有色金属焊接PPT学习教案

1、会计学1有色金属焊接有色金属焊接铝合金的焊接 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。第1页/共92页第2页/共92页第3页/共92页 Cu Cu、MgMg和和MnMn能提高强度，能提高强度，TiTi能细化晶粒，能细化晶粒，MgMg能防止海水的腐能防止海水的腐蚀，蚀，NiNi能提高耐能提高耐热性。热性。 第4页/共92页铝合金铝合金的分类的分类形变铝合金形变铝合金铸造铝合金

2、铸造铝合金不能热处理强化铝合金不能热处理强化铝合金:主要在主要在1、3、5系列系列 能热处理强化铝合金能热处理强化铝合金: 2、6、7和和8系列系列（合金元素及（合金元素及加工工艺性）加工工艺性）第5页/共92页A、防锈铝合金、防锈铝合金 ( LF ) : Al Al Mn Mn 通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性 ( ( 比纯铝好比纯铝好 ) )。例如。例如:LF21:LF21。 Al Al Mg Mg 通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性 ( ( 比纯铝轻比纯铝轻 ) )。 例如例如:LF2:LF2、LF6LF6等。

3、等。 按化学成分和性能特点，分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝按化学成分和性能特点，分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝。不能热处理强化。不能热处理强化。第6页/共92页飞机翼梁飞机翼梁( (腹板为硬铝合金腹板为硬铝合金) )B B、硬铝合金、硬铝合金 ( LY ) ( LY ) Al Al Cu Cu Mg Mg 通过通过时效强化提铝合金强度时效强化提铝合金强度, ,但耐蚀性不高。但耐蚀性不高。LY1LY1、LY11LY11、LY12LY12。C C、超硬铝合金、超硬铝合金 ( LC ) ( LC ) Al Al Zn Zn Mg Mg Cu Cu 通过通过时效强化和形成的强化相时效强化和形成的强化相

4、, ,使铝合金达到最高的硬度和使铝合金达到最高的硬度和强度。但耐蚀性较差。强度。但耐蚀性较差。LC4LC4、LC9LC9。 飞机主起落架飞机主起落架第7页/共92页D D、锻铝合金、锻铝合金 ( LD ) :( LD ) : Al Al Mg Mg Si Si Cu Cu 具有良好的热塑性具有良好的热塑性, ,通过固溶处理和人工时效通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。来提高铝合金的力学性能。LD5LD5、LD6LD6、LD10LD10。压气机叶片压气机叶片制造形状复杂的大型锻件，如内燃机的活塞、汽缸等。制造形状复杂的大型锻件，如内燃机的活塞、汽缸等。第8页/共92页分类分类合金名称合

5、金名称合金系合金系性能特点性能特点牌号示例牌号示例变变形形铝铝合合金金非热处理强非热处理强化铝化铝合金合金防锈铝防锈铝Al-MnAl-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接性抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低能好，但强度较低3A213A21Al-MgAl-Mg5A055A05热处理强化热处理强化铝合铝合金金硬铝硬铝Al-Cu-MgAl-Cu-Mg力学性能高力学性能高2A112A11超硬铝超硬铝Al-Cu-Mg-ZnAl-Cu-Mg-Zn强度最好强度最好7A047A04锻铝锻铝Al- Mg-Si- CuAl- Mg-Si- Cu锻造性能好，耐热性能好锻造性能好，耐热性能好6A026A02Al-Cu

6、-Mg-Fe-NiAl-Cu-Mg-Fe-Ni2A702A70铸造铝合金铸造铝合金铝硅合金铝硅合金Al-SiAl-Si铸造性能好，不能热处理强化，铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低力学性能较低ZL102ZL102特殊铝合金特殊铝合金Al-Si-MgAl-Si-Mg铸造性能良好，可热处理强化，铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高力学性能较高ZL101ZL101Al-Si-CuAl-Si-CuZL107ZL107铝铜铸造合铝铜铸造合金金Al-CuAl-Cu耐热性好，铸造性能与抗蚀性耐热性好，铸造性能与抗蚀性差差ZL201ZL201铝镁铸造合铝镁铸造合金金Al-MgAl-Mg力学性能高，抗

7、蚀性好力学性能高，抗蚀性好ZL301ZL301第9页/共92页第10页/共92页第11页/共92页第12页/共92页二、铝和铝合金的焊接性二、铝和铝合金的焊接性1 1、容易氧化、容易氧化 铝的化学性质活泼，与氧的亲和力很强，在空气中极易与氧结合生铝的化学性质活泼，与氧的亲和力很强，在空气中极易与氧结合生成致密的氧化铝（成致密的氧化铝（AlAl2 2O O3 3）膜，氧化膜对焊接过程造成以下影响：）膜，氧化膜对焊接过程造成以下影响： 熔点高达熔点高达20502050（而铝只有（而铝只有600600），易形成未熔合；），易形成未熔合； 密度大（密度大（AlAl2 2O O3 3为为3.965g/c

8、m3.965g/cm3 3），约为铝的），约为铝的1.41.4倍，易形成夹渣；倍，易形成夹渣； 氧化铝膜存在于熔池表面时，影响电弧的稳定燃烧，阻碍焊接过程氧化铝膜存在于熔池表面时，影响电弧的稳定燃烧，阻碍焊接过程的正常进行；的正常进行； 氧化膜对水分有很高的吸附能力，在焊接时会促使焊缝中生成气孔氧化膜对水分有很高的吸附能力，在焊接时会促使焊缝中生成气孔。 预防：预防：严格清理焊件表面的氧化物；严格清理焊件表面的氧化物；对熔池及高温区金属应进行有效保护，防止在焊接过程中的再氧化。对熔池及高温区金属应进行有效保护，防止在焊接过程中的再氧化。第13页/共92页2 2、焊接时耗能大、焊接时耗能大 铝合

9、金的熔点虽低，但其比热容高（约是钢的铝合金的熔点虽低，但其比热容高（约是钢的2 2倍），热导率大（约是倍），热导率大（约是钢的钢的3 3倍），线膨胀系数大（约是铁的倍），线膨胀系数大（约是铁的2 2倍）。因此，焊接铝及铝合金比倍）。因此，焊接铝及铝合金比焊接钢要消耗更多的热量，为防止变形，必须采用能量集中、功率密度焊接钢要消耗更多的热量，为防止变形，必须采用能量集中、功率密度大的热源，有时还需采用预热等工艺措施。大的热源，有时还需采用预热等工艺措施。3 3、气孔倾向性大、气孔倾向性大 氢是铝在熔焊时产生气孔的主要原因。氢是铝在熔焊时产生气孔的主要原因。 氢气孔易产生的原因：氢气孔易产生的原因：

10、（1 1）氢在液态和固态铝中的溶解度相差很大（近）氢在液态和固态铝中的溶解度相差很大（近2020倍），高温下溶入的倍），高温下溶入的大量气体，在焊后冷却凝固过程中由于溶解度的变化要析出大量气体。大量气体，在焊后冷却凝固过程中由于溶解度的变化要析出大量气体。（2 2）铝和铝合金的导热能力强，焊后冷却速度快，不利于气体的析出；）铝和铝合金的导热能力强，焊后冷却速度快，不利于气体的析出；（3 3）铝和铝合金的密度小，气泡上浮速度慢。）铝和铝合金的密度小，气泡上浮速度慢。 第14页/共92页氢的来源：氢的来源：（1 1）弧柱气氛中的水分、焊材及母材所吸附的水分；）弧柱气氛中的水分、焊材及母材所吸附的水

11、分；氢在铝中的溶解度（氢在铝中的溶解度（pH2=101kPa)第15页/共92页 铝合金焊接中的铝合金焊接中的“皮下气孔皮下气孔”（LF6LF6，TIGTIG） 冷却速度很大时，在凝固点以上溶解度差形成的气孔虽然不多，但来不及逸出，形成粗大孤立的皮下气孔。冷却速度很大时，在凝固点以上溶解度差形成的气孔虽然不多，但来不及逸出，形成粗大孤立的皮下气孔。 第16页/共92页 冷却速度较小，在凝固点溶解度发生突变，沿结晶的层状线形成均布形式的冷却速度较小，在凝固点溶解度发生突变，沿结晶的层状线形成均布形式的“结晶层气孔结晶层气孔”。铝合金焊缝中均布形式的铝合金焊缝中均布形式的“结晶层气孔结晶层气孔”（

12、Al-Zn-Mg,TIGAl-Zn-Mg,TIG）第17页/共92页第18页/共92页纯铝焊丝表面清理方法对焊缝含氢量的影响 处理方法未处理不完全的机械刮削15%NaOH（2min）+15%HNO3（8min）+水洗干燥沸腾蒸馏水中加热1h，室内存放1d气体总量 /mL100g-12.81.61.08.7氢量 /mL100g-12.11.30.76.9氢体积比率 (%)74.981.370.079.3第19页/共92页第20页/共92页铝合金的焊接 焊缝气孔的影响因素焊缝气孔的影响因素 1）焊接方法的影响）焊接方法的影响 MIG焊时，焊丝以细小熔滴形式向熔池过渡，焊时，焊丝以细小熔滴形式向熔池

13、过渡， 弧柱温度高，熔滴比表面积大，熔滴易于吸氢；弧柱温度高，熔滴比表面积大，熔滴易于吸氢； TIG焊时，主要是熔池金属表面与氢反应，比表面积小，熔池温度小于弧柱，吸氢条件不如焊时，主要是熔池金属表面与氢反应，比表面积小，熔池温度小于弧柱，吸氢条件不如MIG有利；有利； 另外，另外，MIG焊熔池深度大于焊熔池深度大于TIG焊，不利于氢气泡的逸出。焊，不利于氢气泡的逸出。第21页/共92页铝合金的焊接 2）极性的影响）极性的影响 TIG焊时，直流反接，具有阴极雾化作用，可以避免氢的产生，但钨极易烧损，形成缺陷；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。焊时，直流反接，具有阴极雾

14、化作用，可以避免氢的产生，但钨极易烧损，形成缺陷；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。焊时，采用直流反接，无阴极雾化作用，也没有钨极烧损。第22页/共92页铝合金的焊接 3）焊接工艺参数）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。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；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

15、； MIG焊时，焊丝氧化膜的影响更为显著，不能通过减少熔池时间来防止氢向熔池的溶入，所以通过降低焊速和提高焊接线能量来增大溶池存在时间，有利于减少焊缝中的气孔。焊时，焊丝氧化膜的影响更为显著，不能通过减少熔池时间来防止氢向熔池的溶入，所以通过降低焊速和提高焊接线能量来增大溶池存在时间，有利于减少焊缝中的气孔。第23页/共92页铝合金的焊接 4）保护气体中的水分和氧化性影响）保护气体中的水分和氧化性影响 采用高纯采用高纯Ar或采用或采用Ar+He改变（即提高）热容量，改变溶池形状，使尖改变（即提高）热容量，改变溶池形状，使尖“V”型变为圆底型，延长溶池停留时间，有利于气孔逸出；型变为圆底型，延长

16、溶池停留时间，有利于气孔逸出； 或者采用或者采用Ar+0.51%O2，Ar+25%CO2，增强保护气氛的氧化性，减少氢。增强保护气氛的氧化性，减少氢。第24页/共92页铝合金的焊接 5）表面状态的影响）表面状态的影响 不同的焊材、母材，其氧化膜性质不同，对气孔的影响有差别。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；疏松，易吸水，产生气孔倾向大； MnO致密，不易吸水，气孔倾向小。致密，不易吸水，气孔倾向小。第25页/共92页铝合金的焊接 母材氧化膜引起的气孔（母材氧化膜引起的气孔（LF6LF6，TIG)TIG)第26页/共92页铝合金的焊接

17、6）环境因素的影响）环境因素的影响环境因素主要是指温度和湿度。环境因素主要是指温度和湿度。 0 C以下，湿度不影响气孔的产生；以下，湿度不影响气孔的产生； 0 C以上，温度越高，湿度越大，越易对气孔敏感。以上，温度越高，湿度越大，越易对气孔敏感。 另外，表面油污也可以导致气孔。另外，表面油污也可以导致气孔。第27页/共92页防止产生气孔的途径：防止产生气孔的途径：（1 1）减少氢的来源：烘干焊接材料；焊前清理氧化膜等；）减少氢的来源：烘干焊接材料；焊前清理氧化膜等；（2 2）控制焊接参数：即）控制焊接参数：即通过焊接参数的调整影响熔池高温存在时间，从而通过焊接参数的调整影响熔池高温存在时间，从

18、而影响氢溶入时间和析出时间来控制气孔产生影响氢溶入时间和析出时间来控制气孔产生。TIGTIG焊：小热输入焊：小热输入-减少熔池存在时间减少熔池存在时间-减少氢的溶入减少氢的溶入 同时为保证根部熔透，需用大电流，所以应：同时为保证根部熔透，需用大电流，所以应：I I大，大，V V大；大；MIGMIG焊：水分主要来自氧化膜焊：水分主要来自氧化膜-增大熔池存在时间增大熔池存在时间-气泡析出，所以应：气泡析出，所以应： I I大，大，V V小，必要时预热。小，必要时预热。（3 3）改变弧柱气氛性质。如氩弧焊中，）改变弧柱气氛性质。如氩弧焊中，ArAr中加入少量中加入少量COCO2 2或或O O2 2，

19、是氢发生氧，是氢发生氧化从而减小氢的分压。化从而减小氢的分压。第28页/共92页 铲根对焊缝气孔的影响（Al-4Mg-1Mn，MIG）1未铲根 2铲根第29页/共92页TIG 焊焊接参数对焊缝中扩散氢焊焊接参数对焊缝中扩散氢H的影响的影响母材为母材为5A06（LF6）第30页/共92页 MIG焊焊接参数对焊缝气孔的影响焊焊接参数对焊缝气孔的影响第31页/共92页4 4、焊接热裂纹倾向大、焊接热裂纹倾向大 纯铝和非热处理强化铝合金（如纯铝和非热处理强化铝合金（如Al-MnAl-Mn、Al-MgAl-Mg合金等），一般是不容合金等），一般是不容易产生裂纹的。而硬铝及大部分热处理强化铝合金，产生裂纹

20、的倾向较大易产生裂纹的。而硬铝及大部分热处理强化铝合金，产生裂纹的倾向较大。 对含有铜的硬铝（对含有铜的硬铝（Al-Cu-MgAl-Cu-Mg）和超硬铝（）和超硬铝（Al-Zn-Cu-MgAl-Zn-Cu-Mg）合金，目前很）合金，目前很难用熔焊方法获得没有裂纹的焊接接头，所以一般不能选用熔焊方法制造难用熔焊方法获得没有裂纹的焊接接头，所以一般不能选用熔焊方法制造硬铝和超硬铝焊接结构。硬铝和超硬铝焊接结构。 铝及铝合金常见的热裂纹主要是焊缝凝固裂纹和近缝区液化裂纹。铝及铝合金常见的热裂纹主要是焊缝凝固裂纹和近缝区液化裂纹。第32页/共92页铝合金的焊接 铝合金接头中的结晶裂纹铝合金接头中的结晶

21、裂纹第33页/共92页铝合金的焊接 铝合金接头热影响区中的液化裂纹铝合金接头热影响区中的液化裂纹第34页/共92页铝合金的焊接 液化裂纹产生原因液化裂纹产生原因 在母材的热影响区中，成分为在母材的热影响区中，成分为XC的铝合金在平衡状态下，的铝合金在平衡状态下，t1温度下组织为温度下组织为 + ，t2时时 中的组元开始向中的组元开始向 固溶体溶解，固溶体溶解，t3时全部转化为时全部转化为 固溶体。固溶体。 第35页/共92页铝合金的焊接 在焊接快速加热条件下，在在焊接快速加热条件下，在t2 来不及溶解，达不到平衡，到来不及溶解，达不到平衡，到t3时仍可能为时仍可能为 + 两相状态，两相状态，t

22、4时已超过共晶温度，时已超过共晶温度， 中的组元还未完全溶入中的组元还未完全溶入 固溶体，则在固溶体，则在 和和 两相界面出现共晶液相，这种局部液化在焊接应力下沿晶界液膜形成两相界面出现共晶液相，这种局部液化在焊接应力下沿晶界液膜形成“液化裂纹液化裂纹”。第36页/共92页铝合金的焊接 （2）热裂纹的形成原因）热裂纹的形成原因 1）拘束度的影响；）拘束度的影响； 2）液固相距离宽，生成柱状晶，柱状晶之间产生成分偏析，导致容易产生裂纹；）液固相距离宽，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）材料因素的影响：）材料因素的影响： a）铝合金为共晶合金，裂纹倾向与合金结晶温度区间大

23、小有关系；）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； 第37页/共92页铝合金的焊接 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。 如果存在其他元素或杂质时，可能出现三元共晶，其熔点比二元更低，结晶温度区间更大，更容易产生热裂纹。如果存在其他元素或杂质时，可能出现三元共晶，其熔点比二元更低，结晶温度区间更大，更容易产生热裂纹。第38页/共92页铝合金的焊接 b) 线膨胀系数大，是钢的线膨胀

24、系数大，是钢的1倍，在拘束条件下倍，在拘束条件下焊接，容易产生较大的焊接应力，增大裂纹倾焊接，容易产生较大的焊接应力，增大裂纹倾向；向； c) 铝合金焊接过程中无相变，柱状晶粗铝合金焊接过程中无相变，柱状晶粗大，容易偏析。大，容易偏析。第39页/共92页铝合金的焊接 （3）热裂纹的影响因素）热裂纹的影响因素 1）焊缝合金系统的影响）焊缝合金系统的影响 控制适量的易熔共晶，缩小结晶温度区间。控制适量的易熔共晶，缩小结晶温度区间。 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，对热裂纹产生愈合作用。，对热裂纹产生愈合作用。 焊接焊接Al-Mg合金时

25、采用合金时采用Mg含量超过含量超过3.55%的焊丝；的焊丝； LF21 （Al-Mn）采用）采用Mg含量超过含量超过8%的焊丝；的焊丝； 对热裂倾向大的对热裂倾向大的LY合金采用含合金采用含5%Si的的Al-Si焊丝解决抗裂问题。焊丝解决抗裂问题。第40页/共92页Al-Mg合金焊缝凝固裂纹与含Mg量的关系（T形角接接头）1连续焊道 2断续焊道第41页/共92页 0 1 2 3 4 5 6 7 8 000020242219(a) Al-Cu焊丝40434343(b) Al-Si545450525083焊丝5356、5183(c) Al-Mg60636061(d) Al-Mg2Si焊缝合金元素

26、/%裂纹敏感性 /%铝合金的裂纹敏感性第42页/共92页不同焊丝成分对母材焊缝裂纹倾向的影响不同焊丝成分对母材焊缝裂纹倾向的影响 1- 第43页/共92页第44页/共92页 母材与焊丝组合的抗热裂性试验(刚性T形接头；TIG)（括号中数字为母材代号，无括号的数字为焊丝代号）第45页/共92页铝合金的焊接 3）变质剂的影响）变质剂的影响 Ti、Zr、V、B微量元素作为变质剂，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核心，细化晶粒，改善塑性，还能显著改善抗裂性能。微量元素作为变质剂，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核心，细化晶粒，改善塑性，还能显著改善抗裂性能。第4

27、6页/共92页铝合金的焊接 4）焊接规范的影响）焊接规范的影响 采用热能集中的焊接方法，有利于快速进行焊接，防止形成方向性强的粗大柱状晶，改善抗裂性。采用热能集中的焊接方法，有利于快速进行焊接，防止形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；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。增大焊速和提高电流都不利于抗裂。 因为提高焊速，促使焊接接头的应变速率，增大热裂倾向因为提高焊速，促使焊接接头的应变速率，增大热裂倾向。第47页/共92页5. 5. 铝合金焊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）不可热处理合金（）不可热处理合金（ A

28、l-Mg） 不可热处理铝合金的主要问题是晶粒粗不可热处理铝合金的主要问题是晶粒粗化（化（焊接热影响区温度超过再结晶温度，一般焊接热影响区温度超过再结晶温度，一般为为200300 C，引起晶粒长大引起晶粒长大）而降低塑性，）而降低塑性，表现为接头强度低于母材。表现为接头强度低于母材。第48页/共92页铝合金的焊接 冷作硬化铝冷作硬化铝Al-4Mg-1Mn接头接头软化与焊接峰值温度的关系软化与焊接峰值温度的关系第49页/共92页铝合金的焊接 不可热处理铝合金焊接前后强度变化不可热处理铝合金焊接前后强度变化第50页/共92页铝合金的焊接 影响因素影响因素 1）热影响区温度峰值越高，软化越明显；）热影

29、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）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；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。）冷却速度对软化影响不大。第51页/共92页铝合金的焊接 2）热处理强化合金）热处理强化合金 热处理铝合金的软化问题主要是热处理铝合金的软化问题主要是“过时效过时效”软软化。化。 严重程度取决于第二相的性质，也和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。热循环特性有一定关系。第52页/共92页铝合金的焊接 时效强化：时效强化： 固溶度变化大的合金，加热至高温后急冷，都固溶度变化大的合金，加热至高温

30、后急冷，都可形成过饱和固溶体可形成过饱和固溶体SS，即固溶处理。然后常，即固溶处理。然后常温或稍高温度加热，即可产生所谓的温或稍高温度加热，即可产生所谓的“时效时效”过程而强化。过程而强化。第53页/共92页铝合金的焊接 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形成局部富集中发生溶质原子偏聚形成局部富集GP区，随温度或时间延长，发展为一种共格过渡相区，随温度或时间延长，发展为一种共格过渡相 ，其成分与平衡非共格相，其成分与平衡非共格相 相同，但点阵不同而且未脱溶，随温度或时间延长，相同，但点阵不同而且未脱溶，随温度或时间延长， ，转化为转化为 而脱溶析出。而脱溶析出。 “

31、过时效过时效” ：一般在一般在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 ，开始出现时强度进一步提高，一旦发生开始出现时强度进一步提高，一旦发生 ，向向 转化，强化作用降低，转变结束时强化作用消失，成为转化，强化作用降低，转变结束时强化作用消失，成为“过时效过时效”。第54页/共92页铝合金的焊接 焊接过程中，焊接温度超过过时效温度，产生过时效和脱溶，所以导致强度损失。焊接过程中，焊接温度超过过时效温度，产生过时效和脱溶，所以导致强度损失。 无论退火态还是时效态下焊接，焊后不经热处理，接头强度均低于母材，特别是在时效态下焊接超硬铝，焊后即使进行人工时效，接头强度系数（无论退火态

32、还是时效态下焊接，焊后不经热处理，接头强度均低于母材，特别是在时效态下焊接超硬铝，焊后即使进行人工时效，接头强度系数（ 接头接头 / 母材母材）也没有超过）也没有超过60%。第55页/共92页 热处理强化铝合金焊接接头组织示意图热处理强化铝合金焊接接头组织示意图第56页/共92页铝合金的焊接 上海交通大学焊接工程研究所上海交通大学焊接工程研究所Welding Engineering Institute of Shanghai Jiao Tong University 第57页/共92页铝合金的焊接 Al-Cu-Mg硬铝的时效过程是很快的，而硬铝的时效过程是很快的，而Al-Zn-Mg合金的时效过

33、程是很慢的，说明前者比后者的第二相易于脱溶，所以在焊后强度损失大。合金的时效过程是很慢的，说明前者比后者的第二相易于脱溶，所以在焊后强度损失大。 另外另外Al-Cu-Mg在焊后在焊后560天自然时效对强度改善不明显，而天自然时效对强度改善不明显，而Al-Zn-Mg则在焊后则在焊后4天自然时效，软化开始显著消失，天自然时效，软化开始显著消失，30天后基本消失。天后基本消失。 Al-Zn-Mg合金的这种自然时效消除焊接软化问题值得注意。合金的这种自然时效消除焊接软化问题值得注意。 小件采用人工时效，大件采用自然时效。小件采用人工时效，大件采用自然时效。第58页/共92页 Al-Cu-Mg（2A12

34、）合金焊接热影响区的硬度变化（手工TIG） Al-4.5Zn-1.2Mg合金焊接热影响区的硬度变化（焊前自然时效，MIG）Tm峰值温度 1、2、3、4表示不同的焊后自然时效时间 13h 24d 330d 490d第59页/共92页6 6、焊接接头耐蚀性下降、焊接接头耐蚀性下降 纯铝和防锈铝多用于要求耐腐蚀的场合纯铝和防锈铝多用于要求耐腐蚀的场合 ，但生产实践证明：即使采，但生产实践证明：即使采用可靠的焊接方法（如氩弧焊），配以纯度较高的焊丝，严格按照操作用可靠的焊接方法（如氩弧焊），配以纯度较高的焊丝，严格按照操作规程焊接，焊接接头的耐蚀性一般仍低于母材。原因：规程焊接，焊接接头的耐蚀性一般仍

35、低于母材。原因：（1 1）接头的组织不均匀）接头的组织不均匀 由于焊接热过程的影响，使得焊缝和热影响区组织不均匀，并且还由于焊接热过程的影响，使得焊缝和热影响区组织不均匀，并且还存在着偏析，会使接头各部位产生电极电位差，在腐蚀介质中形成微电存在着偏析，会使接头各部位产生电极电位差，在腐蚀介质中形成微电池，产生电化学腐蚀，从而破坏了氧化膜的完整性和致密性，使腐蚀过池，产生电化学腐蚀，从而破坏了氧化膜的完整性和致密性，使腐蚀过程加速。程加速。 （2 2）焊接接头存在有焊接缺陷）焊接接头存在有焊接缺陷 在焊接接头中总是或多或少地存在有焊接缺陷，如咬边、气孔、夹在焊接接头中总是或多或少地存在有焊接缺陷

36、，如咬边、气孔、夹杂物、未焊透等。这些缺陷破坏了接头表面氧化膜的连续性。杂物、未焊透等。这些缺陷破坏了接头表面氧化膜的连续性。 第60页/共92页（3 3）焊缝金属铸造组织的影响）焊缝金属铸造组织的影响 焊缝组织较母材粗大疏松，表面也不如母材光滑，表面氧化膜的连焊缝组织较母材粗大疏松，表面也不如母材光滑，表面氧化膜的连续性和致密性差。另外，焊缝为铸造组织，具有明显的枝状晶特点。由续性和致密性差。另外，焊缝为铸造组织，具有明显的枝状晶特点。由于存在着枝晶偏析，具有很大的组织和成分不均匀性，以及焊缝金属枝于存在着枝晶偏析，具有很大的组织和成分不均匀性，以及焊缝金属枝状晶的结晶方向，对其耐蚀性均有一

37、定的影响。状晶的结晶方向，对其耐蚀性均有一定的影响。 （4 4）焊接应力的影响）焊接应力的影响 焊接应力的存在，容易产生应力腐蚀。焊接应力的存在，容易产生应力腐蚀。 预防措施：预防措施：A A、选用纯度高于母材的焊丝，以减少焊缝金属中的杂质含量；、选用纯度高于母材的焊丝，以减少焊缝金属中的杂质含量；B B、选择合适的焊接方法及焊接参数，以减小、选择合适的焊接方法及焊接参数，以减小HAZHAZ，防止接头过热；，防止接头过热；C C、焊后碾压或锤击焊缝表面，使焊缝铸造组织趋于致密，消除局部拉应力；、焊后碾压或锤击焊缝表面，使焊缝铸造组织趋于致密，消除局部拉应力；D D、调节工艺条件，改善焊缝柱状晶

38、成长方向。、调节工艺条件，改善焊缝柱状晶成长方向。第61页/共92页7 7、塌陷、塌陷 铝及铝合金的熔点低，高温强度低，而且熔化时没有铝及铝合金的熔点低，高温强度低，而且熔化时没有显著的颜色变化显著的颜色变化，因此焊接时常因温度过高无法察觉而导致塌陷。，因此焊接时常因温度过高无法察觉而导致塌陷。 为了防止塌陷，可在焊件坡口下面放置垫板，并控制好焊接工艺参数。为了防止塌陷，可在焊件坡口下面放置垫板，并控制好焊接工艺参数。 加热表面由光亮银白色变成暗淡的银白色，表面氧化膜起皱，加热处金属有波动加热表面由光亮银白色变成暗淡的银白色，表面氧化膜起皱，加热处金属有波动第62页/共92页三、铝和铝合金的焊

39、接工艺三、铝和铝合金的焊接工艺1 1、焊前准备：、焊前准备：包括焊前清理、设置垫板和预热；包括焊前清理、设置垫板和预热； A A、焊前清理、焊前清理 ：去除坡口表面的油污和氧化膜等污物。氧化膜的清理有去除坡口表面的油污和氧化膜等污物。氧化膜的清理有机械清理和化学清理两种方法。在清除氧化膜之前，应先用有机溶剂（机械清理和化学清理两种方法。在清除氧化膜之前，应先用有机溶剂（丙酮或酒精）将坡口及其两侧（各约丙酮或酒精）将坡口及其两侧（各约30mm 30mm 内）的油污、脏物清洗干净。内）的油污、脏物清洗干净。（1 1）机械清理：坡口两侧）机械清理：坡口两侧303040mm40mm范围内的氧化膜去除，

40、直到露出金属范围内的氧化膜去除，直到露出金属光泽为止。光泽为止。（2 2）化学清理：用酸或碱溶液来溶解金属表面的氧化膜，最常用的方法）化学清理：用酸或碱溶液来溶解金属表面的氧化膜，最常用的方法是，用（是，用（5 51010）% %体积的体积的NaOHNaOH溶液（约溶液（约7070），浸泡坡口两侧各），浸泡坡口两侧各100mm100mm范范围，围，303060s60s后先用清水冲洗，然后在约后先用清水冲洗，然后在约15%15%的的HNOHNO3 3水溶液（常温）中浸水溶液（常温）中浸泡泡2min2min，用温水冲洗后再用清水洗干净，最后进行干燥处理。，用温水冲洗后再用清水洗干净，最后进行干燥处

41、理。 氧化膜清除后，通常应在氧化膜清除后，通常应在2h2h之内焊接，否则会有新的氧化膜生成。之内焊接，否则会有新的氧化膜生成。第63页/共92页B B、设置垫板、设置垫板 垫板由铜或不锈钢板制成，用以控制焊缝根部形状和余高量。垫板由铜或不锈钢板制成，用以控制焊缝根部形状和余高量。垫板表面开有圆弧形或方形槽。垫板表面开有圆弧形或方形槽。C C、预热、预热 薄、小铝件可不预热；厚度超过薄、小铝件可不预热；厚度超过5 58mm8mm的铝件焊前应预热至的铝件焊前应预热至150150300300；多层焊时，注意控制层间温度不低于预热温度。；多层焊时，注意控制层间温度不低于预热温度。2 2、焊接方法选择、

42、焊接方法选择 需要采用热量集中的热源。否则，将会造成未焊透或者因加热不需要采用热量集中的热源。否则，将会造成未焊透或者因加热不集中而变形严重。就熔焊而言，国内最常见的方法是气焊、氩弧焊集中而变形严重。就熔焊而言，国内最常见的方法是气焊、氩弧焊，焊条电弧焊应用较少。，焊条电弧焊应用较少。 第64页/共92页（1 1）气焊：）气焊：功率低，热量分散，功率低，热量分散，HAZHAZ及工件变形大，生产率低，焊后接及工件变形大，生产率低，焊后接头晶粒粗大，容易产生夹渣、裂纹等缺陷，用于厚度头晶粒粗大，容易产生夹渣、裂纹等缺陷，用于厚度0.50.510mm10mm的不重的不重要结构，铸铝件焊补；要结构，铸

43、铝件焊补；（2 2）焊条电弧焊：）焊条电弧焊：电弧稳定性较大，飞溅大，接头质量较差，仅用于电弧稳定性较大，飞溅大，接头质量较差，仅用于板厚大于板厚大于4mm4mm且要求不高的工件焊补及修复。且要求不高的工件焊补及修复。（3 3）TIGTIG焊：焊：电弧热量集中，燃烧稳定，焊缝成形美观，接头质量较好电弧热量集中，燃烧稳定，焊缝成形美观，接头质量较好，广泛用于厚度，广泛用于厚度6mm 6mm 以下薄板件的焊接。以下薄板件的焊接。（4 4）MIGMIG焊：焊：电弧功率大，热源集中，焊件变形及电弧功率大，热源集中，焊件变形及HAZHAZ小，生产效率高小，生产效率高，用于焊接，用于焊接50mm50mm以

44、下中厚板。以下中厚板。（5 5）电子束焊：）电子束焊：功率密度大，焊缝深宽比大，功率密度大，焊缝深宽比大，HAZHAZ及焊件变形极小，生及焊件变形极小，生产效率高，接头质量好，用于厚度产效率高，接头质量好，用于厚度3 375mm75mm的板材焊接。的板材焊接。（6 6）电阻焊：）电阻焊：利用工件内部电阻产生热量，焊缝在外压下凝固结晶，利用工件内部电阻产生热量，焊缝在外压下凝固结晶，不需要焊接材料，生产率高，用于焊接不需要焊接材料，生产率高，用于焊接4mm4mm以下的铝薄板。以下的铝薄板。 第65页/共92页3 3、焊接材料选择、焊接材料选择 铝及铝合金的焊接材料包括铝及铝合金的焊接材料包括铝焊

45、丝、铝气焊熔剂和焊条铝焊丝、铝气焊熔剂和焊条等；等； 铝焊丝通常分为：铝焊丝通常分为：（1 1）专用焊丝）专用焊丝 是专用于焊接与其成分相同或相近的母材，可根据母材是专用于焊接与其成分相同或相近的母材，可根据母材成分选用。若无现成焊丝，也可从母材上切下窄条作为填充金属。成分选用。若无现成焊丝，也可从母材上切下窄条作为填充金属。（2 2）通用焊丝）通用焊丝 其中其中HS311HS311（铝硅焊丝）是一种通用焊丝，主要成分为（铝硅焊丝）是一种通用焊丝，主要成分为Al+Si5Al+Si5。用这种焊丝焊接时，焊缝金属流动性好，抗裂性能好，并能保。用这种焊丝焊接时，焊缝金属流动性好，抗裂性能好，并能保证

46、一定的接头性能。但用它焊接证一定的接头性能。但用它焊接铝镁合金铝镁合金时，焊缝中会出现脆性相，降低时，焊缝中会出现脆性相，降低接头的塑性和耐腐蚀性，因此用来焊接除铝镁合金以外的其他各种铝合金接头的塑性和耐腐蚀性，因此用来焊接除铝镁合金以外的其他各种铝合金。（3 3）特种焊丝）特种焊丝 是为焊接各种硬铝、超硬铝而专门冶炼的焊丝，这类焊是为焊接各种硬铝、超硬铝而专门冶炼的焊丝，这类焊丝的成分与母材相近，一般是在母材的基础上加入变质剂（如丝的成分与母材相近，一般是在母材的基础上加入变质剂（如TiTi、ZrZr、V V、B B等等) )），并适当调整合金元素），并适当调整合金元素( (如如CuCu、M

47、gMg、Zn)Zn)的含量，以达到细化晶粒的含量，以达到细化晶粒、缩小结晶温度区间或增加共晶数量的目的。与专用焊丝相比，焊缝金属、缩小结晶温度区间或增加共晶数量的目的。与专用焊丝相比，焊缝金属既有良好的抗裂性，又有较高强度和塑性。既有良好的抗裂性，又有较高强度和塑性。第66页/共92页铝合金的焊接 常用的铝合金焊丝常用的铝合金焊丝 4043（Al-Si）：用于）：用于Al-Si 和和Al-Mg-Si系（系（6061、6082等）以及铸铝和锻铝合金之间的等）以及铸铝和锻铝合金之间的MIG和和TIG焊。焊。 5356（ Al-Mg-Si ）：用于）：用于Al-Mg系（系（Mg5%）合金的）合金的M

48、IG和和TIG焊。焊。第67页/共92页牌 号化 学 成 分 (质量分数) (%)SiFeCuMnMgCrZnV、ZrTi其他Al每种合计10700.200.250.040.030.030.040.030.0399.701100HS301Si+Fe1.00.050.20.050.100.050.1599.001200Si+Fe1.00.050.050.100.050.050.1599.0023190.200.305.86.80.20.40.020.10V0.050.15Zr0.100.250.100.200.050.15余量4043HS3114.56.00.80.300.050.050.100

49、.200.050.15余量4047HL40011.013.00.80.300.150.100.200.050.15余量4145HL4029.310.70.83.34.70.150.150.150.200.050.15余量55540.250.400.100.501.02.43.00.050.200.250.050.200.050.15余量5654Si+Fe0.450.050.013.13.90.150.350.200.050.150.050.15余量53560.250.400.100.050.24.55.50.050.200.100.060.200.050.15余量5556HS3310.250.

50、400.100.501.04.75.50.050.200.250.050.200.050.15余量51830.400.400.100.501.04.35.20.050.250.250.150.050.15余量铝及铝合金焊丝的化学成分铝及铝合金焊丝的化学成分 第68页/共92页第69页/共92页气焊熔剂气焊熔剂 ：去除焊接时的氧化膜及其他杂质，改善熔池金属的流动性去除焊接时的氧化膜及其他杂质，改善熔池金属的流动性。 气焊熔剂一般是由含有气焊熔剂一般是由含有K K、NaNa、LiLi、BaBa等元素的氯化物和氟化物组成等元素的氯化物和氟化物组成，如，如KClKCl、BaClBaCl2 2、LiCl

51、LiCl及及NaNa3 3AlFAlF6 6（铝冰晶石）等。这些盐类与氧化铝反（铝冰晶石）等。这些盐类与氧化铝反应后可生成易于挥发的应后可生成易于挥发的A1ClA1Cl3 3或或A1FA1F3 3。如：。如：6LiCl + A16LiCl + A12 2O O3 3 = A1Cl = A1Cl3 3 + + 3Li3Li2 2O O焊条：其药皮组成与气焊熔剂相似，一般由氯化物和氟化物组成。焊条：其药皮组成与气焊熔剂相似，一般由氯化物和氟化物组成。 第70页/共92页4 4、焊接工艺要点、焊接工艺要点（1 1）电源极性）电源极性 MIG MIG一律采用直流反接。一律采用直流反接。 TIG TIG

52、一般采用交流焊。在电流方向变化时，有一个半周相当于直流反一般采用交流焊。在电流方向变化时，有一个半周相当于直流反接（工件为阴极），具有阴极破碎作用。而另一个半周相当于直流正接接（工件为阴极），具有阴极破碎作用。而另一个半周相当于直流正接（钨极为阴极），钨极发热量小，防止钨极熔化，造成夹钨。（钨极为阴极），钨极发热量小，防止钨极熔化，造成夹钨。（2 2）焊接操作）焊接操作 A A、TIGTIG焊前应检查阴极破碎作用，即引燃电弧后，电弧在工件上面焊前应检查阴极破碎作用，即引燃电弧后，电弧在工件上面垂直不动，熔化点周围呈乳白色，即有阴极破碎作用。垂直不动，熔化点周围呈乳白色，即有阴极破碎作用。 B

53、B、为防止金属过热及接头晶粒粗大，气焊焊接操作时采用左向焊、为防止金属过热及接头晶粒粗大，气焊焊接操作时采用左向焊法，同时应注意焊接层数不宜过多。法，同时应注意焊接层数不宜过多。 C C、焊接时钨不要触及熔池以免钨极熔化造成夹钨。焊接结束时，注意、焊接时钨不要触及熔池以免钨极熔化造成夹钨。焊接结束时，注意填满弧坑，防止弧坑裂纹。填满弧坑，防止弧坑裂纹。第71页/共92页板厚/mm钨极直径/mm焊接电流/A焊丝直径/mm氩气流量/Lmin-1喷嘴孔径/mm焊接层数正面/背面预热温度/备注1240601.6798正1卷边焊2239012022.5812812对接焊44180200310151012

54、12/16524028041620141612/1102803404534/1210015014563403805620241620180200162063403802530162223/232002602225673604003035202234/34纯铝、铝镁合金手工TIG焊的工艺参数 第72页/共92页焊件厚度/mm焊件层数钨极直径/mm焊丝直径/mm喷嘴直径/mm氩气流量/Lmin-1焊接电流/A送丝速度/mh-1111.521.681056120160231.621214180220657041252310141418240280707568235631418182475808126

55、343003408085自动TIG焊的工艺参数 第73页/共92页缺 陷产生原因防止措施气孔 氩气纯度低，焊丝或母材坡口附近有污物；焊接电流和焊速选择过大或过小；熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长 保证氩气纯度，选择合适气体流量；调整好钨极伸出长度；焊前认真清理，清理后及时焊接；正确选择焊接参数裂纹 焊丝成分选择不当；熔化温度偏高；结构设计不合理；高温停留时间长；弧坑没填满 选择成分与母材匹配的焊丝；加入引弧板或采用电流衰减装置填满弧坑；正确设计焊接结构；减小焊接电流或适当增加焊接速度未焊透 焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、坡口角度、焊接电流均过小，钝边过大；工件坡口边缘的毛刺、

56、底边的污垢焊前没有除净；焊炬与焊丝倾角不正确 正确选择间隙、钝边、坡口角度和焊接参数；加强氧化膜、熔剂、焊渣和油污的清理；提高操作技能等焊缝夹钨 接触引弧所致；钨极末端形状与焊接电流选择的不合理，使尖端脱落；填丝触及到热钨极尖端和错用了氧化性气体 采用高频高压脉冲引弧；根据选用的电流，采用合理的钨极尖端形状；减小焊接电流，增加钨极直径，缩短钨极伸出长度；更换惰性气体咬 边 焊接电流太大，电弧电压太高，焊炬摆幅不均匀，填丝太少，焊接速度太快 降低焊接电流与电弧长度；保持摆幅均匀；适当增加送丝速度或降低焊接速度第74页/共92页 D D、填充焊丝与工件间应保持一定的角度，焊丝倾角越小越好，一、填充

57、焊丝与工件间应保持一定的角度，焊丝倾角越小越好，一般约为般约为10102525，倾角太大容易扰乱电弧及气流的稳定性。室外焊，倾角太大容易扰乱电弧及气流的稳定性。室外焊接时，应注意在焊接区周围采取防风措施。接时，应注意在焊接区周围采取防风措施。第75页/共92页5 5、焊后清理、焊后清理 铝及铝合金焊后残留在焊缝及邻近区域的熔剂和焊渣，在空气、水分的参与下会腐蚀焊件，因此必须及时清理干净。铝及铝合金焊后残留在焊缝及邻近区域的熔剂和焊渣，在空气、水分的参与下会腐蚀焊件，因此必须及时清理干净。 清理方法：清理方法： 将焊件放在将焊件放在1010的硝酸溶液中浸洗。处理温度为的硝酸溶液中浸洗。处理温度为

58、15152020，时间为，时间为151520min20min；或处理温度为；或处理温度为60606565，时间为，时间为5 515min15min。浸洗后用冷水冲洗一次然后用热空气吹干或在。浸洗后用冷水冲洗一次然后用热空气吹干或在100100的干燥箱内烘干。的干燥箱内烘干。第76页/共92页6 铜和铜合金的焊接铜和铜合金的焊接1、铜的性能特点、铜的性能特点:一、概述一、概述第77页/共92页3、铜合金的分类、铜合金的分类黄铜黄铜 : Cu Zn 白铜白铜 : Cu Ni 青铜青铜 : 除黄铜和白除黄铜和白 铜外的所有铜外的所有 铜合金。铜合金。法兰阀法兰阀闸阀闸阀工业纯铜工业纯铜 T1T1T4

59、T4第78页/共92页第79页/共92页第80页/共92页第81页/共92页第82页/共92页二、铜及铜合金的焊接性二、铜及铜合金的焊接性1 1、焊缝难熔，成形能力差、焊缝难熔，成形能力差 铜的熔点比钢低；但纯铜的导热性特别高，在常温下的热导率比铁铜的熔点比钢低；但纯铜的导热性特别高，在常温下的热导率比铁大大7 7倍，在倍，在10001000时大时大1111倍。焊接时大量的热将散失于工件内部，坡口倍。焊接时大量的热将散失于工件内部，坡口边缘难以熔化，造成填充金属与母材不能很好地熔合，容易形成未焊透边缘难以熔化，造成填充金属与母材不能很好地熔合，容易形成未焊透。 铜在熔化温度时的表面张力比铁小三

60、分之一，流动性比钢大铜在熔化温度时的表面张力比铁小三分之一，流动性比钢大1-1.51-1.5倍，表面成形能力差，尤其是在大功率的埋弧焊或倍，表面成形能力差，尤其是在大功率的埋弧焊或MIGMIG焊时，熔化金属焊时，熔化金属容易流失。容易流失。 预防预防：（1 1）采用较大功率的热源，同时焊接纯铜时应充分预热。采用较大功率的热源，同时焊接纯铜时应充分预热。 （2 2）单面焊时反面必须附加垫扳成形装置）单面焊时反面必须附加垫扳成形装置 第83页/共92页2 2、容易产生焊接热裂纹、容易产生焊接热裂纹 纯铜在恒温下凝固没有固液共存的温度区间，但焊缝及热影响区仍有纯铜在恒温下凝固没有固液共存的温度区间，