铝合金的焊机论文

1、目 录1 绪 论12 铝及铝合金32.1铝合金的特性32.2铝及铝合金的性能分析32.3铝及铝合金的分类42.4铝合金的牌号的编制方法53 铝及铝合金的焊接83.1铝合金的焊接性特点83.2铝及铝合金焊接方法的选择93.3铝及铝合金焊接材料的选择103.4 焊前准备及焊后清理113.5铝及铝合金焊接缺陷产生原因及防止措施124 铝及铝合金焊接工艺144.1钨极氩弧焊144.2熔化极氩弧焊154.3气焊155 实例分析175.1焊接材料分析175.2焊接方法的选择175.3焊接设备的选择185.4焊接材料的选择185.5确定焊接工艺参数195.6坡口的准备205.7焊前准备205.8定位焊205

2、.9焊接操作205.10焊后检查216 结 论22致 谢23参考文献24河南机电高等专科学校毕业论文1 绪 论 铝是工业上应用最广泛的重要有色金属之一。铝及铝合金具有密度小、重量轻、热容量大、熔化潜热高、强度高及良好的耐蚀性、导电性、导热性，以及在低温下能保持良好的力学性能等优点。铝及铝合金在航空航天、国防、汽车、电工、化工、交通运输等行业中被广泛应用，这也极大地推动了铝合金焊接技术的发展，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。铝合金其主要成分是铝，而铝的密度较低，熔点低、热传导性能好、热膨胀系数大，同时其具有很强的化学活泼性，易氧化，

3、且氧化物的熔点很高。在与其他组元形成合金后依然保持这些特性，因此铝合金在焊接过程中存在着一系列的问题，如：氧化、裂纹、气孔、接头力学性能下降、热影响区变宽等。为了提高铝合金焊接接头的质量，近年来涌现出了许多新的铝合金焊接方法，如：钨极氩弧焊（TIG）、激光焊（LBW）、电子束焊（EBW）、搅拌摩擦焊（FSW）等。1.钨极氩弧焊（TIG） 钨极氩弧焊是目前广泛采用的焊接铝合金的方法。它是一种以钨棒为一个电极，以焊件为另一个电极，用惰性气体保护两电极之间的电弧、熔池及母材热影响区而实现电弧焊接作业的一种方法，根据电流性质分为直流氩弧焊和交流氩弧焊。其优点是焊缝成型良好、钨极电弧稳定、设备简单、价格

4、便宜等。但存在如单道熔深较浅、生产效率低；氩气和氦气价格较高，不利于降低生产成本等一些问题。2.电子束焊接（EBW） 电子束焊接是指在真空环境中，使用会聚的高速电子流轰击焊件连接部位，使需焊接部位产生热能，从而使被焊金属融合的一种焊接方法。其突出特点是功率密度高、穿透力强、精确、快速、可控、保护效果好。对于铝合金使用电子束焊接方法，可大大减小热影响区，提高焊接接头强度，避免热裂纹等缺陷的产生。3.激光焊接（LBW） 铝及铝合金激光焊接技术(LaserWelding)是近年来发展起来的一项新技术。它是以高能量密度的激光作为加热热源，对金属需焊接部位进行加热使其熔化形成焊接接头。其优点是：能量密度

5、高，热输入量小，焊接变形小，能得到窄的熔化区和热影响区以及熔深大的焊缝；冷却速度快，焊缝组织微细，故焊接接头性能良好；焊接速度快、功能多、适应性强、可靠性高，且不需要真空装置。虽然用激光焊接铝合金具有很多优点，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。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。4.搅拌摩擦焊（FSW） 搅拌摩擦焊技术（FSW）是自激光焊接技术以后的又一项革命性的连接技术。与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊拥有无需填丝、无弧光、无飞溅、无需焊前热处理、无需气体保护等优点

6、，因而应用前景广泛。迄今为止，搅拌摩擦焊可以实现所有牌号的铝合金焊接，甚至以前所谓的不可焊铝合金材料都能焊接，如应用于航空、航天领域的2000系列(A1-Cu)、5000系列(A1-Mg)、6000系列(A1-Mg-Si)、7000系列(A1-Zn)、8000系列(A1-Li)高强铝合金，也可以利用这种先进的焊接方法得到高质量的连接。因此搅拌摩擦焊有着广泛的工业应用前景。搅拌摩擦焊已经在铝合金上实现了规模化工业应用，国内外许多学者针对不同铝合金进行了一系列的搅拌摩擦焊工艺研究、接头微观组织、接头耐蚀性能及力学性能研究。采用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金，焊核区的组织与母材相比，晶粒得到了细化，接头强

7、度可达到母材的78%，抗弯强度达到母材的76%，显示出了良好的机械性能。作为革命性的绿色焊接技术，搅拌摩擦焊技术的出现对铝合金连接技术的发展产生了巨大的冲击和推动。该技术可以取代传统的电阻电焊和铆焊，在国际上已经成功应用于航空航天、船舶、高速列车制造等领域。随着焊接设备和搅拌头的发展，可应用FSW连接的材料会更加广泛，同时可优化接头性能，降低生产成本，而且可以很容易地实现自动化生产。 2 铝及铝合金2.1 铝合金的特性 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械

8、性能，物理性能和抗腐蚀性能。硬铝合金属Al-Cu-Mg系，一般含有少量的Mn。可热处理强化，其特点是：硬度大，但塑性铰差。超硬铝属Al-Cu-Mg-Zn系，可热处理强化，是室温下强度最高的铝合金，但耐蚀性差，高温软化快。锻铝合金主要是Al-Zn-Mn-Si系合金，虽然加入元素种类多，但是含量少，因而具有优良的热塑性，适宜锻造，故又称锻造铝合金。2.2 铝及铝合金的性能分析 1.铝在空气和氧化性水溶液介质中，其表面较易产生致密的氧化铝钝化膜，它在一些氧化性介质中具有良好的耐蚀性。在高温浓硝酸中，纯铝的耐蚀性优于不锈钢。铝材常作为耐蚀容器材料。对一些腐蚀性不太强，但要求防铁污染的介质，如化纤生产等

9、，铝有较好的耐蚀性，而且没有铁污染物料，因此，铝材常作为防铁污染的容器材料。其他有色金属容器也能防铁污染，但铝材的经济性较好。 2.铝是面心立方晶格，没有同素异构体，低温下不存在像铁素体钢那样的脆性转变，铝容器的最低设计温度可达-269。铝材常作为制作低温容器的材料。铝镁合金中的镁含量较高时，会以金属间化合物Mg2Al3和Mg5Al8在晶间析出，使铝镁合金在某些介质中产生应力腐蚀敏感性，只有在65以下使用才不会产生应力腐蚀，因此含镁量超过了3的铝镁合金，规定其设计温度不超过65。析出相过多也会降低冲击韧性，因此含镁量超过3的铝镁合金及其焊接接头应检验冲击韧性。其他铝和铝容器，包括低温铝容器均不

10、要求进行冲击韧性检验。3.由于铝镁硅合金固溶时效状态强度高，塑性也较好，焊接性好，焊接接头在焊后状态仍能保持较高的强度，因而常用作容器用高强度铝合金。铝，特别是纯铝的规定非比例伸长应力很低，在小的载荷下即会产生塑性变形。铝容器在使用与运输时，应注意防止碰撞剧烈振动发生塑性变形。 4.为了得到好的塑性，纯铝、铝锰合金和铝镁合金的变形铝材都只在退火状态或热作状态使用，不采用冷作状态。热作状态铝的焊接接头，焊接热对热影响区有退火作用，因而其许用应力也只取退火状态铝材的许用应力。只有铝镁硅合金和铝铜合金的铝材才采用固溶时效状态，以保证其高强度。 2.压力容器设计规范中规定 制造容器的材料要具有良好的成

11、形性能和焊接性，JB/T4734-2002铝制焊接容器中采用的铝及铝合金有： 工业纯铝1A85、1050A、1060和1200。Al-Cu合金2014。Al-Mn合金3003和3004。Al-Mg合金5A02、5A03、5A05、5052、5052、5058和5086。Al-Mg-Si合金6A02、6061和6063。 由于该储罐是在常温常压下工作，不受动载荷作用，即归属于固定式压力容器，故对其强度要求并不高。又因为它是用来装浓硝酸的，其耐腐蚀性要求很高。从强度方面考虑，工业纯铝的几个牌号均可满足使用（1A85、1050A、1060和1200），但1060的耐腐蚀性是优于其它几个牌号的。同时它

12、的焊接性也很好，是储罐类产品的常用材料，故本产品全部零部件均采用1060（L2）工业纯铝。2.3 铝及铝合金的分类 铝及铝合金的分类方法，可以按实际使用的不同需要，有多种分类方法。2.3.1按材料的基本加工方法分 可以分为“铸造铝合金”和“变形铝合金”二大类。这是最常见的，也是最基本的分类方法。2.3.2 按材料的性能特性分在实际使用中，加工及使用人员往往关心的不是材料的合金体系(组别)，而是材料的用途和基本特性。变形铝合金按用途可划分为：纯铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、特殊铝，这就是过去铝和铝合金的牌号表示方法所采用的分类方法；变形铝合金还可以按材料的热处理特性分为：非热处理强化铝合金和可热处理

13、强化铝合金。 铝没有同素异构体，纯铝、铝锰合金、铝镁合金等不可能通过热处理相变来提高强度。但是，铝铜和铝镁硅等合金可通过固溶时效析出强化相提高强度，称为可热处理强化铝合金。不能通过固溶时效析出强化相提高强度的称为不可热处理强化铝合金。 2.3.3按材料的合金系（组别）划分铝合金按合金系列又分为Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等.这是材料学科上常用的分类方法，也是新的铝和铝合金标准所采用的分类方法。现行的铝和铝合金的牌号的表示方法就是根据材料的合金体系来划分的(见表2-1、表2-2)。它也是国际上通行的分类方法。要注意铸造铝合金和变形铝合金的合金系分类是不一样， 表

14、2-1是铸造铝及铝合金，表2-2是变形铝及铝合金。在表2-1、表2-2中把按材料的合金体系(组别)分类的材料牌号、材料代号放在同一个表格中，以便于对照、比较。2.3.4其它分类方法 除了上面三种基本分类方法外，还有一些其它的分类方法，例如：按材料的品种分，按材料的状态分可以用在一些特定的场合。表2-1 铝及铝合金的牌号类别合金系（组别）新牌号合金代号备注铸造铝及铝合金纯铝ZAIXXXZLXXX详见GB/T8063-1994,铸造铝合金代号相当于过去的老牌号Al-SiZAISiZL1XXAl-CuZAICuZL2XXAl-MgZAIMgZL3XXAl-ZnZAIZnZL4XX注：摘自GBT806

15、31994标准表2-2 铝及铝合金的牌号类别合金系（组别）新牌号旧牌号备注变形铝及铝合金纯铝1AXXLX（工业纯铝）详见GB/T16474-1996,变形铝合金没有合金代号。AL-Cu2AXX;2BXXLYXX（硬铝）LDXX（锻铝）AL-Mn3XXX;3XXLFXX（防锈铝）AL-Si4AXX;40XXLTXX（特殊铝）AL-Mg5AXXLFXX（防锈铝）AL-Mg-Si6AXX;6BXXLDXX（锻铝）AL-Zn(Mg-Cu)7AXXLCXX超硬铝）其他8AXX-备用9AXX-注： 摘自GBT164741996标准2.4 铝合金的牌号的编制方法 铝合金按化学成分和制造工艺可以分为“铸造铝合

16、金”和“变形铝合金”二大类。铸造铝合金和变形铝合金分别有着各自独立的材料牌号表示方法标准，比较系统、完整。2.4.1铸造铝合金的牌号 铸造铝合金按自己独立的牌号表示方法标准，即GBT 8063 1994 铸造有色金属及其合金牌号表示方法，进行牌号命名，它突破了GBT3401976规定的框框，是和国际标准相接轨的国家标准。 1.铸造铝合金的牌号表示方法 根据GBT 8063 1994的规定，铸造铝合金的牌号是用字母“z”和元素符号“AI” 的组合“ZAI”当头(见表2-1)，“ZAI”示汉字“铸铝”。纯铝是在ZAI后面跟表示材料铝含量的三位数字(即纯度)；铝合金是在ZAI后面再跟主要合金元素符号

17、加代表该元素百分含量的数字(园整后的平均值)，来组成材料牌号。这种牌号表示方法和合金钢的牌号表示方法有点相象。牌号末尾如果带字母“A”，是表示优质、改型合金。 铸造铝及铝合金共有五个材料组别，它们分别是：纯铝、AISi、AICu、AIMg、AIZn系，其牌号的一般式如表2-1所示。 2.铸造铝合金的代号 从表2中可以看到，铸造铝合金的牌号一般比较长，存在不便于使用和记忆的缺点。而老的铸铝牌号便于使用和记忆，但又不和国际标准接轨。因此，在新GBT 11731995中，把老的牌号统一改称为合金“代号”，使用在一些非正式的场合下，还是很方便的。铸造铝合金的代号是用字母“ZL”加三位数字组成。其中字母

18、“zL”表示汉字“铸铝”；三位数字中的第一位数字代表合金的合金系，第二、三位是顺序号，末尾带字“A”时也是表示优质合金。 3.压铸铝合金的牌号和代号压铸铝合金的牌号是用字母“YZ” 当头，“YZ”表示汉字“压铸”。其后面跟合金牌号，即GBT 8063 1994所规定的铸造铝合金牌号，它由AI和主要化学元素符号加代表该元素的百分含量(园整后的平均值)组成。 压铸铝合金的代号是用字母“YL”当头，后面加三位数字组成。“YL”表示汉字“压铝” ，后面的三位数字和铸造铝合金代号中的三位数字一样。2.4.2变形铝合金的牌号 和铸造铝合金一样，变形铝合金有自己独立的牌号表示方法标准，即GBT 164741

19、996变形铝合金牌号表示方法，这也是和国际标准相接轨的国家标准。国际标准采用的是四位数字体系牌号(没有字母、符号)，而我国现在采用的是四位字符体系牌号，二者之间略有差别。 1.变形铝合金牌号表示方法 变形铝合金采用的是四位字符体系牌号，其牌号的一般格式为：XAXX。四位字符体系牌号中的第一、三、四位为数字，第二位为英文大写字母（见表2-2），它们的含义分别是：第一位数字代表材料的合金系(合金的组别)；第二位大写字母表示是原始材料(字母用A)，或改型材料(字母用BY)，注意，第二位大写字母A不是代表“铝” ；第3、 四位数字是材料的标识(对纯铝是材料的纯度)，为了便于使用，在新牌号命名时，一般都

20、把第三、四位数字和原来旧的铝合金牌号的数字尽量一致，或保持一定的继承关系。如5A06对应于旧牌号LF6，2A12对应于旧牌号LY12。变形铝及铝合金共有九个材料组别，它们分别是： 纯铝、AL-Cu、AL-Mn、AL-Si、AL-Mg、AL-Mg-Si、AL-Zn系、其它、备用组别，其牌号分别用数字19当头，材料牌号的一般式见表2-2所示。2.使用新的变形铝合金牌号标准时要注意的几个问题（1)新的变形铝合金牌号表示方法中，只有材料的牌号，没有其它标准中有的：材料“代号” 、材料“名称”等。但是， 它有材料的状态“代号”。我们不要把变形铝合金的老牌号当成材料的“代号” (只有铸铝材料是把材料的老牌

21、号规定为材料的“代号”).（2)新的变形铝合金牌号表示方法是采用的按材料合金体系来分类的，而老的变形铝合金牌号表示方法是按材料的基本特性来分类的，它和材料的合金系(组别)之间有一定的关系，二者在大的类别上的关系是：防铝锈(LFXX)：包括现在的AL-Mn、AL-Mg二个系列的合金； 硬铝(LYXX)：包括现在的AL-Cu系列合金的一部分； 锻铝(LDXX)：包括现在的AL-Mg-Si系列合金和AL-Cu系列合金的一部分；超硬铝(LCXX)：包括现在的AL-Zn(Mg-Cu)系列合金。 3 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接要比低碳钢困难，其焊接特点与钢也不同，这主要与其本的物理和化学性能有关（表

22、3-1）。具体表现在以下几方面：表3-1 铝合金的物理性能铝合金牌号密度/g.cm-3比热容（100）/J.kg-1.-1导率（25）/W.m-1.-1线膨胀系数（20100）×10-6/-1电阻率×10-6/.cm新旧3A21LF212.731009180.023.23.455A03LF32.67880146.523.54.962A12LY122.78921117.222.75.792A16LY162.84880138.222.66.106A02LD22.70795175.823.53.707A04LC42.85159.123.14.203.1 铝合金的焊接性特点 1.铝

23、在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。 2.铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和

24、低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。 3.铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，

25、可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅56时可不产生热裂，因而采用SAlSi (硅含量4.56)焊丝会有更好的抗裂性。 4.铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。 5.铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，

26、对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。 6.合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。 7.母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。 8.铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。3.2 铝及铝合金焊接方法的选择铝及铝合金的导热性强，比热容和线膨胀系数大，所以在焊接时消耗的热功率大，并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。目前，铝及铝合金焊接应用最多的方法是氩弧焊及电阻焊，其次还有钎焊。 1.气焊气焊是一种较古老的焊接方法，虽然它有火焰能量低、热量分散、焊接效率低 等缺点，

27、但它设备简单、经济方便，特别适用于一些薄件的焊接。所以目前在小批生产及维修焊接中应用礽较为广泛。气焊一般用于薄板的焊接。因其焊接接头晶粒粗大，容易产生夹渣、裂纹等缺陷，故只能用于焊接质量要求不太高的焊接结构件。 2.焊条电弧焊焊条电弧焊热量比较集中，焊接速度较快，但用于铝及铝合金焊接时飞溅严重，电弧不稳定，焊接质量也很差。因此在实际生产中应用较少，仅用于板厚大于4mm且要求不高的工件焊补及修复中。 3.钨极氩弧焊（TIG) 焊接铝及铝合金时，从“阴极清理“作用和钨极许用电流方面考虑，一般采用交流钨极氩弧焊。由于是在氩气的良好保护下施焊，熔池可免受氧、氢等有害气体的影响。氩弧焊电弧稳定、热量集中

28、、其焊缝组织致密、成形美观、强度和塑性高，并且工件变形小。但是，因受到钨极许用电流的限制，电弧的熔透力较小，故一般多用于板厚在6mm以下薄板件的焊接。 4.熔化极氩弧焊（MIG)熔化极氩弧焊电弧功率大，热量集中、热影响区小、生产效率可比钨极氩弧焊提高三倍以上，因此适用于厚板结构的焊接。它可焊接50mm以下的铝及铝合金板材，焊接30mm厚的铝板可不预热。半自动熔化极氩弧焊，主要适用于定位焊、断续小焊缝及结构形状不规则工件的焊接。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

29、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。3.3 铝及铝合金焊接材料的选择铝及铝合金的焊接材料，主要指填充焊丝、气焊熔剂及焊条。1.填充焊丝 铝及铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，按容器要求应使对接接头的抗拉强度、塑性(通过弯曲试验)达到规定要求，对含镁量超过3的铝镁合金应满足冲击韧性的要求，对有耐蚀要求的容器，焊接接头的耐蚀性还应达到或接近母材的水平。因而焊丝的选用主要按照下列原则：（1） 纯铝焊丝的纯度一般不低

30、于母材；（2）铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近； （3）铝合金焊丝中的耐蚀元素(镁、锰、硅等)的含量一般不低于母材；（4） 异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝；（5） 不要求耐蚀性的高强度铝合金(热处理强化铝合金)可采用异种成分的焊丝，如抗裂性好的铝硅合金焊丝SAlSi一1等(注意强度可能低于母材)。 2.气焊熔剂 气焊时，要使用气焊熔剂以去除焊接时的氧化膜及其它杂质，改善熔池金属的流动性。 气焊焊剂一般是由含有钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物组成，如KCl、BaCl、LiCl等。这些盐与氧化铝反应可生成易于挥发的AlCl3或AlF3。生成物AlCl3的沸点只有180

31、，在高温下很容易挥发，同时生成的Li2O对氧化铝还有物理溶解作用。气焊熔剂一般有含锂和不含锂两类。含锂的熔剂熔点较低，所形成的熔渣熔点、粘度都较低，焊后清理容易；其缺点主要是锂盐价格昂贵，吸潮性也较强。不含锂的气焊熔剂价格便宜，但熔点较高，渣粘度较大，所以容易使焊缝形成夹渣缺陷，适用于在较高温度下焊接时使用。焊铝常用的气焊熔剂牌号为“气焊401”。3.焊条 铝及铝合金焊接用焊条，其药皮组成与气焊熔剂相似，一般由氯化物和氟化物组成。药皮在焊接中除造渣保护熔池外，更主要的是在焊接时与熔池表面的氧化膜起物理、化学作用，以便清除。铝焊条药皮极易吸潮，应妥善保存。使用前，应在150左右温度下焙烘1小时左

32、右。施焊时一般要采用直流电源，并用反接法。铝气焊熔剂及电焊条药皮对铝及铝合金接头有腐蚀作用，焊后必须认真清理。 3.4 焊前准备及焊后清理1. 焊前准备（1）焊前清理 铝及铝合金表面覆盖的氧化膜，不仅妨碍与液体金属的熔合，还含有一定的结晶水（如AL2O3 ·H2O,AL2O3·2H2O等），是形成气孔的原因之一。另外，在基本金属与焊丝的表面，有时还会粘附油类和其他污物，这些都应予以清除。清除质量直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。 1）化学清洗 化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可

33、用浸洗法和擦洗法两种。可用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用4070的510NaOH溶液碱洗3 min7 min(纯铝时间稍长但不超过20 min)，流动清水冲洗，接着用室温至60的30HNO3溶液酸洗1 min3 min，流动清水冲洗，风干或低温干燥。 2）机械清理 在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为0.15mm0.2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。工件和焊

34、丝经过清洗和清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜，特别是在潮湿环境下，在被酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜成长得更快。因此，工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的存放时间应尽量缩短，在气候潮湿的情况下，一般应在清理后4 h内施焊。清理后如存放时间过长(如超过24 h)应当重新处理。（2）焊前预热 薄、小铝件一般不用预热，厚度10 mm15 mm时可进行焊前预热，根据不同类型的铝合金预热温度可为100200，可用氧一乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷。 2.焊后清理焊后留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理干净。形状简单、要求一般的工

35、件可以用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理。要求高而形状复杂的铝件，在热水中用硬毛刷刷洗后，再在6080左右、浓度为23的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗5 min10 min，并用硬毛刷洗刷，然后在热水中冲刷洗涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然干燥。3.5铝及铝合金焊接缺陷产生原因及防止措施 1.气孔 产生原因：氩气纯度低或氩气管路内有水分、漏气等；焊丝或母材坡口附近焊前未清理干净或清理后又被污物、水分等沾污；焊接电流和焊速过大或过小；熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长等。防止措施：保证氩气的管路无水分，无漏气现象，选择认真清理焊丝、焊件，清理后及时焊接，并防止再次污染。更新送

36、气管路，选择合适的气体流量，调整好钨极伸出长度；正确选择焊接工艺参数。必要时，可以采取预热工艺，焊接现场装挡风装置，防止现场有风流动。 2.裂纹 产生原因：焊丝合金成分选择不当；当焊缝中的镁含量小于3%，或铁、硅杂质含量超出规定时，裂纹倾向增大；焊丝的熔化温度偏高时，会引起热影响区液化裂纹；结构设计不合理，焊缝过于集中或受热区温度过高，造成接头拘束应力过大；高浊停留时间长，组织过热；弧坑没填满，出现弧坑裂纹等。防止措施：所选焊丝的成分与母材要匹配；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，合理布置焊缝，使焊缝尽量避开应力集中处，选择合适的焊接顺序；减小焊接电流或适当增加焊接速度。

37、 3.未焊透 产生原因：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、底边的污垢焊前没有除净；焊炬与焊丝倾角不正确。防止措施：正确选择间隙、钝边、坡口角度和焊接工艺参数；加强氧化膜、熔剂、熔渣和油污的清理；提高操作技能等。 4.焊缝夹钨 产生原因：接触引弧所致；钨极末端形状与焊接电流选择得不合理，使尖端脱落；填丝触及到热钨极尖端和错用了氧化性气体。 防止措施：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；更新惰性气体；提高操作技能，勿使填丝与钨极接触等。 5.咬边 产生原因：焊接电流太大，

38、电弧电压太高，焊炬摆幅不均匀，填丝太少，焊接速度太快。防止措施：减小焊接电流与电弧电压，保持焊炬摆幅均匀，适当增加送丝速度或降低焊接速度。 4 铝及铝合金焊接工艺 几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊

39、、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或/氦混合气）。4.1钨极氩弧焊钨极氩弧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。焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，防止钨极、熔池及邻近热影响区和周围空气反应，从而获得优质的焊缝。钨极氩弧焊焊接铝及铝合金时，从“阴极清理“作用和钨极许用电流方面考虑，一般采用交流钨极氩弧焊。由于是在氩气的良好保护下施焊，熔池可免受氧、氢等有害气体的影响。乌极氩弧焊方法电弧稳定、热量集中、其焊缝组织致密、成形美观、强度和塑性高，

40、并且工件变形小，且不存在焊后残留溶剂腐蚀问题，适用于0.520mm厚的板、管焊接及铸件补焊。铝及铝合金焊接一般采用交流电源，以利于“阴极清理”作用来减小氧化膜的危害。当焊件厚度大于5mm、体积大的铸件焊补，或者焊接工作环境温度低于10时，焊前应整体或局部（用氧乙炔焰或电弧）预热，预热温度一般为150250。表4-1 铝和铝合金手工钨极氩弧焊工艺参数板厚/mm坡口形式焊丝直径/mm钨极直径/mm喷嘴直径/mm焊接电流/A氩气流量/L·min-1焊接层数(正/反）形状间隙/mm钝边/mm1I0.521.52.01.55750804611.5I0.522.01.557701004612I0

41、.522.03.0267901204613I0.523.0371212015061014I0.523.04.037121201506101/15V1324.034121412015091212/16V1324.0412141802409122/18V2424.05.045121422030091223/110V2424.05.0451214260320121534/1212V2424.05.0561416280340121534/1216V2425.061620340380162045/1220V2425.061620340380162056/12 自动钨极氩弧焊主要用于焊接厚度为112mm规

42、则的环缝和纵缝。它所选用的焊接工艺参数如焊接电流、喷嘴直径、氩气流量等都比手工钨极氩弧焊高。4.2熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊采用射流过渡时，电弧挺度好，便于全位置焊接且熔深大，焊接的厚度范围广。熔化极氩弧焊一般用于板厚大于6mm工件的焊接，此时大多采用纯氩或氩氮混合气体保护。应用直流反接喷射过渡的方法时，焊接电流必须大于临界电流。喷射过渡熔化极氩弧焊电弧热量集中，焊接熔深大，故焊接中厚铝板时可不进行预热；但是当板厚大于25mm或环境温度低于-10，则应预热100，以保证开始焊接时能焊透。熔化极氩弧焊电弧功率大，热量集中、热影响区小、生产效率可比钨极氩弧焊提高三倍以上，因此适用于厚板结构的焊接。它

43、可焊接50mm以下的铝及铝合金板材，焊接30mm厚的铝板可不预热。半自动熔化极氩弧焊，主要适用于定位焊、断续小焊缝及结构形状不规则工件的焊接。对于12mm厚的铝合金薄板，宜采用细焊丝、小电流、短路过渡焊接或者熔化极脉冲氩弧焊焊接。4.3气焊 气焊铝及铝合金常用纯铝或铝硅合金作填充金属。焊接时最好采用对接接头；若用搭接、角接及T形接头，焊后残留在缝隙中的焊剂及焊渣难以清理，应尽量不采用。气焊时采用中性焰或弱还原焰。为了防止金属过热及接头晶粒粗大，气焊操作一般采用“左向焊”法，同时应注意焊接层数不宜过多。当板厚大于5mm时，焊接时需进行预热，预热温度在100300。为提高接头的耐蚀性，气焊前和焊接

44、后应对焊接区进行严格清理。 5 实例分析铝镁合金又称为防锈铝合金，是一种在铝合金中加入镁元素的合金，在铝合金编号中获编5xxx的号码序列。镁铝合金的优点，在于它有跟钢一样的强度和硬度，但重量却比钢轻得多，因此铝镁合金是目前铝合金焊接结构中应用最广泛的材料。下面以板厚为6mm的铝镁合金5A05板板对接刚性固定为例，介绍铝镁合金焊接工艺设计。5.1焊接材料分析5A05是以金属镁为主要合金元素的非热处理强化防锈铝合金，具有较高的强度和腐蚀稳定性，其焊接性良好，但当镁的含量超过7时，合金的塑性降低，焊接性能变差。若在铝镁合金中加入0.150.8的锰，则有利于改善合金的耐蚀性，并提高合金的强度。若在铝镁

45、合金中分别加入0.1左右的钛或钒，则可促使其合金获得细晶组织。铁、铜、锌等元素均能使铝合金的耐蚀性及工艺性变坏，所以应该限制其含量。5.2焊接方法的选择 几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化

46、极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或/氦混合气）。 钨极氩弧焊是一种非熔化极氩弧焊，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，接头的强度和塑性较高，且不存在焊后残留溶剂腐蚀问题，可获得满意的优质接头。故采用钨极氩弧焊。5.2.1钨极氩弧焊原理钨极氩弧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。 焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，防止其对钨极、熔池及邻近热影响区和周围空气反应，从而获得优质的焊缝。氩弧焊焊铝是利用其“阴极雾化”的

47、特点，自行去除氧化膜。5.2.2钨极氩弧焊特点1.氩气具有极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气；它本身既不与金属起化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，因此为获得较高质量的焊缝提供良好条件。2.钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下（<10A）仍可稳定燃烧，特别适用于薄板材料焊接。3.热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整所以这种焊接方法可进行全方位焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。4.由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，焊缝成型美观。 5.交流氩弧焊在焊接过程中能够自动清除焊件表面的氧化膜作用，因此，可成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属，如铝、镁及

48、合金。5.2.3对钨极氩弧焊的要求1.对气体的控制要求：要求气体先来后走，氩气是较易被击穿的惰性气体，先在工件与电极针间充满氩气，有利于起弧；焊接完成后，保持送气，有助于防止工件迅速冷却防止氧化，保证了良好的焊接效果。 2.电流的手开关控制要求：要求按下手开关时，电流较气延迟，手开关断开（焊接结束后），根据要求延时供气电流先断。 3.高压的产生与控制要求：氩弧焊机采用高压起弧的方式，则要求起弧时有高压，起弧后高压消失。 4.干扰的防护要求：氩弧焊的起弧高压中伴有高频，其对整机电路产生严重的干扰，要求电路有很好的防干扰能力。5.3焊接设备的选择钨极氩弧焊交流电流弧焊机。如NSA400型交流氩弧焊

49、机或NSAz3001(2)交直流两用氩弧焊机。5.4焊接材料的选择在铝合金焊接中，焊缝金属的成分和组织决定着焊缝的强度、塑性、抗裂性、耐蚀性等。因此，合理选择焊接材料是十分重要的，通常采用与母材匹配的焊接材料。通过分析选用Mg含量等于5的HS331焊丝。铝镁合金焊接时，为了补充焊缝中的镁量烧损，最常用的是含镁量等于5的SAlMg5焊丝。这种焊丝也可用于AlMgSi系合金的焊接。由于铝镁合金焊接时焊缝中Si与Mg形成Mg2Si脆性相，降低塑性和耐蚀性，所以焊接铝镁合金不能采用AlSi系焊丝。5.5确定焊接工艺参数 为了获得优良的焊缝成形及焊接质量，应根据焊件的板厚、焊缝位置、焊接方法等，合理地选

50、定焊接工艺参数。铝合金自动钨极氩弧焊（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、电弧电压（弧长）、焊接速度及送丝速度等。 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 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

51、，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，一般的焊接速度为812m/h;自动TIG焊时，工艺参数设定之后，在焊接过程中焊接速度一般不变。 5.焊丝直径 一般由板厚和焊接电流确定，焊丝直径与两者之间呈正比关系。5.5.1焊接电流根据钨极氩弧焊焊接材料为板厚6mm的铝镁合金，板板对接时，较适宜的是交流钨极氩弧焊，焊接电流范围180240A。交流钨极氩弧焊（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

52、不受限制，焊缝成形良好、表面光亮。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。5.5.2保护气体保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流TIG焊时，采用大于999氩气，气体流量一般为515L/min。氩气纯度过低，有可能对焊缝和热影响区的保护效果欠佳，降低焊缝质量。氩气应符合GBT 4842?995纯氩的要求。氩气瓶压低于0.5 MPa后压力不足，不能使用。5.6坡口的准备 厚度大于3mm的焊件，一般采用V形坡口。焊接时采用正面焊，背面清根的焊接工艺。由于第一层焊道氧化严重，所以一定要将焊根、未焊透清除干净。 坡口的角度和间隙不宜过小，否则，电弧伸不到根部，容易造成未焊透。即使根部能被熔化，根部金属表面未受到电弧直接加热，氧化膜不能受到阴极的破碎作用，往往以“夹渣”存在焊缝根部。由于液态铝的流动性好，薄板对接接头的间隙可小些，钝边可大些，坡口角度可大些。由于工艺需求较大的电流，又要防止熔池过热产生裂纹，为防止熔