铝及铝合金焊接工艺的研究.doc

河南机电高等专科学校毕业论文毕业论文题目：铝及铝合金焊接工艺的研究系 部 材料工程系 专 业 焊接技术及自动化 班 级 焊接063班 学生姓名 刘 付 立 学 号 061303320 指导教师 马天凤 2009年 05 月15日河南机电高等专科学校毕业论文评语学生姓名：刘付立 班级: 焊接063 学号：061303320 题 目：铝合金焊接工艺的研究 综合成绩： 指导者评语： 指导者(签字)： 年 月 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日 河南机电高等专科学校毕业论文任务书系 部： 材料工程系 专 业： 焊接技术及自动化 学生姓名: 刘付立 学 号: 061303320 论文题目:铝合金焊接工艺的研究 起迄日期: 2009年3月 10日 5 月 30 日 指导教师: 马天凤 发任务书日期: 2009 年3 月10 日目 录1 绪论1 1.1 铝合金的分类、成分和性能11.2铝合金的焊接性特点52 铝合金的焊接方法和材料选用72.1 铝合金的焊接方法72.2 铝用焊接材料93 铝合金焊接现场分析123.1 焊前准备123.2 铝合金焊接变形及控制133.3 焊后处理143.4 铝合金产品的焊缝质量检验154 铝合金焊接工艺184.1 铝合金的气焊184.2 铝合金的钨极氩弧焊（TIG焊）204.3 铝合金的熔化极氩弧焊（MIG焊）234.3.1 铝合金半自动MIG焊工艺244.3.2 铝合金自动MIG焊工艺254 铝合金焊接新工艺274.1 搅拌摩擦焊接274.2 铝合金的激光焊接284.3 铝合金的电子束焊接286 铸件补焊工艺316.1 铸件常规补焊工艺316.2 特种补焊方法及其特点316.2.1 喷焊和激光熔覆316.2.2 电火花沉积补焊326.2.3 螺栓焊工艺327 结束语34致谢 35参考文献36毕业设计（论文）的内容及装订程序毕业设计说明书（论文）的内容及装订程序依次为：1封面（含作者、论文题名、指导教师姓名、专业技术职务等）2摘要（含中、外文摘要及关键词）3目录4插图和附表清单（需要时）5符号、标志、缩略词、首字母、术语等汇集表（需要时）6正文（含引言或绪论）7结论8致谢9参考文献10附录（需要时）11结尾部分（需要时）1 绪 论 铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良好力学性能等特点，在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防等工业部门被广泛地应用。掌握铝合金的焊接性特点、焊接操作技术、接头质量和性能、缺陷的形成及防止措施等，对正确制定铝合金的焊接工艺，获得良好的接头性能和扩大铝合金的应用范围具有十分重要的意义。1.1铝合金的分类、成分和性能（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见表1-1。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。这样，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1.1 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1）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1.2。表1.2 铝合金的新旧牌号对照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7A037A047A097A107003LC3LC4LC5LC9LC10LC12（2）铝合金的性能铝合金的物理性能见表1.3。表1.3 铝合金的物理性能合金密度/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。1.2铝合金的焊接性特点铝合金熔化焊时有如下困难和特点：（1）铝和氧的亲和力很大，因此在铝及铝合金表面总有一层难熔的氧化铝膜远远超过铝的熔点，这层氧化膜不溶于金属并且妨碍被熔融填充金属润湿。在焊接或钎焊过程中应将氧化膜清除或破坏掉。（2）熔焊时，铝合金的焊接性首先体现在抗裂性上。在铝中加入铜、锰、硅、镁、锌等合金元素可获得不同性能的合金，各种合金元素对铝合金焊接裂纹的影响不同。（3）铝合金的固态和液态色泽不易区别，焊接操作时难以控制熔池温度。（4）焊后焊缝易产生气孔，焊接接头区易发生软化。对铝合金进行焊接，可以用多种不同的焊接方法，表1.4所列的为部分铝合金的相对焊接性。表1.4 部分铝合金的相对焊接性焊接方法焊接性与适用范围说明铝锰合金铝镁合金铝铜合金适用厚度30033004508350565052545420142024推荐可用TIG焊（手工、自动）很好很好很好很差1100.925填丝或不填丝，厚板需预热，交流电源MIG焊（手工、自动）很好很好很好较差84焊丝为电极，厚板需预热和保温，直流反接脉冲MIG焊（手工、自动）很好很好很好较差21.68适用于薄板焊接气焊很好很差较差很差0.5100.325适用于薄板焊接焊条电弧焊较好很差较差很差38直流反接，需预热，操作性差电阻焊（点焊、缝焊）较好很好很好较好0.730.14需要电流大等离子弧焊很好很好很好较差110焊缝晶粒小，抗气孔性能好电子束焊很好很好很好较好3753焊接质量好，适用于厚件现代科学技术的发展促进了铝合金焊接技术的进步。可焊接的铝合金材料范围逐步扩大，现在不仅可以成功地焊接非热处理强化的铝合金，而且解决了传统的航空航天和军工等行业，逐步扩大到国民经济生产和人民生活的各个领域。2 铝合金的焊接方法和材料选用2.1铝合金的焊接方法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（如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等）也可以容易地将铝合金焊接在一起。铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表2.1。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2.1 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气焊热功率低，焊件变形大，生产率低，易产生夹渣、裂纹等缺陷用于非重要场合的薄板对接焊及补焊等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（1）气焊氧乙炔气焊火焰的热功率低，热量较分散，因此焊件变形大、生产率低。用气焊焊接较厚的铝焊件时需预热，焊后的焊缝金属不但晶粒粗大、组织疏松，而且容易产生氧化铝夹杂、气孔及裂缝等缺陷。这种方法只用于厚度范围在0.510的不重要铝结构件和铸件的焊补上。（2）钨极氩弧焊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。（3）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。（4）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。（5）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。（6）搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊是一种可用于各种合金板焊接的固态连接技术。与传统熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟尘，不需要添加焊丝和保护气体，接头无气孔、裂纹。与普通摩擦相比，它不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝。这种焊接方法还有一系列其它优点，如接头的力学性能好、节能、无污染、焊前准备要求低等。由于铝及铝合金熔点低，更适于采用搅拌摩擦焊。2.2 铝用焊接材料（1）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。选择焊丝首先要考虑焊缝成分要求，还要考虑产品的力学性能、耐蚀性能，结构的刚性、颜色及抗裂性等。选择熔化温度低于母材的填充金属，可大大减小热影响区的晶间裂纹倾向。对于非热处理合金的焊接接头强度，按1000系、4000系、5000系的次序增大。含镁3%以上的5000系的焊丝，应避免在使用温度65以上的结构中采用，因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感，在上述温度和腐蚀环境中会发生应力腐蚀龟裂。用合金含量高于母材的焊丝作为填充金属，通常可防止焊缝金属的裂纹倾向。目前，铝合金常用的焊丝大多是与基体金属成分相近的标准牌号焊丝。在缺乏标准牌号焊丝时，可从基体金属上切下狭条代用。较为通用的焊丝是HS311，这种焊丝的液态金属流动性好，凝固时的收缩率小，具体优良的抗裂性能。为了细化缝晶粒、提高焊缝的抗裂性及力学性能，通常在丝中加入少量的Ti、V、Zr等合金元素作为变质剂。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。（2）焊条铝合金焊条型号、规格与用途见表2.2。铝合金焊条的化学成分和力学性能见表2.3。表2.2 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、纯铝及其他铝合金表2.3 铝及铝合金焊条的化学成分和力学性能型号牌号药皮类型电源种类焊芯化学成分/%熔敷金属抗拉强度/MPa焊接接头抗拉强度/MPaE1100L109盐基型直流反接Si+Fe0.95,Co0.050.20Mn0.05,Be0.0008Zn0.10,其他总量0.15Al99.06480E4043L209盐基型直流反接Si4.56.0,Fe0.8Cu0.30,Mn0.05Zn0.10,Mg0.0008其他总量0.15,Al余量11895E3003L309盐基型直流反接Si0.6,Fe0.7Cu0.050.20,Mn1.01.5Zn0.10,其他总量0.15Al余量11895（3）保护气体焊接铝合金的惰性气体有氩所和氦气。氩气的技术要求为Ar99.9%,氧0.005%，氢0.005%，水分0.02mg/L，氮0.015%。氧、氮增多，均恶化阴极雾化作用。氧0.3%，则使钨极烧损加剧，超过0.1%使焊缝表面无光泽或发黑。钨极氩弧焊时，交流加高频焊接选用纯氩气，适用大厚度板；直流正极性焊接选用Ar+He或纯Ar。熔化极氩弧焊时，当板厚25时，采用纯Ar。当板厚为2550时，采用添加10%35%Ar的Ar+He混合气体。当板厚为5075时，宜采用添加10%35%或50%He的Ar+He混合气体。当板厚75时，推荐添加50%75%He的Ar+He混合气体。3 铝合金焊接现场分析铝合金型材和铸件在航空航天领域以及其他装备制造业中得到了广泛应用,由于其工作条件的特殊性,对于零件接头性能和表面的质量要求较高。在对接头进行焊接和发生表面缺陷进行补焊时,由于该类合金线膨胀系数大、导热性强,焊接过程中易引起较大的热应力。用大电流焊接时,焊缝及近缝区金属易产生过热和晶粒长大,容易产生裂纹、气孔等缺陷。由于零件表面极易产生难熔氧化膜和低熔点共晶体,焊缝中会形成夹渣、产生热裂纹使接头性能变坏1-2。为保证焊接和补焊质量、避免焊接缺陷,应选取合理的焊接方法和工艺措施。3.1 焊前准备（1）化学清理化学清理效率高，质量稳定，适用于清理焊丝以及尺寸不大、批量生产的工件。小型工件可采用浸洗法。表3.1是去除铝合金表面氧化膜的化学清洗溶液配方和清洗工序流程。表3.1 去除铝表面氧化膜的化学处理方法溶液浓度温度/容器材料工艺目的硝酸50%水50%硝酸1824不锈钢浸15min，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥去除薄的氧化膜，供熔焊用氢氧化钠加硝酸5%氢氧化钠95%水70低碳钢浸1060s，在冷水中漂洗去除厚氧化膜，适用于所有焊接方法和钎焊方法浓硝酸1824不锈钢浸30s，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥硫酸铬酸硫酸CrO3水7080衬铝的钢罐浸23min，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥去除因热处理形成的氧化膜磷酸铬酸磷酸CrO3水93不锈钢浸510min，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥去除阳极化处理镀层焊丝清洗后可在150200烘箱内烘焙0.5h，然后存放在100烘箱内随用随取。清洗过的焊件不准随意乱放，应立即进行装配、焊接，一般不要超过24h的，焊前采用机械方法清理后再进行装配、焊接。大型焊件受酸洗槽尺寸限制，难于实现整体清理，可在接头两侧各30的表面区域用火焰加热至100左右，涂擦室温的NaOH溶液，并加以擦洗，时间略长于浸洗时间，除净焊接区的氧化膜后，用清水冲洗干净，再中和、光化后，用火焰烘干。（2）机械清理通常先用丙醇或汽油擦洗表面油污，然后可根据零件形状采用切削方法，如使用风动或电动铣刀，也可使用刮刀等工具。对较薄的氧化膜可采用不锈钢的钢丝刷清理表面，不宜采用纱布、砂纸或砂轮打磨。工件和焊丝清洗后有及时装配，工件表面会重新氧化，特别是在潮湿的环境以及被酸碱蒸汽污染的环境中，氧化膜生长很快。（3）焊前预热焊前最好不进行预热，因为预热可加大热影响区的宽度，降低某些铝合金焊接接头的力学性能。但对厚度超过58的厚大铝件焊前需进行预热，以防止变形和未焊透，减少气孔等缺陷。通常预热到90足以保证在始焊处有足够的熔深，预热温度不应超过150，含4.0%5.5%镁的铝镁合金的预热温度不应超过90。3.2 铝合金焊接变形及控制除了炉中钎焊、扩散焊等极少部分焊接方法外，绝大部分熔焊、压力焊和钎焊方法均采用热能比较集中的“点热源”，如高温火焰、电弧或瞬间高密度、高强度电子束、激光束等，对工件上的加热点，快速加热，使局部待焊母材或焊料迅速熔化，并凝结为一体，若干焊点组合起来，或一个个焊点连续起来就形成焊接接头。因此焊接是一种局部加热的工艺过程，对焊件这种不均匀的快速加热与冷却过程是产生焊接变形的根本原因。由于铝合金比许多其他焊接材料有较大的热膨胀系数，所以在焊接过程中，随着快速加热和快速冷却而带来的膨胀和收缩发生时，必然出现不同形式的变形。铝合金在焊后热处理时期也会发生变形。当在金属局部区域加热的时候，未加热区域抵制了加热区域的膨胀而产生了变形。冷却时，由于周围金属的抑制，可能导致变形或翘曲。由于铝合金散热迅速，焊接金属的收缩一般是焊接变形的主要原因。焊接变形造成焊接结构尺寸形状超差，焊接结构组装配全困难，焊接变形过大或矫正无效，有可能使产品报废，造成经济损失时，往往都是联合采用，而非单独采用。所以在具体选择方法时，一定要根据焊件的结构开关和尺寸，并分析其变形情况后决定。3.3 焊后处理（1）清除残渣焊件焊完后，如果是使用气焊或药皮焊条焊，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）放入重铬酸钾或质量分数为2%3%的铬酐溶液中冲洗； 3）再在6080的热水中洗涤；4）放入干燥箱中烘干或风干。为了检验存熔剂支队的效果，可以在焊件的焊缝上滴上蒸馏水，然后再将蒸馏水收集起来，并滴入装有5%硝酸银溶液的不试管中，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，焊接后的铝合金焊缝表面，具有均匀的波纹和光滑的外貌，一般很少要求再进行机械加工修饰。在焊接期间仔细操作可以省许多焊接时间和精加工劳动。焊件的表面可以使用化学精加工处理，如化学腐蚀、化学光饰以及各种形式的化学转换涂层。阳极化处理，可以改善抗腐蚀和抗磨损性能，特别是和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，可使阳极化处理不良的颜色变化减至最小。使用快速焊接工艺，如熔化极弧焊或闪光对焊，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，金属基体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，这些边圈在焊接后，阳极化处理前，进行固溶处理可以消除。在化学处理的焊接件中，有时会遇到焊缝金属和基体金属的颜色颜色差别较大，这就必须仔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。无论任何时候，在阳极化处理的焊接区，不应该看到有颜色的差异，所以为了避免颜色的失调，选用的填充合金，宁愿有较差的精加工特性，也应该有较好的焊接特性。如有必要可以对焊件进行机械抛光。机械抛光即通过研磨、去行刺、滚光、抛光或砂光等物理方法改善铝工件的表面。机械抛光的目的各不相同，从简单的除氧化皮、去行刺到可以产生镜面表面的高质量磨光。机械抛光的目的是尽可能少的工序获得所需要的表面质量。然而，铝合金金属软金属，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，甚至从电影界断裂的现象。这要求在抛光过程中有充分的润滑，对金属表固的压力应降低到最低。机械抛光必须受制于材料的独特性。常用的机械抛光有抛光、磨光、磨料喷击、喷丸等。此外，电镀和有机涂层也是铝合金焊件获得良好表而质量的一种有效方法。3.4 铝合金产品的焊缝质量检验焊接完成后的铝合金产品，需要进行焊缝质量检验。铝合金焊缝的质量取决于焊接进所用的焊丝、气剂、气体的质量、接头的装配质量、焊接顺序、坡口的清理、施工条件技术水平高低和选用的焊接规范等因素。为保证焊接质量，必须严格检查焊接结构制造过程中的各个环节，及时防止各种缺陷的产生。此外，焊接质量还与新工艺的推广应用有关。完工后的焊接部件及整个产品必须进行全面的质量检验。焊缝的检验方法甚多，一般常用的有如下几种：（1）外观检验这种检验方法是以肉眼观察为主，有时也可用低倍放大镜观察。外观检验的内容主要为检查咬边、表面气孔、裂纹、烧穿、焊瘤、弧坑等缺陷，以及焊缝的外形尺寸。检查范围内100%焊缝。（2）X射线探伤X射线探伤是检查铝合金焊缝内部最有效的方法，它能确定焊缝内部的气孔、夹渣、未焊透、内部裂纹的位置和内部飞溅物等缺陷。但走私在0.2以下的显微气孔、显微裂纹和微小的未焊透等缺陷则不易用X射线探测到。根据X射线探伤法摄制、显影后的底片黑度，并参考JB158075铝制焊接容器技术条件标准中有关X射线探伤标准评定产品的质量等级采用三级评定方法，1级焊缝为优良品，2级为合格品，3级为不合格品。焊缝透视质量的等级评定标准如下：1）焊缝存在裂纹、未熔合或未焊透（双面焊）时，应评为3级； 2）单面焊未焊透的深度超过壁厚的15%板厚时应评定为2级，超过1/3板厚时应评为3级； 3）单个缺陷尺寸在任何方向上的最大尺寸超过1/5板厚时应评定为2级，超过1/3板厚时应评为3级； 对于探伤不合格的焊缝应进行质量分析，找出原因，订出措施方可返修。返修后必须重新做探伤检验。同一部位的返修次数一般不超过两次，超过两次的返修要经制造主管部门批准，且返修次数和部位应在产品在产品质量证明书中注明。（3）超声波探伤检验近年来，对铝合金的焊缝检验开始采用超声波探伤技术，并在对接焊缝的探伤中取得了一些经验。它与X射线探伤法相比较具有下列优点：1）不需要如X射线探伤的贴片、冲洗底片等工序，因而缩短了检验时间； 2）对探测微裂纹和未焊透缺陷比X射线探伤法灵敏； 3）探测距离比X射线探伤法要大；4）既经济又安全。但用超声波探伤法检验时，要求铝焊缝两侧必须光滑清洁，在阳光下操作时观察示波屏的回声脉冲比较困难。用这种方法判断焊缝缺陷的可靠性和准确性与操作者的技术水平、工作经验有很大关系.铝合金焊缝中缺陷的方向大多与焊缝表面垂直,因此,探伤时只利用带角度的探头将超声波从基体金属的表面以横波形式射入焊缝.具体操作方法可参考JB115281钢制压力容器对接超声波探伤部颁标准。超声波探伤还可对铝合金点焊、滚焊焊接接头进行无损检验。（4）接头机械性能试验机械性能试验可用以评定焊接接头的强度、塑性及检验缺陷对接头机械性能的影响。试样数量、尺寸及检验方法参考GB264981焊接接头机械性能试验取样法、GB265181焊接接头拉伸试验法、GB265381焊接接头弯曲主压扁试验法、GB265081焊接接头冲击试验法等国家标准中的有关规定。常用的铝合金接头机械性能试验项目接头抗拉强度及冷弯试验其结果应满足以下要求：1）防锈铝合金接头抗拉强度90%b；为基体供货状态抗拉强度的下限。2）冷弯角（弯轴直径等于二倍板厚）：要求防锈铝合金由供需双方协议决定。在切取抗拉、冷弯试样前应预先对试板进行X射线探伤检验。当试板中存在较严重的缺陷时，不允许切取机械性能试样。非热处理强化型铝合金焊接接头的软化是由于热影响区金属加热到再结晶温度以上时，冷作硬化效果局部消失而引起的。软化造成的强度降低并不严重，接头强度约退火状态基体金属的85%98%，热处理强化型铝合金热影响区的组织变化比较复杂，焊接接头的软化不但显著地降低整个接头的机械性能，并影响接头与基体金属不等强。例如，经淬火、自然时效的LY12、LY11硬铝，其接头强度只占基体金属的55%70%，可见，软化程度比非热处理强化型铝合金严重得多。铝镁合金焊接接头的强度与基体金属、焊丝中的镁、锰含量有关，而尤为基体金属中的镁含量影响为显著。4 铝合金焊接工艺41 铝合金的气焊氧乙炔气焊的热效率低，焊接热输入不集中，焊接铝及铝合金时需采用熔剂，焊后又需清除残渣，接头质量及性能也不高。因为气焊设备简单，无需电源，操作方便灵活，常用于焊接对质量要求不高的铝合金构件，如厚度较薄的薄板及小零件，以及补焊铝合金构件和铝铸件。（1）气焊的接头形式气焊铝合金时，不宜采用搭接接头和T形接头，这种接头难以清理流入缝隙中的残留熔剂和焊渣，应尽可能采用对接接头。为保证焊件焊接时既焊透又不塌陷和烧穿，可以采用带槽的垫板，垫板一般用不锈钢或纯铜等制成，带垫板焊接可获得良好的反面成形，提高焊接生产率。（2）气焊熔剂的选用铝合金气焊时，为了使焊接过程顺利进行，保证焊缝质量，气焊时需要加熔剂来去除铝表面的氧化膜及其他杂质。气焊熔剂（又称气剂）是气焊时的助熔剂，主要作用是去除气焊过程中生成在铝表面的氧化膜，改善母材的润湿性能，促使获得致密的焊缝组织等。气焊铝合金必须采用熔剂，一般是在焊前熔剂直接撒在被焊工件坡口上，或者沾在焊丝上加入熔池内。铝合金熔剂是钾、钠、钙、锂等元素的氯人盐，是粉碎后过筛并按一定比例配制的粉状化合物。例如铝冰晶石（Na3AlF6）在1000进可以熔解氧化铝，又如氯化钾等可使难熔的氧化铝转变为易熔的氯化铝。这种熔剂的熔点低，流动性好，还能改善熔化金属的流动性，使焊缝成形良好。铝合金气焊熔剂有含 锂熔剂和无锂熔剂两类。含锂熔剂的氯化锂能改善熔渣的物理性能、降低熔渣的熔点和黏度，能较好地去除氧化膜，适用于薄板和全位置焊接。但氯化锂价格贵，而且吸湿性强。不含锂的熔剂熔点高、黏度大、流动性差，易产生焊缝夹渣，适用于厚大件的焊接。对于搭接接头、不熔透角焊缝和难以完全清理掉残留熔渣的焊缝，以及含镁较高的铝镁合金选用熔剂时，不宜采用含钠组成物的熔剂。将粉状熔剂和蒸馏水调成糊状（每100g熔剂约加入50mL蒸馏水）涂于焊件坡口和焊丝表面，涂层厚0.51.0。或用灼热的焊丝直接蘸熔剂干粉使用，这样可减少熔池中水分的来源，减少气孔。调制好的熔剂应在12h内用完。铝合金气焊熔剂容易吸潮，所以应该对其瓶装密封，以防受潮失效。焊接时，应先用洁净水或蒸馏水将熔剂调成糊状，然后把这涂在接头上，或者浸涂在焊丝上。调好的糊状熔剂最好随调随用，不要久放，以免变质。（3）焊嘴和火焰的选择铝合金有强烈的氧化性和吸气性。气焊时，为使铝不被氧化，应采用中性焰或微弱碳化焰（乙炔既过剩的碳化焰），使铝熔池置于还原性气氛的保护下而不被氧化。严禁采用氧化焰，因为用氧化性较强的氧化焰会使铝强烈氧化，阻碍焊接过程进行；而乙炔过多，游离的氢可能溶入熔池，会促使缝产生气孔，使焊缝疏松。（4）定位焊缝为防止焊件在焊接中产生尺寸和相对位置的变化，焊件焊前需要点固焊。由于铝的线膨胀系数大、导热速度快、气焊加热面积大，因此，定位焊缝较钢件应密一些。定位焊用的填充焊丝与产品焊接时相同，定位焊接前应在焊缝间隙内涂一层气剂。定位焊的火焰功率比气焊时稍大。（5）气焊操作焊接钢铁材料时，可以从钢材的颜色变化判断加热的温度。但焊铝时，却没有这个方便条件。因为铝合金从室温加热到熔化的过程中没有颜色的明显变化，给操作者带来控制焊接温度困难。但可根据以下现象掌握施焊时机：1）当被加热的工件表面由光亮白色变成暗淡的银白色，表面氧化膜起皱，加热处金属有波动现象时，表明即将达到熔化温度，可以施焊；2）用蘸有熔剂的焊丝端头及被加热处，焊丝与母材能熔合时，即达到熔化温度，可以施焊；3）母材边棱有倒下现象时，母材达到熔化温度，可以施焊。气焊薄板可采用左焊法，焊丝位于焊接火焰之前，这种焊法因火焰指向未焊的冷金属，热量散失一部分，有利于防止熔池过热、热影响区金属晶粒长大和烧穿。母材厚度大于5可采用右焊法，此法焊丝在焊炬后面，火焰指向焊缝，热量损失小，熔深大，加热效率高。气焊厚度小于3的薄件时，焊炬倾角为2040；气焊厚件时，焊炬倾角为4080，焊丝与焊炬夹角为80100。铝合金气焊应尽量将接头一次焊成，不堆敷第二层，因为堆敷第二层时会造成焊缝夹渣等。（6）焊后处理气焊焊缝表面的残留焊剂和熔渣对铝接头的腐蚀，是铝接头日后使用中引起损坏的原因之一。在气焊后16h之内，应将残留的熔剂、熔渣清洗掉，以防引起焊件腐蚀。焊后清理工序如下。1）焊后将焊件放入4050的热水槽中浸渍，最好用流动的热水，用硬毛刷刷焊缝及焊缝附近残留熔剂、熔渣的地方，直至清除干净。2）将焊件浸入硝酸溶液中。当室温为25以上时，溶液浓度15%25%，浸渍时间为1015min。室温为1015时，溶液浓度20%25%，浸渍时间为15min。3）将焊件置于流动热水（温度为4050）的槽中浸渍510min。4）用冷水将焊件冲洗5min。5）将焊件自然晾干，也可放在干燥箱中烘干或用热空气吹干。42 铝合金的钨极氩弧焊（TIG焊）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。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。（1）钨极钨的熔点是340，是熔点最高的金属。钨在高温时有强烈的电子发射能力，在钨电极加入微量稀土元素钍、铈、锆等的氧化物后，电子逸出功显著降低，载流能力明显提高。铝合金TIG焊时，钨极作为电极主要起传导电流、引燃电弧和维持电弧正常燃烧的作用。常用钨极材料分纯钨、钍钨及铈钨等。（2）焊接工艺参数为了获得优良的焊缝成形及焊接质量，应根据焊件的技术要求，合理地选定焊接工艺参数。铝合金手工TIG焊的主要工艺参数有电流种类、极性和电流大小、保护气体流量、钨极伸出长度、喷嘴至工件的距离等。自动TIG焊的工艺参数还包括电弧电压（弧长）、焊接速度及送丝速度等。工艺参数是根据被焊材料和厚度，先确定钨极直径与形状、焊丝直径、保护气体及流量、喷嘴孔径、焊接电流、电弧电压和焊接速度，再根据实际焊接效果调整有关参数，直至符合使用要求为止。铝合金TIG焊工艺参数的选用要点如下。1）喷嘴孔径与保护气体流量 铝合金TIG的喷嘴孔径为522；保护气体流量一般为515L/min。2）钨极伸出长度及喷嘴至工件的距离 钨极伸出长度：对接焊缝时一般为56，角焊缝时一般为78。喷嘴至工件的距离一般取10左右为宜。3）焊接电流与焊接电压 与板厚、接头形式、焊接位置及焊工技术水平有关。手工TIG焊时，采用交流电源，焊接厚度小于6铝合金时，最大焊接电流可根据电极直径d按公式I=（6065）d确定。电弧电压主要由弧长决定，通常使弧长近似等于钨极直径比较合理。4）焊接速度 铝合金TIG焊时，为了减小变形，应采用较快的焊接速度。手工TIG焊一般是焊工根据熔池大小、熔池形状和两侧熔合情况随时调整焊接速度，