铝及其合金的焊接课件

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非热处理强化铝合金可通过加工硬化、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，焊接性良好，是焊接结构中应用最广的铝合金。n

热处理强化铝合金是通过固溶、淬火、时效等工艺提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但焊接性较差，熔焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头的力学性能下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、锻铝等。铝合金分类示意图材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijingØ铝合金的分类分合金名称防合金系性能特点牌号示例Al-Mn抗性、力加工性与接性良好，但度低3A21非理合金化合金Al-Mg5A05硬Al-Cu-MgAl-Cu-Mg-ZnAl-Mg-Si-CuAl-Cu-Mg-Fe-Ni力学性能高度最高2A117A046A022A70超硬理化合金合金造性能好，耐性能好造性能好，不能化，力学性能低硅合金Al-SiZL102Al-Si-MgAl-Si-Cu造性能良好，可化，力学性能低ZL101ZL107特殊硅合金合金耐性能好，造性能与抗性差造合金造合金Al-CuAl-MgZL201ZL301力学性能好，抗性好材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijingØ铝合金的牌号新标准：按铝合金加入合金元素种类分类：旧标准：材料先进连接技术研究室Lab.of

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MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing5.2铝及铝合金的焊接性n

熔合不良：铝及其合金的化学活性很强，表面极易形成难熔氧化膜（Al

O

熔点约为2050℃,

MgO熔点约为2500℃），加之铝及其合金2

3导热性强，焊接时易造成不熔合现象。n

夹杂物：由于氧化膜密度（Al

O

密度约为4g/cm3,

MgO密度约为）与铝（2.7g/cm

3）的密度接近，也易成为焊缝金属的夹3.58g/cm2

33杂物。n

气孔：氧化膜（特别是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可吸收较多水分而成为焊缝气孔的重要原因之一。n

翘曲变形：铝及其合金的线膨胀系数大，焊接时容易产生翘曲变形。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing铝合金的相对焊接性焊接方法焊接性及适用范围说明工业纯

铝锰合金铝铝镁合金铝铜合金适用厚度/mm10701100300330045083

50525056

545420142024推荐1-10≥8可用TIG焊（手工、自动）好好好好好好好好好好好好很差0.9-25

填丝或不填丝，厚板需预热，交流电源MIG焊（手工、自动）差≥4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）差≥21.6-8适用于薄板焊接气焊好好很差很差好差差好很差很差尚好0.5-103-80.3-25-适用于薄板焊接直流反接，需预热、操作性差需要电流大焊条电弧焊尚好尚好尚好尚好电阻焊（点焊、缝焊）0.7-30.1-4等离子弧焊电子束焊好好好好好好好好差1-10-焊缝晶粒小，抗气孔性能好焊接质量好，适用于厚件尚好3~75≥3材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing1、焊缝中的气孔铝及其合金熔焊时最常见的缺陷是焊缝气孔，特别是对于纯铝和防锈铝的焊接。1）铝及其合金熔焊时形成气孔原因氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因，氢的来源是弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分对焊缝气孔的产生有重要的影响。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijingØ弧柱气氛中水分的影响平衡条件下氢的溶解度沿图中的实线变化，凝固点时可从0.69ml/100g突降到0.036ml/100g，相差约20倍(在钢中只相差不到2倍)，这是氢易使铝焊缝产生气孔的重要原因之一。铝的导热性很强，在同样的工艺条件下，铝熔合区的冷却速度为高强钢焊接时的4-7倍，不利于气泡浮出，更易于促使形成气孔。同样焊接条件下，纯铝焊缝产生气孔的倾向要大些。在同样的气氛条件下，MIG焊时，焊缝气孔倾向比TIG焊时大。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijingØ氧化膜中水分的影响在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分已严格限制，这时，焊丝或工件氧化膜中所吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing2）防止焊缝气孔的途径思路：第一、限制氢熔入熔融金属，或者是减少氢的来源，或者减少氢同熔融金属大额作用时间；第二、尽量促使氢自熔池逸出，即在熔池凝固之前使氢以气泡形式及时排出。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijingØ减少氢的来源n

使用的焊接材料(包括保护气休、焊丝、焊条等)要严格限制含水量，使用前需干燥处理；n

焊前处理；n

正反面全面保护，配以坡口刮削是有效防止气孔的措施。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijingØ控制焊接参数材料先进连接技术研究室Lab.of

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MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing2、接裂铝及其合金焊接时，常见的热裂纹主要是焊缝凝固裂纹和近缝区液化裂纹

。1）铝合金焊接热裂纹的特点易熔共晶的存在，是铝合金焊缝产生凝固裂纹的重要原因之一。铝合金的线膨胀系数比钢约大1倍，在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力，也是促使铝合金具有较大裂纹倾向的原因之一。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing2）防止焊接热裂纹的途径合理确定焊缝的合金成分，并配合适当的焊接工艺进行控制。Ø合金成分的影响W

=5%的Al-Si合金焊丝Si4A01具有“愈合”作用。材料先进连接技术研究室Lab.of

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MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijingØ焊丝成分的影响4043、5356、X5180、4145材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijingØ焊接参数的影响热能集中的焊接方法，可防止形成方向性强的粗大柱状晶，因而可以改善抗裂性。小焊接电流，可减少熔池过热，也有利于改善抗裂性。提高焊接速度，促使增大焊接接头的应变速度，增大热裂的倾向。因此，增大焊接速度和焊接电流，都促使增大裂纹倾向。大部分铝合金的裂纹倾向都比较大，所以，即使是采用合理的焊丝，在熔合比大时，裂纹倾向也必然增大。因此，增大焊接电流是不利的，而且应避免断续焊接。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing3、焊接接头的等强性非时效强化铝合金(如A1-Mg合金)，在退火状态下焊接时，接头与母材是等强的；在冷作硬化状态下焊接时，接头强度低于母材。表明在冷作状态下焊接时接头有软化现象。时效强化铝合金，无论是退火状态下还是时效状态下焊接，焊后不经热处理，接头强度均低于母材。特别是在时效状态下焊接的硬铝，即使焊后经人工时效处理，接头强度系数(即接头强度与母材强度之比的百分数)也未超过60%。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing1）非时效强化铝合金HAZ的软化主要发生在焊前经冷作硬化的合金上。经冷作硬化的铝合金，热影响区峰值温度超过再结晶温度(200-300℃)的区域时就产生明显的软化现象。接头的软化主要取决于加热的峰值温度，而冷却速度的影响不很明显。由于软化后的硬度实际已低到退火状态的硬度水平，因此，焊前冷作硬化程度越高，焊后软化的程度越大。板件越薄，这种影响越显著。材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing2）时效强化铝合金HAZ的软化材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing材料先进连接技术研究室Lab.of

MaterialsWeldingandJoiningUniversityofScience&TechnologyBeijing4、焊接接头的耐蚀性铝合金焊接接头的耐蚀性一般低于母材，热处理强化铝合金(如硬铝)接头的耐蚀性降低尤其明显。接头组织越不均匀，越易降低耐蚀性。焊缝金属的纯度和致密性也是影响接头耐蚀性的因素。