3） 直度。 熔合線應(yīng)該垂直于管壁，若熔合線出現(xiàn)歪斜、S 彎或甩頭、甩尾等不規(guī)則形態(tài)，則說(shuō)明生產(chǎn)工藝出現(xiàn)了問(wèn)題。

（4） 夾雜。 大量鋁焊縫熔合線的金相檢測(cè)表明，熔合線中經(jīng)常會(huì)夾雜一些3 系列合金所沒有的物質(zhì)，經(jīng)能譜分析證實(shí)，其絕大部分為氧化物[6]。

圖4 熔合線模糊與熔合線微裂紋

2.2 熔融區(qū)

2.2.1 熔融區(qū)的界定

鋁焊縫熔融區(qū)是指待焊鋁管坯兩邊緣被加熱到固液共存狀態(tài)的區(qū)域，焊合后一側(cè)與熔合線毗鄰，一側(cè)與熱影響區(qū)臨接。 該區(qū)域有3 個(gè)明顯特征： 一是高頻電流直接加熱的剩余區(qū)域 （另一部分是擠壓出去的毛刺）； 二是該區(qū)域很窄，通過(guò)對(duì)Φ20 mm×1.2 mm、Φ30 mm×1.5 mm 和 Φ43.5 mm×2.0 mm 三種鋁管各50 個(gè)焊縫 “細(xì)腰鼓” 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，大頭單邊平均寬度為0.416 mm，細(xì)腰單邊平均寬度為0.249 mm （見表3）； 三是盡管3 種管子的壁厚不同，但是他們的大頭及細(xì)腰單邊平均寬度都十分接近，最大差值不超過(guò)0.01 mm。

2.2.2 “細(xì)腰鼓” 熔融區(qū)的形成機(jī)理

與窄腰狀熔合線形成機(jī)理類似，“細(xì)腰鼓”熔融區(qū)也是高頻電流集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)對(duì)鋁管坯作用的結(jié)果。 管坯上集膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)及邊緣熱量分布曲線如圖5 所示。 熔合線使絕大部分高頻電流從待焊鋁管坯的內(nèi)外表層和對(duì)焊面表層流過(guò)，中性層處幾乎沒有電流 （圖5 （a））； 熔融區(qū)使沿待焊管坯V 形口流動(dòng)的、兩股相向而行的高頻電流隨著對(duì)焊面距離的不斷接近 （公式（1）中b 不斷趨近于0），其電流密度不斷增大。 這樣，在這兩個(gè)效應(yīng)共同作用下，上下角聚集了比中部更密集的高頻電流 （圖5 （b））； 根據(jù)電流熱效應(yīng)原理，對(duì)焊面上下角的溫度必然比中心層高 （圖5 （c）），熔融寬度亦比中部寬，于是形成了 “細(xì)腰鼓” 熔融區(qū)。 “細(xì)腰鼓” 熔融區(qū)的冶金本質(zhì)是合金中第二相、雜質(zhì)等在高溫區(qū)范圍的重新分布[8]。

表3 高頻直縫鋁焊管焊縫“細(xì)腰鼓” 熔融區(qū)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表[7]

圖5 待焊管壞上集膚效應(yīng)與臨近效應(yīng)及邊緣熱量分布曲線

另外，由于待焊管坯與感應(yīng)線圈之間同樣存在臨近效應(yīng)，而管坯外層相較內(nèi)層與感應(yīng)線圈的距離更近，使得外層的臨近效應(yīng)高于內(nèi)層，外層溫度稍高于內(nèi)層，從而 “細(xì)腰鼓” 熔融區(qū)外層大頭比內(nèi)層大頭略寬。

根據(jù)表 3 的焊接參數(shù)，由公式 （2） 可以計(jì)算出電流滲透深度的差值為2 μm，對(duì)熔融區(qū)寬度的影響甚微。 因此，驗(yàn)證了表3 中大頭及細(xì)腰單邊平均寬度各自都十分接近，最大差值不超過(guò)0.03 mm 的結(jié)果。

式中： Δ——電流滲透深度；

ρ——鋁電阻率；

μ——鋁磁導(dǎo)率；

f——焊接頻率。

2.2.3 熔融區(qū)的組織

對(duì)狀態(tài)為H1 的鋁管坯，熔融區(qū)為完全再結(jié)晶組織。 因?yàn)樵诟哳l焊接時(shí)，該部位的溫度接近熔點(diǎn)，導(dǎo)致原先因冷軋強(qiáng)化的纖維狀組織發(fā)生再結(jié)晶回復(fù)； 若焊接溫度稍高于熔點(diǎn)溫度，再結(jié)晶組織中晶界會(huì)明顯加粗變形，鋁合金中的第二相析出數(shù)量增多，這時(shí)，金相圖上的 “細(xì)腰鼓” 熔融區(qū)就會(huì)更清晰； 若焊接溫度過(guò)度高于熔點(diǎn)溫度，甚至?xí)a(chǎn)生復(fù)熔球組織，越是靠近熔合線,存在復(fù)熔球組織的幾率就越高。 此外，與鋁焊縫熔融區(qū)并存的另一個(gè)現(xiàn)象是金屬流線。

2.2.4 金屬流線

鋁焊縫的金屬流線是在焊接時(shí)，在擠壓輥擠壓下管坯邊緣中殘存的枝晶偏析、可變形夾雜物、低熔點(diǎn)物質(zhì)以及第二相等被拉長(zhǎng)[9]，并沿?cái)D壓力最小方向流動(dòng)時(shí)所形成的纖維組織。 鋁焊縫的金屬流線形態(tài)有3 個(gè)特征：

（1） 上下看，兩簇金屬流線均呈 “正態(tài)分布”，但方向相反，如圖6 所示。 可借助正態(tài)分布函數(shù)，用公式 （3） 表示

其中，A 表征上簇流線扁平程度，當(dāng)A＞0 時(shí)上簇流線比標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布圖形要尖，說(shuō)明擠壓力偏大；當(dāng)A＜0 時(shí)則要扁平一些，說(shuō)明擠壓力偏小。 B表征下簇流線扁平程度，B 越接近0，下簇流線越尖，但始終比上簇金屬流線扁平，即|f下（x）|

圖6 上下金屬流線頂角 50×

（2） 橫向看，上下兩簇金屬流線均以熔合線為對(duì)稱軸，越接近熔合線爬升角度越大，與峰值段對(duì)應(yīng)的上簇金屬流線頂角約在40°～55°，比下簇金屬流線頂角約小 10°～15° （圖6 所示）。

金屬流線形貌的上下 “正態(tài)分布” 特征和左右對(duì)稱及角度特征是高頻直縫鋁焊管焊接過(guò)程的表現(xiàn)： 焊接時(shí)，熔融區(qū)的鋁合金在擠壓輥擠壓下，迫使這些金屬向壓力最小處流動(dòng)，這時(shí)，焊縫外壁的熔融鋁合金受到來(lái)自擠壓輥孔型上邊緣的徑向約束，熔融金屬必然向沒有約束力的狹窄輥縫處流動(dòng)，在輥縫處產(chǎn)生外毛刺的同時(shí)形成了上簇流線 （如圖 7 所示）。 同時(shí)，焊管內(nèi)壁熔融金屬在徑向向下方向不但沒有任何約束，相反還受重力作用，當(dāng)受到橫向擠壓力后，熔融鋁合金就會(huì)自然向下流動(dòng)，繼而形成內(nèi)毛刺與下簇金屬流線。 由于內(nèi)壁熔融金屬向下流動(dòng)時(shí)沒有額外阻力，也不需要從狹窄的輥縫通道擠出，故下簇流線頂角比上簇流線頂角大。 因此，可以視鋁焊縫的金屬流線為焊接擠壓力、焊接溫度、擠壓輥孔型、管坯邊緣對(duì)接狀態(tài)等的表征，并通過(guò)金屬流線來(lái)檢視實(shí)際工況。

圖7 上下簇金屬流線與內(nèi)外毛刺形成過(guò)程的關(guān)系

（3） 金屬流線的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，其流動(dòng)規(guī)律可以用公式 （4） 來(lái)表示

v上、v下——形成上、下簇金屬流線時(shí)的速度；

S上、S下——上、下簇金屬流線中最長(zhǎng)流線的長(zhǎng)度；

t上、t下——上、下簇金屬流線的形成時(shí)間。

公式 （4） 分別從流動(dòng)速度、流動(dòng)距離、流動(dòng)時(shí)間和流動(dòng)方向4 個(gè)方面反映熔融金屬的流動(dòng)規(guī)律。 首先是流動(dòng)時(shí)間相等，不管流動(dòng)速度和流動(dòng)距離如何，形成上下金屬流線的時(shí)間總是在同一時(shí)間段內(nèi)開始與結(jié)束； 其次是流動(dòng)距離，根據(jù)公式 （3） 和圖6，上簇流動(dòng)距離大于下簇； 再次是流動(dòng)速度，在正常生產(chǎn)工藝條件下，左右側(cè)應(yīng)該相等，但上大于下； 第四，流動(dòng)方向是從熱影響區(qū)高溫側(cè)向熔合線方向移動(dòng)，匯聚在熔合線，起點(diǎn)是熱影響區(qū)。

2.3 熱影響區(qū)

2.3.1 再結(jié)晶溫度

在高頻焊接過(guò)程中，位于熔融區(qū)兩側(cè)外一定區(qū)域內(nèi)的合金在焊接熱傳導(dǎo)作用下，其組織和性能都會(huì)發(fā)生一系列變化，金屬學(xué)上稱該區(qū)域?yàn)闊嵊绊憛^(qū)[10]。 由于合金的種類和狀態(tài)繁多，組織和性能差異較大，這里僅針對(duì)狀態(tài)為H1 的冷軋不退火鋁管坯，在焊接前都呈現(xiàn)不同程度的縱向纖維組織。根據(jù)金屬學(xué)原理，當(dāng)這類合金的縱向纖維組織遇到高溫時(shí)就會(huì)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶與晶粒長(zhǎng)大[11]。 與鋁焊縫熱影響區(qū)相匹配、狀態(tài)為H1 的鋁錳系合金的再結(jié)晶溫度為

式中： T再——焊縫再結(jié)晶溫度，℃；

T熔——鋁管坯熔點(diǎn)，℃；

k——鋁焊縫熱影響區(qū)的再結(jié)晶補(bǔ)償溫度，k=80～100 ℃，管壁薄取較大值； 反之取較小值。

雖然鋁管坯傳熱快，但是再結(jié)晶需要的溫度也高，兩者相抵，因此對(duì)熱影響區(qū)寬度的影響不大。

2.3.2 熱影響區(qū)寬度的影響因素

（1） 小直徑厚壁管比大直徑厚壁管的熱影響區(qū)寬。 根據(jù)高頻焊接原理，管徑小，用于聚集磁場(chǎng)的磁棒橫截面面積便小，聚磁能力差，待焊管坯邊緣臨近效應(yīng)弱，電流密度低，達(dá)到焊接溫度所需的時(shí)間長(zhǎng)，與此對(duì)應(yīng)的熱傳導(dǎo)時(shí)間增加，熱影響區(qū)增寬。

（2） 熱影響區(qū)寬度與焊接功率、焊接速度的關(guān)系。 焊接同種規(guī)格鋁管，焊接功率高，則焊接速度快，熱傳導(dǎo)時(shí)間短，熱影響區(qū)窄； 反之，焊接功率低，焊接速度慢，熱傳導(dǎo)時(shí)間長(zhǎng)，熱影響區(qū)寬。

（3） 熱影響區(qū)寬度與焊接開口角的關(guān)系。 在輸入功率不變的前提下，減小焊接開口角，臨近效應(yīng)增加，需要加快焊接速度，這樣，熱傳導(dǎo)時(shí)間變短，熱影響區(qū)變窄。

2.3.3 熱影響區(qū)機(jī)械性能的變化

（1） 硬度變化。 以 Φ20 mm×1.2 mm、3003-H14 鋁管為例，鋁焊縫熱影響區(qū)硬度總降幅為14.15%，其中在回復(fù)區(qū)間內(nèi)的硬度變化很小，只有0.8%左右； 再結(jié)晶開始階段硬度雖有降低，但降幅也僅有2.54%； 最大降幅出現(xiàn)在再結(jié)晶完成區(qū)與晶粒長(zhǎng)大區(qū)之間，為10.93%； 而在晶粒長(zhǎng)大后直至熔融區(qū)間的硬度差別不大，如圖8 所示。

圖8 3003-H14 鋁焊縫熱影響區(qū)組織變化及硬度與塑性變化曲線的關(guān)系

（2） 塑性。 分別對(duì)表 3 中的 3 種焊管進(jìn)行60°擴(kuò)口試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示： 96%以上的減薄點(diǎn)集中在熔合線兩側(cè)0.2～1.8 mm，且某一側(cè)更顯著，同一個(gè)樣本，兩端的減薄點(diǎn)并非總在焊縫同一側(cè)，具有隨機(jī)性； 當(dāng)繼續(xù)擴(kuò)口至開裂，起裂點(diǎn)位置與最大減薄點(diǎn)位置高度重合，說(shuō)明熔合線兩側(cè)的熔融區(qū)和熱影響區(qū)強(qiáng)度低，相較非焊縫部位，塑性變形首先在包括熱影響區(qū)在內(nèi)的焊接區(qū)域發(fā)生，破壞也首先從該區(qū)域開始。

2.4 內(nèi)外毛刺

（1） 成分。 鋁焊縫的毛刺主要由氧化鋁和基板合金構(gòu)成，內(nèi)外毛刺形貌及成分如圖9 所示。在圖9 （a） 所示的內(nèi)毛刺上，藍(lán)圈范圍內(nèi)的是基板合金，這部分在焊接過(guò)程中沒有被氧化，其余部分或多或少地要與空氣接觸并氧化，主要成分是 Al2O3。

（2） 形貌。 毛刺的形貌和尺寸除了取決于焊接溫度、焊接速度、毛刺去除深淺、刀頭幾何形狀等因素外，很大程度上還與擠壓力大小有關(guān)。擠壓力大，擠出量多，毛刺大； 擠壓力小，擠出量少，毛刺小[12]。

圖9 鋁焊縫內(nèi)外毛刺形貌

從橫斷面看，內(nèi)毛刺為圖 9 （a） 所示的倒“叢” 字形雙峰，峰部為 Al2O3熔滴，從熔滴開始至上部，中間有一條清晰的縫隙，展示了內(nèi)毛刺的形成過(guò)程及其工藝狀態(tài)。 首先是被氧化的對(duì)焊面最內(nèi)層觸碰，隨著管坯前行擠壓力逐漸增大，觸碰的部位逐漸向上延伸，并且留下觸碰痕跡——縫隙，縫隙兩側(cè)是剛剛被氧化的待焊管筒內(nèi)緣邊緣； 當(dāng)擠壓力達(dá)到最大值時(shí)，兩邊緣被完全擠焊在一起，同時(shí)將對(duì)焊面上的氧化物向下（外毛刺向上） 全部擠出，結(jié)晶出根部，由氧化物形成的縫隙消失，完成焊接。 如果縫隙一直貫穿到毛刺根部之頂，那么所去除的毛刺就會(huì)開裂、分叉，說(shuō)明擠壓力或者焊接溫度等工藝參數(shù)存在問(wèn)題，并因此導(dǎo)致焊縫裂紋、氧化物夾雜等缺陷。

3 結(jié) 論

（1） 高頻焊接產(chǎn)生了熔合線、高溫熔融區(qū)、熱影響區(qū)以及內(nèi)外毛刺，他們是原始鋁焊縫的有機(jī)組成部分，并且各自以獨(dú)特的形態(tài)、成分、形成機(jī)理與焊縫質(zhì)態(tài)形成映射[13]。 因此，將鋁焊縫分為原始焊縫和成品焊縫，對(duì)全面、準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)焊縫和評(píng)價(jià)焊縫具有重要意義。

（2） 借助金相分析手段對(duì)鋁焊縫進(jìn)行解析，從微觀角度準(zhǔn)確、全面了解鋁焊縫，能夠發(fā)現(xiàn)鋁焊管生產(chǎn)工藝留下的諸多信息，通過(guò)解讀這些信息，就可有針對(duì)性地改善生產(chǎn)工藝，進(jìn)而從根本上提高鋁焊縫品質(zhì)。