铝及铝合金的焊接ppt课件

1、铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 船用铝及其合金的焊接上海交通大学焊接工程技术研讨所上海交通大学焊接工程技术研讨所 楼松年 教授铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 1. 铝合金的分类铝合金的分类2. 铝合金的物理、化学性能铝合金的物理、化学性能3. 铝合金焊接时的气孔铝合金焊接时的气孔

2、4. 铝合金焊接时的裂纹铝合金焊接时的裂纹5. 铝合金焊接时的等强性铝合金焊接时的等强性铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 1. 1. 铝合金的分类铝合金的分类铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 可热处置合金可热处置合金 该类合金是经过加工强化和固溶强化来获得所需求的强度，通常的固溶强化

3、元素有Mg和Mn，主要在1xxx、3xxx、5xxx系列的合金中。不可热处置合金不可热处置合金 资料的强度和硬度依托合金成分和热处置固溶处置和淬火+自然或人工时效处置生成的细小弥散相强化获得。主要的合金元素主要存在于2xxx、6xxx、7xxx和8xxx系列合金中。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 铸铝和锻铝铸铝和锻铝 铸铝合金中的合金元素含量高于锻铝，这样改善了铸铝件的质量，但是对其加工性能那么不利。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研

4、讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 常用的铝合金焊丝常用的铝合金焊丝 4043Al-Si：用于Al-Si 和Al-Mg-Si系6061、6082等以及铸铝和锻铝合金之间的MIG和TIG焊。 5356 Al-Mg-Si ：用于Al-Mg系Mg5%合金的MIG和TIG焊。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 2. Al合金的物理

5、化学性能合金的物理化学性能铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 线膨胀系数大，比热大，是钢的线膨胀系数大，比热大，是钢的1倍；倍；比热大，是钢的比热大，是钢的2倍；倍；密度小；密度小；晶型是面心立方，没有同素异构转变，塑性好，晶型是面心立方，没有同素异构转变，塑性好，无低温脆性转变，但强度比较低。无低温脆性转变，但强度比较低。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Instit

6、ute of Shanghai Jiao Tong University 3. 铝合金焊接过程中构成的气孔铝合金焊接过程中构成的气孔 铝是活性元素，本身能脱氧，不象钢铝是活性元素，本身能脱氧，不象钢焊接过程中会构成焊接过程中会构成CO或或CO2气孔，所以气孔，所以主要是氢气孔。主要是氢气孔。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 1氢的主要来源氢的主要来源 1维护气体中的水分；维护气体中的水分； 2焊材和母材外表吸附的水分；焊材和母材外表吸附的

7、水分； 3工件坡口处的氧化膜、油污等。工件坡口处的氧化膜、油污等。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 2产生气孔的缘由产生气孔的缘由 主要是由铝本身的物理性能构成的。主要是由铝本身的物理性能构成的。 1产生气孔的临界氢分压最低 氢在铝中的固溶度S与氢分压PH2有关：S = K PH2 产生气孔时几种金属临界氢分压的比较：产生气孔时几种金属临界氢分压的比较： Al Cu Ni Fe铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研

8、讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 即在焊接铝、铜、镍和铁时，铝产生气孔时所需的临界氢分压最低，所以容易产生气孔，纯铝的最低，所以纯铝对气氛中的水分最为敏感。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 2与氢在铝中的溶解度变化有关氢在铝中的溶解度氢在铝中的溶解度氢在铝合金的凝固点时氢在铝合金的凝固点时从从0.69突降到突降到0.036ml/100g，相差约

9、，相差约20倍，这是产生气孔的重倍，这是产生气孔的重要缘由。要缘由。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 3铝的导热系数很大，在一样的工艺条件下，铝熔合区的冷却速度是高强钢的47倍，不利于气泡的逸出。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 冷却速度很大时，在凝固点以上溶解度差构成的气孔虽然不多

10、，但来不及逸出，构成粗大孤立的皮下气孔。 铝合金焊接中的“皮下气孔LF6，TIG铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 冷却速度较小，在凝固点溶解度发生突变，沿结晶的层状线构成均布方式的“结晶层气孔。铝合金焊缝中均布方式的铝合金焊缝中均布方式的“结晶层气孔结晶层气孔Al-Zn-Mg,TIG铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao

11、 Tong University 3焊缝气孔的影响要素 1焊接方法的影响 MIG焊时，焊丝以细小熔滴方式向熔池过渡， 弧柱温度高，熔滴比外表积大，熔滴易于吸氢； TIG焊时，主要是熔池金属外表与氢反响，比外表积小，熔池温度小于弧柱，吸氢条件不如MIG有利； 另外，MIG焊熔池深度大于TIG焊，不利于氢气泡的逸出。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 2极性的影响 TIG焊时，直流反接，具有阴极雾化作用，可以防止氢的产生，但钨极易烧损，构成缺陷

12、；正接时无阴极雾化作用，熔深大，对气泡逸出不利，所以采用交流。 MIG焊时，采用直流反接，无阴极雾化作用，也没有钨极烧损。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 3焊接工艺参数 焊接规范主要影响熔池在高温的停留时间，从而对氢的溶入时间和析出时间产生影响。 TIG焊时，采用小线能量，采用较大的规范，高的焊速，减少熔池存在时间，减小氢的溶入； MIG焊时，焊丝氧化膜的影响更为显著，不能经过减少熔池时间来防止氢向熔池的溶入，所以经过降低焊速和提高焊接

13、线能量来增大溶池存在时间，有利于减少焊缝中的气孔。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 4维护气体中的水分和氧化性影响维护气体中的水分和氧化性影响 采用高纯Ar或采用Ar+He改动即提高热容量，改动溶池外形，使尖“V型变为圆底型，延伸溶池停留时间，有利于气孔逸出； 或者采用Ar+0.51%O2，Ar+25%CO2，加强维护气氛的氧化性，减少氢。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineeri

14、ng Institute of Shanghai Jiao Tong University 5外表形状的影响 不同的焊材、母材，其氧化膜性质不同，对气孔的影响有差别。 MgO疏松，易吸水，产生气孔倾向大； MnO致密，不易吸水，气孔倾向小。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 母材氧化膜引起的气孔母材氧化膜引起的气孔LF6，TIG铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Inst

15、itute of Shanghai Jiao Tong University 6环境要素的影响环境要素主要是指温度和湿度。 0C以下，湿度不影响气孔的产生； 0C以上，温度越高，湿度越大，越易对气孔敏感。 另外，外表油污也可以导致气孔。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 3. 铝合金焊接过程中构成的裂纹铝合金焊接过程中构成的裂纹 铝合金是典型的二元或多元共晶合金，在焊接加热和冷却过程很迅速，合金来不及建立平衡形状，固相和液相之间的分散来不及

16、进展，先结晶的为高熔点组元，后结晶的为低熔点组元被排斥到焊缝中心，在焊接应力作用下发生开裂，构成焊缝中心结晶裂纹。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 铝合金接头中的结晶裂纹铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 铝合金接头热影响区中的液化裂纹铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大

17、学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 液化裂纹的阐明 在母材的热影响区中，成分为XC的铝合金在平衡形状下，t1温度下组织为+，t2时中的组元开场向固溶体溶解，t3时全部转化为固溶体。 铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 液化裂纹的阐明 在焊接快速加热条件下，在t2 来不及溶解，达不到平衡，到t3时仍能够为+两相形状，t4时已超越共晶温度，

18、中的组元还未完全溶入固溶体，那么在和两相界面呈现共晶液相，这种部分液化在焊接应力下沿晶界液膜构成“液化裂纹。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 2热裂纹的构成缘由热裂纹的构成缘由 1拘谨度的影响； 2液固相间隔 宽，生成柱状晶，柱状晶之间产生成分偏析，导致容易产生裂纹； 3资料要素的影响： a铝合金为共晶合金，裂纹倾向与合金结晶温度区间大小有关系； 铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engin

19、eering Institute of Shanghai Jiao Tong University 几种铝合金热裂倾向最大时的合金组元浓度几种铝合金热裂倾向最大时的合金组元浓度x m： Al-Mg：x m=2% Mg； Al-Zn： x m=1012%Zn； Al-Si： x m=0.72%Si； Al-Cu： x m=2%Cu。 假设存在其他元素或杂质时，能够呈现三元共晶，其熔点比二元更低，结晶温度区间更大，更容易产生热裂纹。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong

20、 University b 线膨胀系数大，是钢的1倍，在拘谨条件下焊接，容易产生较大的焊接应力，增大裂纹倾向； c 铝合金焊接过程中无相变，柱状晶粗大，容易偏析。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 3热裂纹的影响要素热裂纹的影响要素 1焊缝合金系统的影响 控制适量的易熔共晶，减少结晶温度区间。 少量的易熔共晶增大热裂倾向，增大主要合金元素x m，对热裂纹产生愈协作用。 焊接Al-Mg合金时采用Mg含量超越3.55%的焊丝； LF21 Al-

21、Mn采用Mg含量超越8%的焊丝； 对热裂倾向大的LY合金采用含5%Si的Al-Si焊丝处置抗裂问题。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 2蜕变剂的影响蜕变剂的影响 Ti、Zr、V、B微量元素作为蜕变剂，在焊接过程微量元素作为蜕变剂，在焊接过程中生成细小难熔质点，作为结晶时的非自发形核中心，中生成细小难熔质点，作为结晶时的非自发形核中心，细化晶粒，改善塑性，还能显著改善抗裂性能。细化晶粒，改善塑性，还能显著改善抗裂性能。铝合金的焊接 上海交通

22、大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 3焊接规范的影响 采用热能集中的焊接方法，有利于快速进展焊接，防止构成方向性强的粗大柱状晶，改善抗裂性。 采用小电流施焊，减小熔池过热； 增大焊速和提高电流都不利于抗裂。 由于提高焊速，促使焊接接头的应变速率，增大热裂倾向。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 5. 铝合金焊

23、接中接头的等强性问题铝合金焊接中接头的等强性问题 1不可热处置合金LF Al-Mg 不可热处置铝合金的主要问题是晶粒粗化焊接热影响区温度超越再结晶温度，普通为200300C，引起晶粒长大而降低塑性，表现为接头强度低于母材。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 冷作硬化铝Al-4Mg-1Mn接头软化与焊接峰值温度的关系铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute o

24、f Shanghai Jiao Tong University 不可热处置铝合金焊接前后强度变化不可热处置铝合金焊接前后强度变化铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 影响要素影响要素 1热影响区温度峰值越高，软化越明显； 2焊前冷作强化程度越高，焊后失强越明显，而且这种软化无法消除； 3冷却速度对软化影响不大。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of S

25、hanghai Jiao Tong University 2热处置强化合金LD、LY、LC 热处置铝合金的软化问题主要是“过时效软化。 严重程度取决于第二相的性质，也和热循环特性有一定关系。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 时效强化：时效强化： 固溶度变化大的合金，加热至高温固溶度变化大的合金，加热至高温后急冷，都可构成过饱和固溶体后急冷，都可构成过饱和固溶体SS，即固，即固溶处置。然后常温或稍高温度加热，即可溶处置。然后常温或稍高温度加

26、热，即可产生所谓的产生所谓的“时效过程而强化。时效过程而强化。铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研讨所上海交通大学焊接工程研讨所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 时效过程：时效过程：时效初期，时效初期，SS中发生溶质原子偏聚构成部分富集中发生溶质原子偏聚构成部分富集GP区，区，随温度或时间延伸，开展为一种共格过渡相随温度或时间延伸，开展为一种共格过渡相，其成，其成分与平衡非共格相分与平衡非共格相一样，但点阵不同而且未脱溶，随一样，但点阵不同而且未脱溶，随温度或时间延伸，温度或时间延伸， ，转化为，转化为而脱溶析出。而脱溶析出。 “过时效过时效 ：普通在普通在GP区合金发生强化，区合金发生强化， 微细共格相微细共格相，开场呈现，开场呈现时强度进一步提高，一旦发生时强度进一步提高，一旦发生，向，向转化，强化作用转化，强化