第5章有色金属的焊接

1、第第5章章 有色金属的焊接有色金属的焊接_ _5.1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接_5.2 铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接_5.3 钛及钛合金的焊接钛及钛合金的焊接_5.1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接_ 5.1.1 铝及铝合金的分类、成分及性能铝及铝合金的分类、成分及性能_ 1、铝及铝合金的分类、铝及铝合金的分类 2、铝及铝合金的牌号、成分及性能、铝及铝合金的牌号、成分及性能 5.1.2 铝及铝合金的焊接性铝及铝合金的焊接性_ 1、焊缝中的气孔、焊缝中的气孔 2、焊接热裂纹、焊接热裂纹 3、焊接接头的、焊接接头的“等强性等强性” 4、焊接接头的耐蚀性、焊接接头的耐蚀性 5.1.3

2、铝及铝合金的焊接工艺铝及铝合金的焊接工艺_ 1、焊接方法、焊接方法 2、焊接材料、焊接材料 3、焊前清理和预热、焊前清理和预热 4、焊接工艺要点、焊接工艺要点 5.1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接铝及铝合金特点：密度小、比强度高，铝及铝合金特点：密度小、比强度高， 良好耐蚀性、导电性、导热性、低温力学性能良好耐蚀性、导电性、导热性、低温力学性能应用：航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防应用：航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防5.1.1 铝及铝合金的分类、成分及性能铝及铝合金的分类、成分及性能1. 铝及铝合金的分类铝及铝合金的分类1）根据合金化系列）根据合金化系列 ： 工业纯铝

3、、铝铜合金、铝锰合金、铝硅合金、铝镁工业纯铝、铝铜合金、铝锰合金、铝硅合金、铝镁 合金、铝镁硅合金、铝锌镁铜合金等合金、铝镁硅合金、铝锌镁铜合金等2）按强化方式）按强化方式 ： 非热处理强化铝合金和热处理强化铝合金非热处理强化铝合金和热处理强化铝合金3）按铝制产品形式不同）按铝制产品形式不同 ：变形铝合金和铸造铝合金：变形铝合金和铸造铝合金图图5-1 铝合金分类示意图铝合金分类示意图1变形铝合金变形铝合金 2铸造铝合金铸造铝合金3非热处理强化铝合金非热处理强化铝合金 4热处理强化铝合金热处理强化铝合金 表表5-1 铝合金分类铝合金分类分类分类合金名称合金名称合金系合金系性能特点性能特点牌号示例

4、牌号示例变变形形铝铝合合金金非热处理非热处理强化铝合金强化铝合金防锈铝防锈铝Al-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接抗蚀性、压力加工性与焊接性能好、但强度较低性能好、但强度较低3A21Al-Mg5A05热处理热处理强化铝合金强化铝合金硬铝硬铝Al-Cu-Mg力学性能高力学性能高2A11超硬铝超硬铝Al-Cu-Mg-Zn强度最高强度最高7A04锻铝锻铝Al-Mg-Si-Cu锻造性能好、耐热性能好锻造性能好、耐热性能好6A02Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70铸造铝合金铸造铝合金铝硅合金铝硅合金Al-Si铸造性能好，不能热处理铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低强化，力学性能较低ZL102特殊特殊

5、铝硅合金铝硅合金Al-Si-Mg铸造性能良好，可热处理铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高强化，力学性能较高ZL101Al-Si-CuZL107铝铜铸造合金铝铜铸造合金Al-Cu耐热性好，铸造性能与耐热性好，铸造性能与抗蚀性差抗蚀性差ZL201铝镁铸造合金铝镁铸造合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好力学性能高，抗蚀性好ZL301非热处理强化铝合金：可通过加工硬化、固溶强化提高非热处理强化铝合金：可通过加工硬化、固溶强化提高 力学性能力学性能 特点：强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝特点：强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝 焊接性良好焊接性良好 是是焊接结构中应用最广的铝合金焊接结构中应用

6、最广的铝合金热处理强化铝合金：通过固溶、淬火、时效等工艺提高热处理强化铝合金：通过固溶、淬火、时效等工艺提高 力学性能力学性能 经热处理：可显著提高抗拉强度经热处理：可显著提高抗拉强度 焊接性较差：熔焊时产生焊接裂纹的倾向较大，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焊接接头的力学性能下降 包括：硬铝、超硬铝、锻铝等包括：硬铝、超硬铝、锻铝等类类别别牌号牌号主主 要要 化化 学学 成成 分分 (质量分数质量分数) （%）原牌号原牌号CuMgMnFeSiZnNiCrTiBeAlFe+Si工工业业纯纯铝铝1A990.050.0030.00299.99LG51A970.05

7、0.0150.01599.97LG41A850.010.100.0899.85LG110700.040.030.030.250.20.040.0399.810350.050.350.4099.300.60L412000.050.050.050.100.0599.001.00L58A060.100.100.100.500.550.10余量余量1.00L6防防锈锈铝铝5A020.102.02.8 0.150.40.40.40.15余量余量0.6LF25A030.103.23.8 0.300.6 0.50 0.500.8 0.200.15LF350520.12.22.80.10.40.250.10.

8、150.3550830.104.04.9 0.41.00.400.400.250.050.250.15LF45A050.104.85.5 0.300.6 0.500.500.20LF55B050.204.75.7 0.200.60.40.40.150.6LF105A120.058.39.6 0.400.8 0.300.300.200.10Sb0.0040.050.050.150.05LF123003 0.050.21.01.50.70.60.103A210.200.051.01.60.700.60.100.15LF21表表5-2 常用铝及铝合金的牌号及化学成分常用铝及铝合金的牌号及化学成分 2

9、、铝及铝合金的牌号、成分及性能、铝及铝合金的牌号、成分及性能硬硬铝铝2A02 2.63.2 2.02.4 0.450.70.300.300.100.15余余量量LY22A04 3.23.7 2.12.60.50.80.300.300.100.050.40.0010.005LY42A06 3.84.3 1.72.30.51.00.500.500.100.030.150.0010.005LY62B11 3.84.5 0.40.8 0.400.80.500.500.100.15LY82A10 3.94.50.150.3 0.300.50.200.250.100.15LY102A11 3.84.80.

10、400.8 0.400.80.700.700.300.100.15Fe+Ni0.7LY112A12 3.84.9 1.21.8 0.300.90.500.500.300.100.15Fe+Ni0.5LY122A13 4.05.00.300.50.600.700.600.100.15LY13锻锻铝铝6A02 0.20.60.450.9或或Cr0.150.350.500.501.20.2_0.15_余余量量_LD22A70 1.92.5 1.41.80.20.91.50.350.30.91.50.020.1_LD72A90 3.54.5 0.40.80.20.51.0 0.51.00.31.82.

11、30.15_LD92A14 3.94.8 0.40.80.41.00.70.61.20.30.10.15_LD10超超硬硬铝铝7A03 1.82.4 1.21.60.100.200.206.06.7_0.050.020.08_余余量量_LC37A04 1.42.0 1.82.8 0.200.60.500.505.07.0_0.100.25_LC47A09 1.22.0 2.03.00.150.50.55.16.1_0.160.30_LC97A10 0.51.0 3.04.0 0.200.35 0.300.303.24.2_0.100.20.05_LC10特特殊殊铝铝4A010.20_0.64.

12、56.0Zn+Sn0.10_0.15_余余量量_LT14A17Cu+Zn0.150.050.50.511.012.5_0.15_Ca0.10LT17类别类别合金合金牌号牌号材料状态材料状态抗拉强度抗拉强度 b /MPa屈服强度屈服强度 s /MPa伸长率伸长率 (%)断面收缩率断面收缩率 (%)布氏硬度布氏硬度HB工业工业纯铝纯铝1A99固溶态固溶态45 0.2=10 5=50178A06退火退火903030251035冷作硬化冷作硬化1401001232防锈铝防锈铝3A21退火退火冷作硬化冷作硬化130160501302010705530405A02退火退火冷作硬化冷作硬化200250100

13、21023645605A055B05退火退火2701502370硬铝硬铝2A11淬火淬火+自然时效自然时效退火退火包铝的，淬火包铝的，淬火+自然时效自然时效包铝的，退火包铝的，退火42021038018024011022011018181818355810045100452A12淬火淬火+自然时效自然时效退火退火包铝的，淬火包铝的，淬火+自然时效自然时效包铝的，退火包铝的，退火47021043018033011030010017181818305510542105422A01淬火淬火+自然时效自然时效退火退火300160170602424507038锻铝锻铝6A02淬火淬火+人工时效人工时效淬

14、火淬火退火退火323.4215.6127.4274.4117.660122224205065956530超硬铝超硬铝7A04淬火淬火+人工时效人工时效退火退火588254.8539127.41213150表表5.3 常用铝及铝合金的力学性能常用铝及铝合金的力学性能 合合 金金密度密度/ gcm3比热容比热容C/ Jg-1-1热导率热导率 / Jcm-1s-1-1线膨胀系数线膨胀系数 /10-6-1电导率电导率/10-6cm1002520 10020纯铝纯铝3A215A035A062A122A166A022A142.7 2.693 2.67 2.64 2.78 2.70 2.80 2.850.9

15、01.000.880.920.920.880.790.832.211.801.461.171.171.381.751.5923.623.223.523.722.722.623.522.52.6653.454.966.735.796.103.704.30表表5-4 铝及铝合金的物理性能铝及铝合金的物理性能 5.1.2 铝及铝合金的焊接性铝及铝合金的焊接性化学活性很强：表面极易形成难熔氧化膜化学活性很强：表面极易形成难熔氧化膜 Al2O3熔点熔点2050，MgO熔点熔点2500导热性强导热性强 1）焊接时易造成不熔合现象）焊接时易造成不熔合现象氧化膜密度与铝的密度接近：氧化膜密度与铝的密度接近：

16、2）易成为焊缝金属的夹杂物）易成为焊缝金属的夹杂物氧化膜氧化膜(特别特别MgO存在不很致密氧化膜存在不很致密氧化膜)可吸收较多水分可吸收较多水分 3）焊缝气孔）焊缝气孔线膨胀系数大线膨胀系数大 4）焊接时容易产生翘曲变形）焊接时容易产生翘曲变形焊接方法焊接方法焊接性及适用范围焊接性及适用范围说说 明明工业工业纯铝纯铝铝锰铝锰合金合金铝镁铝镁合金合金铝铜铝铜合金合金适用厚度适用厚度/mm1070110030033004508350565052545420142024推荐推荐可用可用TIG焊焊(手工、自动手工、自动)好好好好好好好好很差很差110 0.925 填丝或不填丝，厚板需填丝或不填丝，厚板

17、需预热。交流电源预热。交流电源MIG焊焊(手工、自动手工、自动)好好好好好好好好差差84焊丝为电极，厚板需预焊丝为电极，厚板需预热和保温。直流反接热和保温。直流反接脉冲脉冲MIG焊焊(手工、自动手工、自动)好好好好好好好好差差21.68适用于薄板焊接适用于薄板焊接气焊气焊好好好好很差很差差差很差很差0.510 0.325适用于薄板焊接适用于薄板焊接焊条电弧焊焊条电弧焊尚好尚好尚好尚好很差很差差差很差很差38直流反接，需预热，操作直流反接，需预热，操作 性差性差电阻焊电阻焊(点焊、缝焊点焊、缝焊)尚好尚好尚好尚好好好好好尚好尚好0.730.14需要电流大需要电流大等离子弧焊等离子弧焊好好好好好好

18、好好差差110焊缝晶粒小，抗气孔性能好焊缝晶粒小，抗气孔性能好电子束焊电子束焊好好好好好好好好尚好尚好3753焊接质量好，适用于厚件焊接质量好，适用于厚件表表5-5 部分铝及铝合金的相对焊接性部分铝及铝合金的相对焊接性 1、焊缝中的气孔、焊缝中的气孔焊缝气孔：熔焊时最常见缺陷，特别纯铝、防锈铝焊缝气孔：熔焊时最常见缺陷，特别纯铝、防锈铝（1）铝及其合金熔焊时形成气孔原因）铝及其合金熔焊时形成气孔原因氢氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因氢的来源：氢的来源：弧柱气氛中的水分弧柱气氛中的水分焊材及母材所吸附的水分焊材及母材所吸附的水分弧柱气氛中水分的影响弧柱气

19、氛中水分的影响 由弧柱气氛中水分分解而来的氢，溶入过热熔融由弧柱气氛中水分分解而来的氢，溶入过热熔融金属中，凝固时来不及析出成为焊缝气孔。金属中，凝固时来不及析出成为焊缝气孔。图图 5-2 氢在铝中的溶解度氢在铝中的溶解度 （pH2=101kPa）平衡条件下：沿实线变化平衡条件下：沿实线变化凝固点时：凝固点时：0.690.036及：铝导热性强，熔合区冷及：铝导热性强，熔合区冷却速度快，不利于气泡浮出却速度快，不利于气泡浮出原因：原因：氢在铝中的溶解度氢在铝中的溶解度气孔特征：气孔特征：具有白亮内壁具有白亮内壁不同合金系不同合金系对弧柱气氛中水分的影响：对弧柱气氛中水分的影响：纯铝：纯铝： 对气

20、氛中的水分最为敏感对气氛中的水分最为敏感Al-Mg合金：合金： Mg含量含量 氢的溶解度、引起气孔的临界氢分压氢的溶解度、引起气孔的临界氢分压pH2 不太敏感不太敏感即：即：同样焊接条件下，纯铝焊缝产生气孔的倾向要大些同样焊接条件下，纯铝焊缝产生气孔的倾向要大些不同焊接方法不同焊接方法对弧柱气氛中水分的敏感性：对弧柱气氛中水分的敏感性：TIG焊焊：熔池金属表面与气体氢反应，因比表面积小：熔池金属表面与气体氢反应，因比表面积小 和熔池温度低于弧柱温度，吸收氢的条件不和熔池温度低于弧柱温度，吸收氢的条件不 如如MIG焊时容易焊时容易MIG焊焊：焊丝以细小熔滴形式通过弧柱落入熔池，由：焊丝以细小熔滴

21、形式通过弧柱落入熔池，由 于弧柱温度高，熔滴比表面积大，于弧柱温度高，熔滴比表面积大，熔滴金属熔滴金属 易于吸收氢易于吸收氢同时：同时：MIG焊的熔深一般大于焊的熔深一般大于TIG焊的熔深焊的熔深 不利于气泡的浮出不利于气泡的浮出因而，因而，在同样的气氛条件下，在同样的气氛条件下，MIG焊时焊缝气孔倾向焊时焊缝气孔倾向 比比TIG焊时大焊时大氧化膜中水分的影响氧化膜中水分的影响正常焊接条件：气氛中的水分已严格限制正常焊接条件：气氛中的水分已严格限制生成焊缝气孔主要原因：生成焊缝气孔主要原因：焊丝或工件氧化膜中所吸附焊丝或工件氧化膜中所吸附 水分水分 氧化膜不致密、吸水性强的铝合金（如氧化膜不致

22、密、吸水性强的铝合金（如Al-Mg合合金），比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。金），比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。 Al-Li合金的氧化膜更易吸收水分而促使产生气孔合金的氧化膜更易吸收水分而促使产生气孔 MIG焊由于熔深大，坡口端部的氧化膜能迅速熔焊由于熔深大，坡口端部的氧化膜能迅速熔化，有利于氧化膜中水分的排除，氧化膜对焊缝气孔化，有利于氧化膜中水分的排除，氧化膜对焊缝气孔的影响就小得多的影响就小得多表表5.6 纯铝焊丝表面清理方法对焊缝含氢量的影响纯铝焊丝表面清理方法对焊缝含氢量的影响 处理方法处理方法未处理未处理不完全的不完全的机械刮削机械刮削15%NaOH（2min）+15

23、%HNO3(8min)+水洗干燥水洗干燥沸腾蒸馏水中加热沸腾蒸馏水中加热1h，室内存放，室内存放1d气体总量气体总量 /mL 100g-12.81.61.08.7氢量氢量 /mL 100g-12.11.30.76.9氢体积比率氢体积比率 (%)74.981.370.079.3 若为若为Al-Mg合金焊丝，对焊缝含氢量影响更显著合金焊丝，对焊缝含氢量影响更显著 严格限制弧柱气氛水分的严格限制弧柱气氛水分的MIG条件下，用条件下，用Al-Mg合金焊丝合金焊丝比用纯铝焊丝时具有比用纯铝焊丝时具有更大气孔倾向更大气孔倾向TIG焊：在熔透不足的情况下，焊：在熔透不足的情况下，母材坡口根部未除净母材坡口根

24、部未除净 的氧化膜所吸附的水分的氧化膜所吸附的水分是气孔的主要原因是气孔的主要原因氧化膜：提供了氢的来源氧化膜：提供了氢的来源 能使气泡聚集附着能使气泡聚集附着坡口端部氧化膜引起的气孔：坡口端部氧化膜引起的气孔： 分布：沿着熔合区原坡口边缘分布分布：沿着熔合区原坡口边缘分布 颜色：内壁呈氧化色颜色：内壁呈氧化色Al-Mg合金：比纯铝更易于形成疏松而吸水性强的厚氧合金：比纯铝更易于形成疏松而吸水性强的厚氧 化膜，所以化膜，所以Al-Mg合金更易产生这种氧化膜气孔合金更易产生这种氧化膜气孔焊接铝镁合金时，焊前须仔细清除坡口端部的氧化膜焊接铝镁合金时，焊前须仔细清除坡口端部的氧化膜皮下气孔：皮下气孔

25、： Al-Mg合金气焊或合金气焊或TIG焊慢速焊条件下，焊慢速焊条件下， 母材表面氧化膜也会在近缝区引起母材表面氧化膜也会在近缝区引起“气孔气孔” 以表面密集的小颗粒状的以表面密集的小颗粒状的“鼓泡鼓泡”形式呈现出来形式呈现出来（2）防止焊缝气孔的途径）防止焊缝气孔的途径1）减少氢的来源）减少氢的来源a、焊材要严格限制含水量，使用前需干燥处理、焊材要严格限制含水量，使用前需干燥处理b、焊前处理：焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除、焊前处理：焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除 化学或机械方法，或两者并用化学或机械方法，或两者并用 （化学清洗后应及时施焊）（化学清洗后应及时施焊）表表5-7 铝合金化学

26、清洗溶液及处理方法示例铝合金化学清洗溶液及处理方法示例 作作 用用配配 方方处处 理理 方方 法法脱脂去油脱脂去油Na3PO4 50gNa2CO3 50gNa2SiO3 30gH2O 1000g在在60溶液中浸泡溶液中浸泡58min，然后在，然后在30热水中冲热水中冲洗、冷水中冲洗，用干净的布擦干洗、冷水中冲洗，用干净的布擦干清除氧化膜清除氧化膜NaOH（除氧化膜）（除氧化膜） 5%8%HNO3（光化处理）（光化处理） 30%50%5060；NaOH中浸泡（纯铝中浸泡（纯铝20min，铝镁合金，铝镁合金510min），用冷水冲洗。然后在），用冷水冲洗。然后在30%HNO3中浸中浸泡（泡（1mi

27、n）。最后在）。最后在5060热水中冲洗，放在热水中冲洗，放在100110干燥箱中烘干或风干干燥箱中烘干或风干c、正反面全面保护，配以坡口刮削、正反面全面保护，配以坡口刮削d、将坡口下端根部刮去一个倒角、将坡口下端根部刮去一个倒角(成为倒成为倒V形小坡口形小坡口) 防止根部氧化膜引起的气孔防止根部氧化膜引起的气孔图图 铲根对焊缝气孔的影响铲根对焊缝气孔的影响（Al-4Mg-1Mn，MIG）1未铲根未铲根 2铲根铲根e、焊接时铲焊根、焊接时铲焊根f、MIG焊时，采用粗直径焊丝气孔倾向小焊时，采用粗直径焊丝气孔倾向小2）控制焊接工艺）控制焊接工艺焊接参数的影响：对熔池高温存在时间的影响焊接参数的影

28、响：对熔池高温存在时间的影响 即对即对氢溶入时间和氢析出时间影响氢溶入时间和氢析出时间影响熔池高温存在时间增长：有利于氢的逸出，熔池高温存在时间增长：有利于氢的逸出， 但也有利于氢的溶入；但也有利于氢的溶入；熔池高温存在时间减少：可减少氢的溶入，熔池高温存在时间减少：可减少氢的溶入， 但也不利于氢的逸出但也不利于氢的逸出焊接参数不当：如造成氢溶入量多而又不利于逸出时焊接参数不当：如造成氢溶入量多而又不利于逸出时 气孔倾向势必增大气孔倾向势必增大TIG焊参数选择：焊参数选择： 一方面采用小热输入以减少熔池存在时间，从而一方面采用小热输入以减少熔池存在时间，从而减少气氛中氢的溶入，因而须减少气氛中

29、氢的溶入，因而须适当提高焊接速度适当提高焊接速度； 同时又要保证根部熔合，以利根部氧化膜中的气同时又要保证根部熔合，以利根部氧化膜中的气泡浮出，又须泡浮出，又须适当增大焊接电流适当增大焊接电流图图 5-3 焊接工艺参数对气孔倾向的影响（焊接工艺参数对气孔倾向的影响（5A06，TIG）大电流配合较高焊速大电流配合较高焊速MIG焊：焊丝氧化膜的影响更明显焊：焊丝氧化膜的影响更明显 增大熔池时间以利气泡逸出增大熔池时间以利气泡逸出图图 5-5 MIG焊接时焊缝气孔倾向与焊接工艺参数的关系焊接时焊缝气孔倾向与焊接工艺参数的关系（板（板Al-2.5%Mg，焊丝，焊丝Al-3.5%Mg）降低焊速和提高热输

30、入降低焊速和提高热输入图图 5-5 板厚及接头形式对焊缝气体含量的影响（板厚及接头形式对焊缝气体含量的影响（MIG）1对接接头对接接头 2T形接头形接头薄板焊接：热输入增大薄板焊接：热输入增大减少焊缝中气体含量减少焊缝中气体含量中厚板焊接：热输入增大影响不明显中厚板焊接：热输入增大影响不明显接头冷却条件：可采取预热来降低接头冷却速度，接头冷却条件：可采取预热来降低接头冷却速度， 以利气体逸出，减少焊缝气孔倾向以利气体逸出，减少焊缝气孔倾向T形接头的冷却速度是对接接头的形接头的冷却速度是对接接头的1.5倍倍改变弧柱气氛的性质改变弧柱气氛的性质如氩弧焊时，如氩弧焊时，Ar中中+少量少量CO2或或O

31、2等氧化性气体等氧化性气体 使氢发生氧化而减小氢分压使氢发生氧化而减小氢分压 减少气孔生成倾向减少气孔生成倾向CO2或或O2的数量要适当控制：的数量要适当控制： 数量少时无效果数量少时无效果 过多时又会使焊缝表面氧化严重而发黑过多时又会使焊缝表面氧化严重而发黑2、焊接热裂纹、焊接热裂纹热裂纹：焊缝凝固裂纹、近缝区液化裂纹热裂纹：焊缝凝固裂纹、近缝区液化裂纹1）铝合金焊接热裂纹的特点）铝合金焊接热裂纹的特点理论上：最大裂纹倾向与合金最大凝固温度区间相对应理论上：最大裂纹倾向与合金最大凝固温度区间相对应实际上：实际上：图图5-6 Al-Mg合金焊缝凝固裂纹与含合金焊缝凝固裂纹与含Mg量量的关系（的

32、关系（T形角接接头）形角接接头）1连续焊道连续焊道 2断续焊道断续焊道焊缝裂纹倾向最大时成分焊缝裂纹倾向最大时成分xm：2%Mg附近附近 并非凝固温度区间最大并非凝固温度区间最大 （l5.36%Mg）的合金）的合金易熔共晶的存在易熔共晶的存在，是焊缝产生凝固裂纹的重要原因之一，是焊缝产生凝固裂纹的重要原因之一原因：原因：焊接加热和冷却过程都很快，使焊接加热和冷却过程都很快，使合金来不及建立平衡状合金来不及建立平衡状 态态，固相与液相之间的扩散来不及进行，先凝固的固相，固相与液相之间的扩散来不及进行，先凝固的固相 中合金元素含量少，而液相中却含较多合金元素，以致中合金元素含量少，而液相中却含较多

33、合金元素，以致 可在较少的平均浓度下就出现可在较少的平均浓度下就出现共晶共晶 铝合金铝合金线膨胀系数大线膨胀系数大，在拘束条件下焊接时易产生较，在拘束条件下焊接时易产生较大焊接应力，是促使其具有较大裂纹倾向原因之一大焊接应力，是促使其具有较大裂纹倾向原因之一近缝区液化裂纹：与晶间易熔共晶有联系，是在不平近缝区液化裂纹：与晶间易熔共晶有联系，是在不平 衡焊接加热条件下因偏析而形成的衡焊接加热条件下因偏析而形成的2）防止焊接热裂纹的途径）防止焊接热裂纹的途径焊缝金属的凝固裂纹：焊缝金属的凝固裂纹：合理确定焊缝的合金成分，并合理确定焊缝的合金成分，并 配合适当焊接工艺来进行控制配合适当焊接工艺来进行

34、控制合金系的影响合金系的影响Al+Cu、Mn、Si、Mg、Zn等等获得不同性能合金获得不同性能合金裂纹敏感性不同裂纹敏感性不同调整焊缝合金系的着眼点：调整焊缝合金系的着眼点：从抗裂角度考虑：在于控制适量的易熔共晶并缩小从抗裂角度考虑：在于控制适量的易熔共晶并缩小 结晶温度区间结晶温度区间 图图5-9 焊丝成分对不同母材焊丝成分对不同母材焊缝热裂倾向的影响焊缝热裂倾向的影响13A21 2Al-2.5%Mg 3Al-3.5%Mg 4Al-5.2%MgAl-Mg合金焊接：合金焊接：焊丝：焊丝：wMg%3.5% 或或5%为好为好Al-Mn合金焊接：合金焊接：焊丝：焊丝： wMg%8% 改善焊缝抗裂性改

35、善焊缝抗裂性高强铝合金：高强铝合金： 如硬铝，裂纹倾向大如硬铝，裂纹倾向大 在原合金系中进行成分调整以改善抗裂性，成效在原合金系中进行成分调整以改善抗裂性，成效 不大不大 采用含采用含wSi=5%的的Al-Si合金焊丝合金焊丝（4A01）来解决）来解决 抗裂问题抗裂问题原因：可形成较多易熔共晶，流动性好，具有很好原因：可形成较多易熔共晶，流动性好，具有很好 “愈合愈合”作用，有很高抗裂性能作用，有很高抗裂性能 图图 5-10 Al-Cu-Mg及及Al-Cu-Mn系合金的凝固裂纹倾向系合金的凝固裂纹倾向与合金组成的关系（铸环抗裂试验）与合金组成的关系（铸环抗裂试验）a）Al-Cu-Mg合金合金

36、b）Al-Cu-Mn合金合金Al-Cu系硬铝合金：为改善焊接性而设计硬铝合金系硬铝合金：为改善焊接性而设计硬铝合金2A122A2A162A16： Al-Cu-Mn合金合金 Mg可降低可降低Al-Cu合金中合金中Cu的溶解度，促使增大脆性温的溶解度，促使增大脆性温 度区间，故取消度区间，故取消Al-Cu-Mg中的中的Mg，添加少量，添加少量Mn(wMn1%)Al-Cu-Mn合金合金: wCu=6%7%时，正处裂纹倾向不大区域时，正处裂纹倾向不大区域 Mn：能提高再结晶温度而改善热强性，可作耐热：能提高再结晶温度而改善热强性，可作耐热 铝合金应用铝合金应用 wTi=0.1%0.2%：细化晶粒：细化

37、晶粒 wFe0.3%：降低强度和塑性：降低强度和塑性 wSi0.2%时：增大裂纹倾向时：增大裂纹倾向 特别特别Si、Mg同时存在时，裂纹倾向更严重同时存在时，裂纹倾向更严重 限制限制wMg0.05%超硬铝：焊接性差，尤其熔焊时易产生裂纹超硬铝：焊接性差，尤其熔焊时易产生裂纹 且接头强度远低于母材且接头强度远低于母材 Cu：影响最大，在：影响最大，在Al-6%Zn-2.5%Mg中只加入中只加入 wCu=0.2%即可引起焊接裂纹即可引起焊接裂纹Al-Zn-Mg系合金：焊接裂纹倾向小系合金：焊接裂纹倾向小 所用焊丝不许含所用焊丝不许含Cu，且应提高，且应提高Mg含量，同时要求含量，同时要求wMgwZ

38、n Zn及及Mg增多时，强度增高但耐蚀性下降增多时，强度增高但耐蚀性下降 焊后仅靠自然时效，接头强度即可基本恢复到母材水平焊后仅靠自然时效，接头强度即可基本恢复到母材水平高强铝合金焊丝：含高强铝合金焊丝：含Ti、Zr、V、B等微量元素等微量元素 细化晶粒、改善塑性、韧性细化晶粒、改善塑性、韧性 显著提高抗裂性能显著提高抗裂性能图图5-11 母材与焊丝组合的抗热裂性试验母材与焊丝组合的抗热裂性试验(刚性刚性T形接头；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）（括号中数字为母材代号，无括号的数字为焊丝代号）焊丝成分的影响焊丝成分的影响1）采用成分与母材相同焊丝时，具有较大裂纹

39、倾向）采用成分与母材相同焊丝时，具有较大裂纹倾向2）Al-5%Si焊丝焊丝4043、 Al-5%Mg焊丝焊丝5A05或或5556抗裂效果满意抗裂效果满意3）Al-Zn-Mg合金专用焊丝合金专用焊丝X5180 （Al-4%Mg-2%Zn-0.15%Zr） 具有相当高的抗裂性能具有相当高的抗裂性能焊接参数的影响焊接参数的影响焊接参数焊接参数影响影响凝固过程凝固过程不平衡性不平衡性凝固组织状态凝固组织状态应力变化应力变化影响影响裂纹产生裂纹产生热能集中焊接方法：热能集中焊接方法： 可防止形成方向性强的粗大柱状晶可防止形成方向性强的粗大柱状晶可以改善抗裂性可以改善抗裂性小焊接电流：小焊接电流：可减少熔

40、池过热，有利于改善抗裂性可减少熔池过热，有利于改善抗裂性焊接速度提高焊接速度提高：促使增大焊接接头应力，增大热裂倾向促使增大焊接接头应力，增大热裂倾向大部分铝合金的裂纹倾向都比较大大部分铝合金的裂纹倾向都比较大 即使采用合理焊丝，熔合比大时，裂纹倾向也必然增大即使采用合理焊丝，熔合比大时，裂纹倾向也必然增大增大焊接电流是不利的，而且应避免断续焊接增大焊接电流是不利的，而且应避免断续焊接3、焊接接头的、焊接接头的“等强性等强性”表表5-8 铝合金母材及焊接接头（铝合金母材及焊接接头（MIG焊）的力学性能比较焊）的力学性能比较 合合 金金母母 材（最小值）材（最小值）接头（焊缝余高削除）接头（焊缝

41、余高削除）状状 态态b /MPa s/MPa (%)焊焊 丝丝焊后热处理焊后热处理b/MPa s /MPa (%)Al-Mg (5052)退退 火火173662053562009618冷冷 作作2341786535619382.318Al-Cu-Mg(2024)退退 火火22010916404320710915535620710915固溶固溶+自然时效自然时效4272751540432802013.153562951943.9同母材同母材2892754同母材同母材 自然时效自然时效1个月个月3714AL-Cu(2219)固溶固溶+人工时效人工时效4633831023192852083Al-Zn

42、-Mg-Cu(7075)固溶固溶+人工时效人工时效53648274043人工时效人工时效3092003.7Al-Zn-Mg(X7005)固溶固溶+自然时效自然时效35222518X5180 自然时效自然时效1个月个月3162147.3固溶固溶+人工时效人工时效35230415X5180 自然时效自然时效1个月个月3122146.2Al-Zn-Mg(7039)4614021153563241968Al-Cu-Li(weldalite049)固溶固溶+人工时效人工时效65023193432373.9非时效强化铝合金如非时效强化铝合金如Al-Mg合金：合金： 冷作状态下焊接时接头有冷作状态下焊接时接

43、头有软化软化现象现象时效强化铝合金：时效强化铝合金： 焊后不经热处理，接头强度均低于母材焊后不经热处理，接头强度均低于母材 特别硬铝：即使焊后经人工时效处理特别硬铝：即使焊后经人工时效处理 接头强度系数接头强度系数3的的5000系的焊丝：系的焊丝： 避免在使用温度避免在使用温度65以上的结构中采用以上的结构中采用 因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感牌牌 号号化化 学学 成成 分分 (质量分数质量分数) (%)SiFeCuMnMgCrZnV、ZrTi其他其他Al每种每种合计合计10700.200.250.040.030.030.040.030.0399.701100

44、 HS301Si+Fe1.00.050.20.050.100.05 0.15 99.001200Si+Fe1.00.050.050.100.050.05 0.15 99.0023190.200.30 5.86.8 0.20.4 0.020.10V0.050.15Zr0.100.250.100.20 0.05 0.15余量余量4043 HS311 4.56.00.80.300.050.050.100.200.05 0.15余量余量4047 HL40011.013.0 0.80.300.150.100.200.05 0.15余量余量4145 HL402 9.310.70.83.34.70.150.

45、150.150.200.05 0.15余量余量55540.250.400.100.501.02.43.00.050.20 0.250.050.20 0.05 0.15余量余量5654Si+Fe0.450.050.01 3.13.90.150.35 0.200.050.15 0.05 0.15余量余量53560.250.400.100.050.24.55.50.050.20 0.100.060.20 0.05 0.15余量余量5556 HS3310.250.400.100.501.04.75.50.050.20 0.250.050.20 0.05 0.15余量余量51830.400.400.10

46、0.501.04.35.20.050.25 0.250.150.05 0.15余量余量表表5.9 铝及铝合金焊丝的化学成分铝及铝合金焊丝的化学成分 焊接气体：焊接气体：Ar、He Ar技术要求：技术要求：Ar99.9%，wO0.005%，wH0.005%， w水分水分0.02mg/L，wN0.015% wO 、 wN 恶化阴极雾化作用恶化阴极雾化作用 wO：0.3%使钨极烧损加剧使钨极烧损加剧 0.1%使焊缝表面无光泽或发黑使焊缝表面无光泽或发黑TIG焊：焊：交流加高频焊接选用纯交流加高频焊接选用纯Ar，适用大厚板；，适用大厚板； 直流正极性焊接选用直流正极性焊接选用Ar+He或纯或纯HeMI

47、G焊：焊： 板厚板厚25mm时，采用纯时，采用纯Ar； 板厚板厚=2550mm时，时，10%35%He的的Ar+He混合气体；混合气体； 板厚板厚=5075mm时，时， 35%50%He的的Ar+He混合气体；混合气体； 板厚板厚75mm时，添加时，添加50%75%He的的Ar+He混合气体混合气体3、焊前清理和预热、焊前清理和预热1）化学清理）化学清理 效率高，质量稳定效率高，质量稳定 适用于：清理焊丝以及尺寸不大、批量生产的工件适用于：清理焊丝以及尺寸不大、批量生产的工件溶液溶液浓度浓度温度温度/ 容器材料容器材料工序工序目的目的硝酸硝酸50%水水50%硝酸硝酸1824不锈钢不锈钢浸浸15

48、min，在冷水中漂洗，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥然后在热水中漂洗，干燥去除薄的氧化膜，去除薄的氧化膜，供熔焊用供熔焊用氢氧化钠氢氧化钠+硝酸硝酸5%氢氧化钠氢氧化钠95%水水70低碳钢低碳钢浸浸1060s，在冷水中漂洗，在冷水中漂洗去除厚氧化膜，适去除厚氧化膜，适用于所有焊接方法和用于所有焊接方法和钎焊方法钎焊方法浓硝酸浓硝酸1824不锈钢不锈钢浸浸30s，在冷水中漂洗，然，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥后在热水中漂洗，干燥硫酸硫酸铬酸铬酸硫酸硫酸CrO3水水7080衬铝的衬铝的钢罐钢罐浸浸23min，在冷水中漂，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，洗，然后在热水中漂洗，干燥干燥去

49、除因热处理形成去除因热处理形成的氧化膜的氧化膜磷酸磷酸铬酸铬酸磷酸磷酸CrO3水水93不锈钢不锈钢浸浸510min，在冷水中漂，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，洗，然后在热水中漂洗，干燥干燥去除阳极化处理去除阳极化处理镀层镀层表表5-10 去除铝表面氧化膜的化学处理方法去除铝表面氧化膜的化学处理方法 焊丝清洗后：焊丝清洗后：在在150200烘箱内烘焙烘箱内烘焙0.5h，然后存放在，然后存放在100 烘箱内随用随取烘箱内随用随取焊件清洗过：焊件清洗过：应立即进行装配、焊接应立即进行装配、焊接2）机械清理）机械清理 先用丙酮或汽油擦洗工件表面油污，然后根据零件形状采用先用丙酮或汽油擦洗工件表面油污

50、，然后根据零件形状采用切削方法，也可使用刮刀、锉刀等。切削方法，也可使用刮刀、锉刀等。 较薄的氧化膜可采用不锈钢钢丝刷清理，不宜采用砂纸或砂较薄的氧化膜可采用不锈钢钢丝刷清理，不宜采用砂纸或砂轮打磨。轮打磨。 清理后的焊丝、工件焊前存放时间一般不要超过清理后的焊丝、工件焊前存放时间一般不要超过12h3）焊前预热）焊前预热 焊前最好不预热，因为预热可加大热影响区的宽度，降低焊前最好不预热，因为预热可加大热影响区的宽度，降低铝合金焊接接头的力学性能。铝合金焊接接头的力学性能。厚度厚度58mm的厚大铝件焊前需进行预热：以防变形和未焊透，的厚大铝件焊前需进行预热：以防变形和未焊透， 减少气孔等缺陷减少

51、气孔等缺陷 通常预热到通常预热到90即足以保证在始焊处有足够的熔深即足以保证在始焊处有足够的熔深 wMg=4.0%5.5%的铝镁合金的预热温度不应超过的铝镁合金的预热温度不应超过904、焊接工艺要点、焊接工艺要点1）铝及铝合金的气焊）铝及铝合金的气焊 用于：用于：0.510mm厚的铝及铝合金件厚的铝及铝合金件 对质量要求不高或补焊的铝及铝合金铸件对质量要求不高或补焊的铝及铝合金铸件 气焊的坡口形式及尺寸气焊的坡口形式及尺寸 气焊溶剂的选用气焊溶剂的选用 气焊操作气焊操作 焊后处理焊后处理2）铝及铝合金的钨极氩弧焊（）铝及铝合金的钨极氩弧焊（TIG焊）焊） 适于：厚度适于：厚度3mm的铝及铝合金

52、薄板的铝及铝合金薄板 交流交流TIG焊：焊： 具有去除氧化膜的清理作用具有去除氧化膜的清理作用 不用熔剂，避免了焊后熔剂残渣对接头的腐蚀，不用熔剂，避免了焊后熔剂残渣对接头的腐蚀， 接头形式不受限制，接头形式不受限制， 焊缝成形良好、表面光亮焊缝成形良好、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 的组织性能，适于全位置焊接的组织性能，适于全位置焊接 不用熔剂，焊前清理要求比其他焊接方法严格不用熔剂，焊前清理要求比其他焊接方法严格焊接铝及铝合金最适宜：焊接铝及铝合金最适宜：交流交流TIG焊和交流脉冲焊和交流脉冲TIG焊焊交流交流TIG

53、焊：焊：可在载流能力、电弧可控性以及电弧清理等方面可在载流能力、电弧可控性以及电弧清理等方面 实现最佳配合实现最佳配合 大多数采用交流电源大多数采用交流电源 直流正接时：热量产生于工件表面，熔深大直流正接时：热量产生于工件表面，熔深大 即使厚截面也不需预热，母材几乎不变形即使厚截面也不需预热，母材几乎不变形 直流反接时：对连续焊或补焊壁厚直流反接时：对连续焊或补焊壁厚2.4mm以下的铝合金件以下的铝合金件 仍有着熔深浅、电弧易控制等优点仍有着熔深浅、电弧易控制等优点板厚板厚/mm钨极直径钨极直径/mm焊接电流焊接电流/A焊丝直径焊丝直径/mm氩气流量氩气流量/L min-1喷嘴孔径喷嘴孔径/m

54、m焊接层数焊接层数正面正面/背面背面预热温度预热温度/备注备注1240601.6798正正1卷边焊卷边焊2239012022.5812812对接焊对接焊4418020031015101212/16524028041620141612/1102803404534/1210015014563403805620241620180200162063403802530162223/232002602225673604003035202234/34表表5-11 纯铝、铝镁合金手工纯铝、铝镁合金手工TIG焊的工艺参数焊的工艺参数 为了防止起弧处及收弧处产生裂纹等缺陷，有时为了防止起弧处及收弧处产生裂纹等缺陷

55、，有时需要加需要加引弧板和引出板引弧板和引出板焊件厚度焊件厚度/mm焊件焊件层数层数钨极直径钨极直径/mm焊丝直径焊丝直径/mm喷嘴直径喷嘴直径/mm氩气流量氩气流量/L min-1焊接电流焊接电流/A送丝速度送丝速度/m h-1111.521.681056120160231.621214180220657041252310141418240280707568235631418182475808126343003408085表表5-12 自动自动TIG焊的工艺参数焊的工艺参数 交流脉冲交流脉冲TIG焊：焊：特别适用于焊接铝合金精密零件特别适用于焊接铝合金精密零件 增加脉冲可减小热输入，有利于薄

56、铝件的焊接增加脉冲可减小热输入，有利于薄铝件的焊接 加热速度快、高温停留时间短、对熔池有搅拌作用，焊接加热速度快、高温停留时间短、对熔池有搅拌作用，焊接 薄板、硬铝可得到满意的结果薄板、硬铝可得到满意的结果 对仰焊、立焊、管子全位置焊、单面焊双面成形等，也可对仰焊、立焊、管子全位置焊、单面焊双面成形等，也可得到较好的焊接效果得到较好的焊接效果表表5-13 铝及铝合金交流脉冲铝及铝合金交流脉冲TIG焊的工艺参数焊的工艺参数 母材母材板厚板厚/mm钨极直径钨极直径/mm焊丝直径焊丝直径/mm电弧电压电弧电压/V脉冲电流脉冲电流/A基值电流基值电流/A脉宽比脉宽比 (%)气体流量气体流量/L min

57、-1频率频率/Hz5A031.532.51480453351.72.515955025A06221083442.52A122.513140523682.6表表5-14 铝及铝合金铝及铝合金TIG焊的焊的常见缺陷及防止措施常见缺陷及防止措施 缺缺 陷陷产生原因产生原因防止措施防止措施气孔气孔 氩气纯度低，焊丝或母材坡口附近有氩气纯度低，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；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，钨熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长极伸出过长 保证氩气纯度，选择合适气体流量；保证氩气纯度，选择合适气体流量；调整好钨极伸出

58、长度；焊前认真清理，清调整好钨极伸出长度；焊前认真清理，清理后及时焊接；正确选择焊接参数理后及时焊接；正确选择焊接参数裂纹裂纹 焊丝成分选择不当；熔化温度偏高；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；弧坑结构设计不合理；高温停留时间长；弧坑没填满没填满 选择成分与母材匹配的焊丝；加入引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设计焊接结构；减小焊接电流或适当增加焊接速度焊接速度未焊透未焊透 焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、坡口角度、焊接电

59、流均过小，钝边过大；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；提高操作技能等的清理；提高操作技能等焊缝夹钨焊缝夹钨 接触引弧所致；钨极末端形状与焊接电接触引弧所致；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热钨极尖端和错用了氧化性气体 采用高频高压脉

60、冲引弧；根据选用的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，缩短钨极伸出长接电流，增加钨极直径，缩短钨极伸出长度；更换惰性气体度；更换惰性气体咬咬 边边 焊接电流太大，电弧电压太高，焊炬摆焊接电流太大，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均匀；适当增加送丝速度或降低焊接速度3）铝及铝合金的熔化极氩弧焊（）铝及铝合金的熔化极氩弧焊（MIG焊）焊）MIG焊：焊：采用直