铝及铝合金焊接工艺研究毕业设计(论文).doc

洛阳理工学院毕业设计（论文） 铝及铝合金焊接工艺研究摘 要铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。关键词：铝及铝合金 手工氩弧焊 焊接特点 英文题目abstractaluminum and aluminum alloy is the most widely used in industry of a class of non-ferrous metal structure material, in aviation, aerospace, automotive, machinery manufacturing, shipping and the chemical industry has a large application. recent years, with science and technology and industrial economic development, to the aluminum alloy welding structure of the increasing demand, the aluminum alloy welding sex research will be further. the wide application of aluminum alloy aluminum alloy welding technology promoted the development, and welding technology development and expand the application field of aluminum alloy, aluminum alloy welding technology is therefore become one of the hot spot in the research.key words: aluminum and aluminum alloy、handmade argon arc welding、welding characteristics9目录前言1第一章 铝及铝合金发展情况行业需求预测及行业报告31.1.1 铝合金的发展情况31.1.2 行业需求预测31.1.3行业报告4第二章铝及铝合金的性能分析其特点及焊接性52.1 铝及铝合金的分类分类成分和性能52.1.1 铝合金的分类52.1.2 铝合金的性能82.1.3铝合金的焊接性9第三章 铝及铝合金的焊接工艺103.1铝合金的焊接难点103.2 铝合金的焊接方法种类103.3铝用焊接材料选择133.3.1铝合金焊丝133.3.2铝合金焊条133.3.3焊丝的选择应注意的问题143.4.铝合金焊接工艺方法153.4.1铝合金的钨极氩弧焊（tig）153.4.2 铝合金的熔化极氩弧焊（mig）193.4.3铝合金的激光焊 （）213.4.4铝合金的搅拌摩擦焊 （fsw）223.4.5铝合金的电子束焊接243.5.焊接常见缺陷及防治措施26第四章铝及铝合金的焊接材料的应用304.1铝及铝合金的焊接材料的应用30第五章 335.1 335.1.1 335.1.2 335.2 335.2.1 335.2.2 33结论34谢 辞35参考文献36附录38外文资料翻译39前言人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。历史上,材料被视为人类社会进化的里程碑。对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量。1万年以前,人类对石器进行加工,使之成为器皿和精致的工具,从而进入新石器时代。现在考古发掘证明我国在八千多年前已经制成实用的陶器,在六千多年前已经冶炼出黄铜,在四千多年前已有简单的青铜工具,在三千多年前已用陨铁制造兵器。我们的祖先在二千五百多年前的春秋时期已会冶炼生铁,比欧洲要早一千八百多年以上。18世纪,钢铁工业的发展,成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶,现代平炉和转炉镍管炼钢技术的出现,使人类真正进入了钢铁时代。同时，铜、铅、锌也大量得到应用,铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用，相继越来越多铝及铝合金制品开始出现在我们的生活中。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。而怎样使铝及铝合金材料运用在我们生活中，这就是我们研究的意义和目的。铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛的应用于各种焊接结构产品中。因此提高铝合金焊接的生产率和焊接质量，减少焊接缺陷存在的高效焊接方法已成为实际生产的迫切要求。本文综述了铝合金几种不同的的焊接工艺：钨极氩弧焊（tig）、熔化极氩弧焊（mig）、搅拌摩擦焊（fsw），及其焊接和特点，并指出在焊接中存在的问题以及未来的发展趋势。随着这些相关行业的快速发展，铝合金材料的发展也已经形成一个良性的产业链，轻量化等优点也将让铝合金材料越来越多的进入更多的行业来替代以前的材料，其发展在这些行业中倍受青睐，相信铝合金材料在未来的发展中会有更大更好的发展。第一章 铝及铝合金发展情况行业需求预测及行业报告1.1.1 铝合金的发展情况 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶铝合金及化学工业中已大量应用。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铸造铝合金产业发展迅速，截止至2011年再生系铸造铝合金产量已经达到428万吨，再原生系铸造铝合金产量升至184万吨。随着全球经济增长及铝型材用途不断扩展，全球铝型材的消耗量由2001年约869万吨增长至2009年约1550万吨，年复合增长率约为7.5%。预计2012年，全球铝型材消费量将达约1669万吨。2012年6月我国共出口铝合金锭41,102吨，同比2011年减少21.53%，环比5月份减少20.86%，同比环比均出现较为明显的下滑。我国铝合金板材料在未来五年的发展中的需求量将持续上涨。预计在2015年我国新能源汽车累计产销量将超过50万辆，乘用车需求超过1200万辆，届时，对铝合金板材的需求量将达到17万吨每年。在未来五年，我国将迎来铝合金板材发展的黄金时期。铝合金材料是我国铸造产业重点发展的新型材料，同时，它也将会被广泛的运用到其他行业，尤其是汽车、航空行业，另外，在近几年来，铝代铜现象的出现，也让新型铝合金材料成为电缆行业的新宠，随着这些相关行业的快速发展，铝合金材料的发展也已经形成一个良性的产业链，轻量化等优点也将让铝合金材料越来越多的进入更多的行业来替代以前的材料，其发展在这些行业中倍受青睐，相信铝合金材料在未来的发展中会有更大更好的发展。 1.1.2 行业需求预测铝加工产品应用广泛，建筑、汽车、高铁、飞机、电子等均用到铝材品种，市场存在很大需求。铝合金作为高性能轻型合金材料，将是新材料十二五规划中重点发展的新材料之一，并配套专项工程予以支持，电网投资为铝消费提供新亮点。在十二五期间，电线电缆行业将进入需求爆发期，而发展特高压将是电网发展的重中之重。预计十二五期间我国将投资超过5000亿元。2012年全国计划新开工城镇保障性安居工程700万套以上，基本建成500万套，按目前装修标准，每平米所消耗的铝合金更多，约1.4-1.5公斤来计算，将使2012年内的铝合金需求量增加35-37.5万吨。此外，我国目前的城市化率仅为46%，城市化的发展将有效增加对铝的需求。随着汽车节能、减轻重量的诉求，汽车用铝板将逐渐替代钢板，未来，汽车用铝板将有很大的市场，主要用于汽车引擎盖和车门。铝合金车轮是铝合金在汽车上第二个应用广泛的领域。因为质轻、散热性好并具有良好的外观，铝合金车轮逐渐代替了钢轮毂。1.1.3行业报告 中国新材料产业“十二五”发展规划中指出，把铝合金将作为我国未来五年内重点发展的新型材料，我国铝合金板材料在未来五年的发展中的需求量将持续上涨。预计在2015年我国新能源汽车累计产销量将超过50万辆，乘用车需求超过1200万辆，届时，对铝合金板材的需求量将达到17万吨每年。在未来五年，我国将迎来铝合金板材发展的黄金时期。铝合金材料是我国铸造产业重点发展的新型材料，同时，它也将会被广泛的运用到其他行业，尤其是汽车、航空行业，另外，在近几年来，“铝代铜”现象的出现，也让新型铝合金材料成为电缆行业的新宠，随着这些相关行业的快速发展，铝合金材料的发展也已经形成一个良性的产业链，轻量化等优点也将让铝合金材料越来越多的进入更多的行业来替代以前的材料，其发展在这些行业中倍受青睐，相信铝合金材料在未来的发展中会有更大更好的发展。第二章铝及铝合金的性能分析其特点及焊接性2.1 铝及铝合金的分类分类成分和性能2.1.1 铝合金的分类铝合金可分为变形铝合金（双分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。铝合金分类示意见图1-1。铝合金的分类及性能特点按gb/t31901996和gb/t164741966的规定，铝合金牌号命名的基本原则是：可直接采用国际四位数字体系牌号。四位字符牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母。2为alcu系，3为almn系，4为alsi系，5为almg系，6为almgsi系，7为alzn系，8为al其他元素，9为al备用系。样，我国变形铝合金的牌号表示法与国际上的通用方法基本一致。表2.1 铝合金的分类及性能特点分类合 金 名 称合 金 系性 能 特 点示 例变形铝合金非 热处 理强 化铝 合金防锈铝al-mn抗 蚀 性、压 力 加 工 性 与 焊 接 性 能好，但 强 度 较 低3a21al-mg5a05热 处理 强化 铝合 金硬 铝al-cu-mg力 学 性 能 高2a11,2a12超 硬 铝al-cu-mg-zn硬 度 强 度 最 高7a04,7a09锻 铝al-mg-si-cu锻 造 性 能 好耐 热 性 能 好2a14,2a50al-cu-mg-fe-ni2a70,2a80铸造铝合金简 单 铝 硅 合 金al-si铸 造 性 能 好，不 能 热 处 理 强化 ，力学 性 能 较 低zl102特 殊 铝 硅 合 金al-si-mg铸 造 性 能 良 好，可 热 处 理 强 化， 力 学 性 能 较 高zl101al-si-cuzl107al-si-mg-cuzl105,zl110al-si-mg-cu-nizl109铝 铜 铸 造 合 金al-cu耐 热 性 好，铸 造 性 能 与 抗 蚀 性 差zl201铝 镁 铸 造 合 金al-mg力 学 性 能 高，抗 蚀 性 好zl301铝 锌 铸 造 合 金al-zn能 自 动 淬 火，宜 于 压 铸zl401铝 稀 土 铸 造 合 金al-re耐 热 性 能 好非热处理强化铝合金非热处理强化铝合金通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，原先代号为lf。almn合金和almg合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并且具有优异的抗腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接结构中应用最广的铝合金、超硬铝、锻铝等。硬铝 硬铝的牌号是按铜的增加顺序编排的。cu是硬铝的主要成分，为了得到高的强度，cu含量一般应控制在4.0%4.8%。mn也是硬铝的主要成分，主要作用是消除铁对抗蚀性的不利的影响，还能细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，铜、硅、镁等元素能形成溶解于铝的化合物，从而促使硬铝合金在热处理时强化。退火状态下硬铝的抗拉强度为160220mpa，经过淬火及时效后抗拉强度增加至312460mpa。但硬铝的耐蚀性能差，为了提高合金的耐蚀性，常在硬铝板表面覆盖一层工业纯铝保护层。超硬铝 合金中锌、镁、铜的平均总含量可达9.7%13.5%，在当前航空航天工业中仍是强度最高和应用最多的一种轻合金材料。超硬铝的塑性和焊接性差，接头强度远低于母材。由于合金中锌含量较多，形成晶间腐蚀及焊接热裂纹的倾向较大。锻铝 具有良好的热塑性，而且铜含量越少热塑性越好，适于作锻件用。具有中等强度和良好的抗蚀性，在工业中得到广泛应用。铝合金的新旧牌号对照见表2.2。类 别新 牌 号旧 牌 号类 别新 牌 号旧 牌 号防 锈铝 合金5a025a035a055a065b05508350563a213003lf1lf2lf3lf5lf6lf10lf4lf5-1lf21锻 铝 合 金6a022a502b502a702a802a902a1460616063ld2ld5ld6ld7ld8ld9ld10ld30ld31硬 铝合 金2a012a022a042a062b112b122a102a112a122a132a162a17ly1ly2ly3ly4ly6ly8ly9ly10ly11ly12ly13ly16ly17超 硬 铝 合 金7a037a047a097a107003lc3lc4lc5lc9lc10lc122.1.2 铝合金的性能铝合金的物理性能见表2.3合 金密 度/gcm-1比 热 容（100 ）/jkg-1k-1热 导 率（25 ）/wm-1k-1线 胀 系 数（20100 ）/10-6k-1电 阻 率（20 ）/10-6m备 注（原 牌号 ）3a215a035a062a122a166a022a107a042.732.672.642.782.842.702.802.851009880921921880795836180.0146.5117.2117.2138.2175.8159.1159.123.223.523.722.722.623.522.523.13.454.966.735.796.103.704.304.20防 锈 铝lf21防 锈 铝lf3防 锈 铝lf6硬 铝ly12硬 铝ly16锻 铝ld2锻 铝ld10超 硬 铝lc4防锈铜器（铝锰合金、铝镁合金）主要用于要求高的塑性的焊接性、在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如油箱、汽油或润滑油导管、各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件等。铝合金被广泛应用航空航天、建筑、汽车、机械制造、电工、化学工业、商业等领域。铝合金在飞机制造中是主要的结构材料，它约占骨架质量的55%，而且大部分关键轴承部件，如涡轮发动机轴向压缩机叶片、机翼、骨架、外壳、尾翼等是由铝合金制造的。2.1.3铝合金的焊接性 铝及铝合金焊接时具有以下特性: （1）铝的强氧化能力 铝和氧的化学结合力很强，常温下表面就能被氧化而生成一层厚度为0.10.2m的al2o3薄膜，al2o3的熔点高达2050，远远超过铝及铝合金的熔点(660)，而且体积质量大，约为铝的1.4倍。焊接过程中，al2o3薄膜会阻碍熔化金属之间良好结合，形成夹渣，并且还会吸附水分，在焊缝中产生气孔。 （2）较大的热导率和比热容 铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍，焊接过程中大量热量被迅速传导到基体金属内部，因此消耗更多的热量。 （3）热裂倾向大 铝及铝合金的线胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%。因此，焊接时具有一定的热裂倾向。 （4）容易形成气孔 氮不溶于液态铝，铝也不含碳。因此，焊接铝及铝合金时在焊缝中不会产生n气孔和co气孔，只可能产生氢气孔。 氢在液态铝中的溶解度为0.7ml/100g，而在660凝固温度时，氢的溶解度突然降至0.04ml/100g，使原来溶于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。同时，铝和铝合金的的密度小，气泡在熔池中的上升速度较慢，加上铝的导热性强，熔池冷凝快，因此，上升的气泡往往来不及退出而留在焊缝中成为气孔。 （5）接头不等强度 铝及铝合金的热影响区由于受焊接热循环作用而发生软化，强度降低，使接头与母材金属无法达到等强度。工业纯铝及非热处理强化铝合金的强度约为母材金属的75%100%;热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材金属的40%50%。 （6）焊穿 铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材金属温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至烧穿。第三章 铝及铝合金的焊接工艺3.1铝合金的焊接难点铝合金焊接有几大难点： （1）铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍； （2）铝合金表面易产生难熔的氧化膜（al2o3 其熔点为2060 ） ，这就需要采用大功率密度的焊接工艺； （3）铝合金焊接容易产生气孔； （4）铝合金焊接易产生热裂纹；（5）线膨胀系数大，易产生焊接变形；（6）铝合金热导率大（约为钢的4 倍） ，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大24 倍。3.2 铝合金的焊接方法种类铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他一些焊接方法也可以容易地将铝合金焊接在一起。针对铝合金焊接的难点，近些年来提出了几种新工艺（等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊、搅拌摩擦焊、激光焊等），在交通、航天、航空等行业得到了一定应用，几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点，焊后接头性能良好，并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。 铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表3.1。应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。表3.1 铝合金常用焊接方法的特点及适用范围焊接方法特点适用范围手工电弧焊接头质量差用于铸铝件补焊及一般修理钨极氩弧焊焊缝金属致密，接头强度高、塑性好，可获得优质接头应用广泛，可焊接板厚120钨极脉冲氩弧焊焊接过程稳定，热输入精确可调，焊件变形量小，接头质量高用于薄板、全位置焊接、装配焊接及对热敏感性强的锻铝、硬铝等高强度铝合金熔化极氩弧焊电弧功率大，焊接速度快用于厚件的焊接，可焊厚度为50以下熔化极脉冲氩弧焊焊接变形小，抗气孔和抗裂性好，工艺参数调节广泛用于薄板或全位置焊，常用于厚度212的工件等离子弧焊热量集中，焊接速度快，焊接变形和应力小，工艺较复杂用于对接焊要求比氩弧焊更高的场合真空电子束焊熔深大热影响区小，焊接变形量小接头力学性能好用于焊接尺寸较小的焊件激光焊焊接变形小，生产率高用于需进行精密焊接的焊件搅拌摩擦焊固态连接，可焊接难容涵的金属用于尺寸较大的焊件1.钨极氩弧焊(tig)这种方法是在氩气保护下施焊，热量比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性高，在工业中获得起来越广泛的应用。钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完善的焊接方法，但钨极氩弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下操作。2.熔化极氩弧焊(mig)由于铝合金很容易氧化，所以不能够使用二氧化碳做保护气体，而使用惰性气体氩气做保护气体。我们目前的铝合金焊接多采用自动和半自动熔化极氩弧焊。自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大，热量集中，热量影响区小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高23倍。可以焊接厚度在50以下的纯铝及铝合金板。例如，焊接厚度30的铝板不必预热，只焊接正、反两层就可获得表面光滑、质量优良的焊缝。半自动熔化极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短焊缝及结构形状不规则的焊件，用半自动氩弧焊焊炬可方便灵活地进行焊接，但半自动焊的焊丝直径较细，焊缝的气孔敏感性较大。3.脉冲氩弧焊（1）钨极脉冲氩弧焊用这种方法可明显改善小电流焊接过程的稳定性，便于通过调节各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。焊件变形小、热影响区小，特别适用于薄板、全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。（2）熔化极脉冲氩弧焊可采用的平均焊接电流小，参数调节范围大，焊件的变形及热影响区小，生产率高，抗气孔及抗裂性好，适用于厚度在210铝合金薄板的全位置焊接。4.电阻点焊、缝焊可用来焊接厚度在4以下的铝合金薄板。对于质量要求较高的产品可采用直流冲击波点焊、缝焊机焊接。焊接时需要用较复杂的设备，焊接电流大、生产率较高，特别适用于大批量生产的零、部件。5.搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊fsw（ friction stir welding） 是由英国焊接研究所twi （ the welding institute） 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位，通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦，摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使焊件压焊在一起 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化，是一种固态连接过程，故焊接时不存在熔焊的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料，如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列（al- cu） 、5000 系列（al - mg） 、6000 系列（al - mg - si） 、7000 系列（al - zn） 、8000 系列（al - li） 等。国外已经。进入工业化生产阶段，在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件，美国洛克希德马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。6.激光焊激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很大。但是由于这种工艺还不成熟 ，焊接时存在着一些问题：铝合金对激光能的吸收很低；合金元素烧损严重；易产生气孔；热裂纹敏感性大6。可以从增大激光功率密度和提高铝合金对激光能的吸收率这两个方面采取措施解决这些问题。huntington和eager发现激光功率达到一定值时，铝合金对激光的吸收率会明显增大，huntington和eagar采用测热法，研究了co2激光焊接纯铝和5456铝合金时，对激光的吸收情况，发现阳极氧化和喷砂处理可以明显提高铝对激光能量的吸收7。3.3铝用焊接材料选择 3.3.1铝合金焊丝采用气焊、钨极氩弧焊等焊接铝合金时，需要加填充焊丝。铝及铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两大类。为了得到良好的焊接接头，应从焊接构件使用要求考虑，选择适合于母材的焊丝作为填充材料。如表3.2。表3.2 铝及铝合金焊丝的型号（牌号）、成分与用途国标牌号主要成份(%)特性和用途相当awss 301al99.5塑性好、耐蚀。纯铝气焊、氩弧焊用er1100s 311si5 al rem.抗裂性好，通用性大。铝合金气焊、氩弧焊用。不宜用高镁合金er4043s 321mn1.3 al rem.良好的耐蚀性、可焊性及塑性。铝合金气焊、氩弧焊用er3003s 331mg5 mn0.4al rem.耐蚀，强度高。铝合金氩弧焊用er53565183mg5 al rem.耐蚀、强度高，通用性大。铝合金氩弧焊用er5183al 109tal纯铝，耐蚀性好，但强度不高，纯铝焊接用e1100al 209talsi铝硅，抗裂性好，通用性大。铝合金焊接用，不宜焊接铝镁合金e4043al 309tamn铝锰，强度高，耐蚀。铝合金焊接用e30033.3.2铝合金焊条铝合金焊条型号、规格与用途见表3.3。表3.3 铝及铝合金焊条的型号（牌号）、规格与用途型号牌号药皮类型焊芯材质焊条规格/用途e1100l109盐基型纯铝3.2，4.5345355焊接纯铝板、纯铝容器e4043l209盐基型铝硅合金3.2，4.5345355焊接铝板、铝硅铸件、一般铝合金、锻铝、硬铝（铝镁合金除外）e3003l309盐基型铝锰合金3.2，4.5345355焊接铝锰合金、纯铝及其他铝合金3.3.3焊丝的选择应注意的问题选用铝合金焊丝应注意的问题如下。（1）焊接接头的裂纹敏感性 影响裂纹敏感性的直接因素是母材与焊丝的匹配。选用熔化温度低于母材的焊缝金属，可以减小焊缝金属和热影响区的裂纹敏感性。例如，焊接硅含量0.6%的6061合金时，选用同一合金作焊缝，裂纹敏感性很大，但用硅含量5%的er4043焊丝，由于其熔化温度比6061合金低，在冷却过程中有较高的塑性，所以抗裂性能良好。此外，焊缝金属避免镁与铜的组合，因为almgcu有很高的裂纹敏感性。（2）焊接接头的力学性能 工业纯铝的强度最低，4000系列铝合金居中，5000系列铝合金强度最高。铝硅焊丝虽然有较高的抗裂性能，但含硅焊丝的塑性较差，所以对焊后需要塑性变形加工的接头来说，应避免选用含硅焊丝。（3）焊接接头的使用性能 填充金属的选择除取决于母材成分外，还与接头的几何形状、运行中的抗腐蚀性要求以及对焊接件的外观要求有关。例如，为了使容器具有良好的抗腐蚀能力或防止所储存产品对其的污染，储存过氧化氢的焊接容器要求高纯度的铝合金。在这种情况下，填充金属的纯度至少要相当于母材。3.4.铝合金焊接工艺方法3.4.1铝合金的钨极氩弧焊（tig）也称为钨极惰性气体保护电弧焊，是利用钨极与工件之间形成电弧产生的大量热量熔化待焊处，外加填充焊丝获得牢固的焊接接头。氩弧焊焊铝是利用其“阴极雾化”的特点，自行去除氧化膜。钨极及缝区域由喷嘴中喷出的惰性气体屏蔽保护，防止焊缝区和周围空气的反应。钨极氩弧焊具有以下优点：（1）氩气能有效地隔绝周围空气，本身又不溶于金属，不和金属反应，施焊过程中电弧还有自动清除熔池表面氧化膜的作用，因此，可成功地焊接易氧化、化学活泼性强的强的有色金属、不锈钢和各种合金。 （2）钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流(10a)下仍可稳定地燃烧，特别适合于薄板、超薄板材料的焊接。 （3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调节，可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。 （4）由于填充焊丝熔滴不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。 钨极氩弧焊的不足之处： （1）焊缝熔深浅，熔敷速度小，产生率较低。 （2）钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有能进入熔池，造成污染(夹钨)。 （3）惰性气体(氩气、氮气)较贵，和其他电弧焊手法(如交流手工弧焊、埋弧焊、co2气体保护焊等)比较，生产成本较高。tig焊工艺最适于焊接厚度小于3的薄板，工件变形明显小于气焊和手弧焊。交流tig焊阴极具有去除氧化膜的清理作用，可以不用熔剂，避免了焊后残留熔剂、熔渣对接头的腐蚀。接头形式可以不受限制，焊缝成形良好、表面光亮。氩气流对焊接区的冲刷使接头冷却加快，改善了接头的组织和性能，适于全位置焊接。由于不用熔剂，焊前清理的要求比其他焊接方法严格。焊接铝合金较适宜的工艺方法是交流tig焊和交流脉冲tig焊，其次是直流反接tig焊。通常，用交流焊接铝合金时可在载流能力、电弧可控性以及电弧清理作用等方面实现最佳配合，故大多数铝合金的tig焊都采用交流电源。采用直流正接（电极接负极）时，热量产生于工件表面，形成深熔透，对一定尺寸的电极可采用更大的焊接电流。即使是厚截面也不需预热，且母材几乎不发生变形。虽然很少采用直流反接（电极接正极）tig焊方法来焊接铝，但这种方法在连续焊或补焊薄壁热交换器、管道厚在2.4以下的类似组件时有熔深浅、电弧容易控制、电弧有良好的净化作用等优点。手工钨极氩弧焊焊接铝及铝合金钨极电弧焊有自动和手动之分，主要区别是“操作者”的不同。手工电弧焊操作这是工人，自动焊操作者是人操控下的焊机。在使用自动方法焊接复杂形状处需使用手操作焊接。手操作是使用于需要短的焊道的不规则的形状物件上焊接，或需要在难以达到的（不易接近的）区域的焊接，手操作也适合全姿势焊接。1. 焊前准备。（1）焊前清理。 焊前清理是保证铝及铝合 金焊接质量的重要工艺措施。在焊前应严格 清除焊件坡口及焊丝表面的氧化膜和油污， 清理的方法可采用化学清洗或机械清理。化 学清洗用10%左右氢氧化钠水溶液，使氢氧 化钠与氧化铝作用生成易溶的氢氧化铝al （oh）3。机械清理先用有机溶剂（丙酮、松香水 或汽油）擦拭表面以除油，随后用细铜丝刷 或不锈钢丝刷刷去氧化膜。（2）预热。 由于铝的比热比钢大一倍、导热 性比钢大两倍，所以为了防止焊缝区热量的 大量流失，焊前可对焊件进行预热。薄、小铝 件一般可不预热；厚度超过58mm 的铝件 可预热100300。2.焊接过程中的操作要领。（1）引弧。手工 钨极氩弧焊通常采用引弧器进行引弧。钨极 不与焊件接触，可使钨极端头保持完整，引 弧处不会产生夹钨缺陷。（2）收弧。应采取衰 减电流的方法，即电流自动由大到小地逐渐 下降，以填满弧坑，勿突然拉断电弧。当熄弧 后，氩气会自动延迟几秒钟停气，以防止金 属在高温下产生氧化。（3）选择工艺参数。根 据板厚选择钨极直径、焊丝直径；根据板厚 和焊接位置选择焊接电流、氩气流量等。3.操作方法。（1）电弧引燃后，要保持喷嘴 到焊接处一定距离并稍作停留，使母材上形 成熔池后，再给送焊丝，焊接方向采用左焊 法。（2）焊丝的送进。填充焊丝时，焊丝的端头 切勿与钨极接触，否则焊丝会被钨极沾染， 熔入熔池后形成夹钨。填充焊丝不能离开氩 气保护区，以免灼热的焊丝端头被氧化，降 低焊缝质量。若中途停顿或焊丝用完再继续 焊接时，要用电弧把起焊处的熔池金属重新 熔化，形成新的熔池后再加焊丝，并与原焊 道重叠5mm 左右。在重叠处要少添加焊丝， 避免接头过高。4.焊后处理（1）.清除残渣焊件焊完后，如果是使用气焊或 皮焊条焊，在对焊缝进行外观检查和无损检测之前，需要对焊缝及两侧的残存熔剂和焊渣及时进行清除，以防止焊渣和残存焊剂腐蚀焊缝及其表面，避免造成不良后果。常用的焊后清理方法如下：1）在6080的热水中刷洗； 2）放入重铬酸钾（k2cr2o2）或质量分数为2%3%的铬酐（cr2o2）;3）再在6080的热水中洗涤；4）放入干燥箱中烘干或风干。为了检验残存熔剂去除的效果，可以在焊件的焊缝中滴上蒸馏水，然后再将蒸馏水收集起来，并滴入装有5%的硝酸溶液的小试管中，如有白色沉淀，则表示残存熔剂尚未清除彻底。（2）焊件的表面处理通过适当的焊接工艺和正确的操作技术，焊接后的铝及铝合金焊缝表面，具有均匀的波纹光滑的外貌。阳极化处理，特别是抛光及染色技术配合使用时，可获得高质量的装饰表面。减小焊接热影响区，可使用阳极化处理导致不良的颜色变化减至最小。使用快速焊接工艺，可最大限度地减少焊接热影响区。因此闪光对焊的焊缝，阳极化处理质量良好。特别是对退火状态下不能热处理强化的合金的焊接件，阳极化处理后，金属基本和焊接热影响区之间的颜色反差最小。炉中和浸渍钎焊不是局部加热的，所以金属颜色的外观是非常均匀的。可热处理强化的合金，常常用作建筑结构零件，它们在焊接以后，常常进行阳极化处理。在这类合金中，焊接加热会形成合金元素的析出，阳极化处理以后，热影响区和焊缝之间会出现差异。这些在焊接区附近的晕圈，使用快速焊接可使其减至最小，或者使用冷却垫块和压板也可使晕圈减到很小，这些晕圈在焊接后，阳极化处理前，进行固落处理可以消除。在化学处理的焊接件中，有时会遇到焊缝金属和基全金属的颜色差别较大，这就必须他细地选择填充金属的成分，特别是合金成分中含有硅时，就会对颜色的配比有影响。如有必要可以对焊进行机械抛光。常用的机械抛光有抛光、磨光、磨料喷击、喷丸等。机械抛光即通过研磨、去毛刺、滚光，抛光或砂光等物理方法改善铝工件的表面。它的目的是通过尽可能少的工序获得所需要的表面质量。然而，铝及铝合金属软金属，摩擦系数比较高，而且在研磨过程中如果发生过热，有可能使焊件变形，基至从晶界断裂的现象。这要求在抛光过程中有充分的润滑，对金属表面的压力应降低到最低。（3）焊后热处理焊后热处理的目的就是为了改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力。可热处理强化铝合金在焊接以后，可以重新进行热处理，使基体金属热影响区的强度恢复到接近原来的强度。一般情况下，接头破坏处通常都是在焊缝的熔化区内。在重新进行焊后热处理后，焊缝金属所获得的强度，主要取决于使散的填充金属。填充金属与基体金属的成分不同时，强度将取决于填充金属对基体金属的稀释度。最好的强度与焊接金属所使用的热处理相适应。5. 注意事项（1）因钍有放射性危害，故磨削钍钨极的 砂轮机必须装有抽风装置。焊工应带口罩， 磨削完毕应洗净手脸。（2）焊接时钨极端部严 禁与焊丝相接触，以免短路。钨极端头变粗 后，必须及时修磨，以利于焊缝良好成形。（3）手工钨极氩弧焊要根据焊件的材质选取不 同的电源种类和极性，这对保证焊缝质量有 重要作用。（4）手工钨极氩弧焊是双手同时操 作的焊接方法，这一点有别于手工电弧焊。 操作时，双手要配合协调，才能保证焊缝的 质量，因此，应加强这方面的基本功的训练。手工钨极氩弧焊一般适用于焊接薄板， 具有电弧稳定、成形美观、焊件变形小、操作 灵活等优点，更适于焊接尺寸较精密的小零 件。由于受到钨极允许电流密度的限制，它 的熔透能力小，所以厚度大于6mm 的厚板一 般不采用。否则要开坡口采用多层焊，但生 产率低、不经济，而且变形也大，因此，厚板 一般用熔化极氩弧焊。3.4.2 铝合金的熔化极氩弧焊（mig）也称为熔化极惰性气体保护电弧焊,电弧是在惰性气体保护中的焊件和铝及铝合金焊丝之间形成,焊丝作为电极及填充金属。由于焊丝作为电极,可采用高密度电流,因而母材熔深大,填充金属熔敷速度快,焊接生产率高。mig焊接铝合金通常采用直流反极性，这样可保持良好的阴极雾化作用。铝合金mig焊不必用熔剂支队妨碍熔化的气体铝的氧化铝薄膜，这层氧化铝膜的去除是利用焊件金属为负极时的电弧作用。因此，mig焊接后不会因没有仔细去除熔剂而造成焊缝金属腐蚀的危险。焊接薄、中等厚度板材时，可用纯氦保护。焊前一般不预热，板厚较大时，也只需预热起弧部位。根据焊炬移动方式的不同，铝合金mig焊工艺分为半自动mig和自动mig焊，对焊工的操作技术水平要求较低，比较容易训练完成。铝合金半自动mig焊工艺半自动焊的焊枪由操作者握持着向前移动。熔化极半自动氩焊多采用平特性电源，焊丝直径为1.23.0。可采用左焊法，焊炬与工件之间的夹角为75，以提高操作者的可见度。多用于点焊、短焊缝、断续焊缝及铝容器中的椭圆形封头、人孔接管、支座板、加强圈、各种内件及锥顶等。熔化极半自动氩弧焊的点固焊缝应设在坡口反面，点固焊缝的长度为4060，对于相同厚度的铝锰、铝镁合金，焊接电流应降低2030a，氩气流量增大1015l/min。脉冲mig焊可以将熔池控制得很小，容易进行全位置焊接，尤其焊接薄板、薄壁管的立焊缝、仰焊缝和全位置焊缝是一种较理想的焊接方法。脉冲mig焊电源是直流脉冲，脉冲tig焊的电源是交流脉冲。它们的焊接工艺参数基本相同。纯铝、铝镁合金半自动脉冲mig焊的工艺参数见表3.4。表3.4 铝镁合金半自动脉冲mig焊的工艺参数合金牌号板厚/焊丝直径/基值电流/a脉冲电流/a电弧电压/v脉冲频率/hz氩气流量/lmin-1备注5a03（lf3）1810202512014018195020喷嘴孔径16焊丝牌号lf35a05（lf5）401216018019202022喷嘴孔径16焊丝牌号lf5铝合金mig焊需注意的问题如下。（1）喷射过渡焊接时，电弧电压应稍低一点，使电弧略带轻微爆破声，此时熔滴形式属于喷射过渡中的射滴过渡。弧长增大对焊缝成形不利，对防止气孔也不利。（2）在中等焊接电流范围内（250400a），可将弧长控制在喷射过渡区与短路过渡区之间，进行亚射流电弧焊接。这种熔滴过渡形式的焊缝成形美观，焊接过程稳定。（3）粗丝大电流mig焊（4001000a）在平焊厚板时具有熔深大、生产率高、变形小等优点。但由于熔池尺寸大，为加强对熔池的保护，应采用双层保护焊枪（外层喷嘴送ar气，内层喷嘴送ar-he混合气体），这样可扩大保护区域和改善熔池形状。（4）大电流时，为了保护熔池后面的焊道，可在双层喷嘴角后面再安装附加喷嘴。采用自动mig焊得到的铝合金焊接接头的力学性能良好。表3.5 防锈铝焊接接头的力学性能母材牌号板厚/焊丝型号焊丝直径/焊接正面/背面层数抗拉强度/mpa冷弯角/（）5a02（lf2）12salmg-231/1177.51889213025salmg-241/1175.8177.61071645a03（lf3）20salmg-231/12332342392403435404620salmg-541/129629964745a06（lf6）18salmg-541/131433032723.4.3铝合金的激光焊 （）铝及铝合金激光焊接技术(laser welding) 是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。 激光焊接铝合金有以下优点：（1）能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大； （2）冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好； （3）与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本； （4）不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生x 射线； （5）可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接； （6）激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。 现在应用的激光器主要是co2 和yag 激光器，co2 激光器功率大，对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对co2 激光束的吸收率比较小，在焊接过程中造成大量的能量损失。yag激光一般功率比较小，铝合金表面对yag激光束的吸收率相对co2激光较大，可用光导纤维传导，适应性强，工艺安排简单等。 在焊接大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱对co2 激光束(波长为10. 6m) 表面初始吸收率1. 7 %；对yag激光束(波长为1. 06 m)吸收率接近5 %。比较复杂高频引弧时引起电极烧损和电弧摆动，起弧后稳定性不强，同时在电弧的高温状态下，电极迅速烧损。但激光与等离子弧复合可明显提高熔深和焊接速度 。铝合金激光- 电弧复合焊工艺中可控参数较多，主要有以下几方面。（1）激光功率和电弧电流电压等：复合焊接对激光功率要求降低，同时功率因素对工艺影响很大，激光功率越大，熔深越大，而且这种影响力远大于激光单独焊接时对熔深的影响，增加电弧电源功率，熔化区宽度增加，热影响区增大，若采用脉冲yag激光器，可调节脉冲频率和宽度以能提高工艺稳定性，减少气孔的形成