铝及铝合金焊接工艺研究毕业设计(论文)

摘要洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGEIVPAGE9铝及铝合金焊接工艺研究摘要铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。关键词：铝及铝合金手工氩弧焊焊接特点

英文题目ABSTRACTAluminumandaluminumalloyisthemostwidelyusedinindustryofaclassofnon-ferrousmetalstructurematerial,inaviation,aerospace,automotive,machinerymanufacturing,shippingandthechemicalindustryhasalargeapplication.Recentyears,withscienceandtechnologyandindustrialeconomicdevelopment,tothealuminumalloyweldingstructureoftheincreasingdemand,thealuminumalloyweldingsexresearchwillbefurther.Thewideapplicationofaluminumalloyaluminumalloyweldingtechnologypromotedthedevelopment,andweldingtechnologydevelopmentandexpandtheapplicationfieldofaluminumalloy,aluminumalloyweldingtechnologyisthereforebecomeoneofthehotspotintheresearch.KEYWORDS:AluminumandAluminumalloy、HandmadeArgonArcWelding、Weldingcharacteristics前言目录前言 1第一章铝及铝合金发展情况行业需求预测及行业报告 31.1.1铝合金的发展情况 31.1.2行业需求预测 31.1.3行业报告 4第二章铝及铝合金的性能分析其特点及焊接性 52.1铝及铝合金的分类分类成分和性能 52.1.1铝合金的分类 52.1.2铝合金的性能 82.1.3铝合金的焊接性 9第三章铝及铝合金的焊接工艺 103.1铝合金的焊接难点 103.2铝合金的焊接方法种类 103.3铝用焊接材料选择 133.3.1铝合金焊丝 133.3.2铝合金焊条 133.3.3焊丝的选择应注意的问题 143.4.铝合金焊接工艺方法 153.4.1铝合金的钨极氩弧焊（TIG） 153.4.2铝合金的熔化极氩弧焊（MIG） 193.4.3铝合金的激光焊（） 213.4.4铝合金的搅拌摩擦焊（FSW） 223.4.5铝合金的电子束焊接 243.5.焊接常见缺陷及防治措施 26第四章铝及铝合金的焊接材料的应用 304.1铝及铝合金的焊接材料的应用 30第五章×××××× 335.1×××××× 335.1.1×××××× 335.1.2×××××× 335.2×××××× 335.2.1×××××× 335.2.2×××××× 33结论 34谢辞 35参考文献 36附录 38外文资料翻译 39前言人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。历史上,材料被视为人类社会进化的里程碑。对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量。1万年以前,人类对石器进行加工,使之成为器皿和精致的工具,从而进入新石器时代。现在考古发掘证明我国在八千多年前已经制成实用的陶器,在六千多年前已经冶炼出黄铜,在四千多年前已有简单的青铜工具,在三千多年前已用陨铁制造兵器。我们的祖先在二千五百多年前的春秋时期已会冶炼生铁,比欧洲要早一千八百多年以上。18世纪,钢铁工业的发展,成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶,现代平炉和转炉镍管炼钢技术的出现,使人类真正进入了钢铁时代。同时，铜、铅、锌也大量得到应用,铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用，相继越来越多铝及铝合金制品开始出现在我们的生活中。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。而怎样使铝及铝合金材料运用在我们生活中，这就是我们研究的意义和目的。铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛的应用于各种焊接结构产品中。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。本文综述了铝合金几种不同的的焊接工艺：钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、搅拌摩擦焊（FSW），及其焊接和特点，并指出在焊接中存在的问题以及未来的发展趋势。随着这些相关行业的快速发展，铝合金材料的发展也已经形成一个良性的产业链，轻量化等优点也将让铝合金材料越来越多的进入更多的行业来替代以前的材料，其发展在这些行业中倍受青睐，相信铝合金材料在未来的发展中会有更大更好的发展。第1章标题第一章铝及铝合金发展情况行业需求预测及行业报告1.1.1铝合金的发展情况铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶铝合金及化学工业中已大量应用。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铸造铝合金产业发展迅速，截止至2011年再生系铸造铝合金产量已经达到428万吨，再原生系铸造铝合金产量升至184万吨。随着全球经济增长及铝型材用途不断扩展，全球铝型材的消耗量由2001年约869万吨增长至2009年约1550万吨，年复合增长率约为7.5%。预计2012年，全球铝型材消费量将达约1669万吨。2012年6月我国共出口铝合金锭41,102吨，同比2011年减少21.53%，环比5月份减少20.86%，同比环比均出现较为明显的下滑。我国铝合金板材料在未来五年的发展中的需求量将持续上涨。预计在2015年我国新能源汽车累计产销量将超过50万辆，乘用车需求超过1200万辆，届时，对铝合金板材的需求量将达到17万吨每年。在未来五年，我国将迎来铝合金板材发展的黄金时期。铝合金材料是我国铸造产业重点发展的新型材料，同时，它也将会被广泛的运用到其他行业，尤其是汽车、航空行业，另外，在近几年来，"铝代铜"现象的出现，也让新型铝合金材料成为电缆行业的新宠，随着这些相关行业的快速发展，铝合金材料的发展也已经形成一个良性的产业链，轻量化等优点也将让铝合金材料越来越多的进入更多的行业来替代以前的材料，其发展在这些行业中倍受青睐，相信铝合金材料在未来的发展中会有更大更好的发展。1.1.2行业需求预测铝加工产品应用广泛，建筑、汽车、高铁、飞机、电子等均用到铝材品种，市场存在很大需求。铝合金作为高性能轻型合金材料，将是新材料"十二五"规划中重点发展的新材料之一，并配套专项工程予以支持，电网投资为铝消费提供新亮点。在"十二五"期间，电线电缆行业将进入需求爆发期，而发展特高压将是电网发展的重中之重。预计"十二五"期间我国将投资超过5000亿元。2012年全国计划新开工城镇保障性安居工程700万套以上，基本建成500万套，按目前装修标准，每平米所消耗的铝合金更多，约1.4-1.5公斤来计算，将使2012年内的铝合金需求量增加35-37.5万吨。此外，我国目前的城市化率仅为46%，城市化的发展将有效增加对铝的需求。随着汽车节能、减轻重量的诉求，汽车用铝板将逐渐替代钢板，未来，汽车用铝板将有很大的市场，主要用于汽车引擎盖和车门。铝合金车轮是铝合金在汽车上第二个应用广泛的领域。因为质轻、散热性好并具有良好的外观，铝合金车轮逐渐代替了钢轮毂。1.1.3行业报告《中国新材料产业“十二五”发展规划》中指出，把铝合金将作为我国未来五年内重点发展的新型材料，我国铝合金板材料在未来五年的发展中的需求量将持续上涨。预计在2015年我国新能源汽车累计产销量将超过50万辆，乘用车需求超过1200万辆，届时，对铝合金板材的需求量将达到17万吨每年。在未来五年，我国将迎来铝合金板材发展的黄金时期。铝合金材料是我国铸造产业重点发展的新型材料，同时，它也将会被广泛的运用到其他行业，尤其是汽车、航空行业，另外，在近几年来，“铝代铜”现象的出现，也让新型铝合金材料成为电缆行业的新宠，随着这些相关行业的快速发展，铝合金材料的发展也已经形成一个良性的产业链，轻量化等优点也将让铝合金材料越来越多的进入更多的行业来替代以前的材料，其发展在这些行业中倍受青睐，相信铝合金材料在未来的发展中会有更大更好的发展。第二章铝及铝合金的性能分析其特点及焊接性2.1铝及铝合金的分类分类成分和性能2.1.1铝合金的分类铝合金可分为变形铝合金（双分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。铝合金分类示意见图1-1。铝合金的分类及性能特点按GB/T3190—1996和GB/T16474—1966的规定，铝合金牌号命名的基本原则是：可直接采用国际四位数字体系牌号。四位字符牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母。2×××为Al－Cu系，3×××为Al－Mn系，4×××为Al－Si系，5×××为Al－Mg系，6×××为Al－Mg－Si系，7×××为Al－Zn系，8×××为Al－其他元素，9×××为Al－备用系。样，我国变形铝合金的牌号表示法与国际上的通用方法基本一致。表2.1铝合金的分类及性能特点分类合金名称合金系性能特点示例变形铝合金非热处理强化铝合金防锈铝Al-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低3A21Al-Mg5A05热处理强化铝合金硬铝Al-Cu-Mg力学性能高2A11,2A12超硬铝Al-Cu-Mg-Zn硬度强度最高7A04,7A09锻铝Al-Mg-Si-Cu锻造性能好耐热性能好2A14,2A50Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70,2A80铸造铝合金简单铝硅合金Al-Si铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低ZL102特殊铝硅合金Al-Si-Mg铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高ZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109铝铜铸造合金Al-Cu耐热性好，铸造性能与抗蚀性差ZL201铝镁铸造合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好ZL301铝锌铸造合金Al-Zn能自动淬火，宜于压铸ZL401铝稀土铸造合金Al-Re耐热性能好—非热处理强化铝合金非热处理强化铝合金通过加工硬化、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，原先代号为LF××。Al－Mn合金和Al－Mg合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并且具有优异的抗腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接结构中应用最广的铝合金、超硬铝、锻铝等。硬铝硬铝的牌号是按铜的增加顺序编排的。Cu是硬铝的主要成分，为了得到高的强度，Cu含量一般应控制在4.0%～4.8%。Mn也是硬铝的主要成分，主要作用是消除铁对抗蚀性的不利的影响，还能细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，铜、硅、镁等元素能形成溶解于铝的化合物，从而促使硬铝合金在热处理时强化。退火状态下硬铝的抗拉强度为160～220MPa，经过淬火及时效后抗拉强度增加至312～460MPa。但硬铝的耐蚀性能差，为了提高合金的耐蚀性，常在硬铝板表面覆盖一层工业纯铝保护层。超硬铝合金中锌、镁、铜的平均总含量可达9.7%～13.5%，在当前航空航天工业中仍是强度最高和应用最多的一种轻合金材料。超硬铝的塑性和焊接性差，接头强度远低于母材。由于合金中锌含量较多，形成晶间腐蚀及焊接热裂纹的倾向较大。锻铝具有良好的热塑性，而且铜含量越少热塑性越好，适于作锻件用。具有中等强度和良好的抗蚀性，在工业中得到广泛应用。铝合金的新旧牌号对照见表2.2。类别新牌号旧牌号类别新牌号旧牌号防锈铝合金—5A025A035A055A065B05508350563A213003LF1LF2LF3LF5LF6LF10LF4LF5-1LF21—锻铝合金6A022A502B502A702A802A902A1460616063LD2LD5LD6LD7LD8LD9LD10LD30LD31硬铝合金2A012A02—2A042A062B112B122A102A112A122A132A162A17LY1LY2LY3LY4LY6LY8LY9LY10LY11LY12LY13LY16LY17超硬铝合金7A037A04—7A097A107003LC3LC4LC5LC9LC10LC122.1.2铝合金的性能铝合金的物理性能见表2.3合金密度/g·cm-1比热容（100℃）/J·kg-1·K-1热导率（25℃）/W·m-1·K-1线胀系数（20～100℃）/10-6K-1电阻率（20℃）/10-6Ω·m备注（原牌号）3A215A035A062A122A166A022A107A042.732.672.642.782.842.702.802.851009880921921880795836—180.0146.5117.2117.2138.2175.8159.123.722.722.623.522.523.13.454.966.735.796.103.704.304.20防锈铝LF21防锈铝LF3防锈铝LF6硬铝LY12硬铝LY16锻铝LD2锻铝LD10超硬铝LC4防锈铜器（铝锰合金、铝镁合金）主要用于要求高的塑性的焊接性、在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如油箱、汽油或润滑油导管、各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件等。铝合金被广泛应用航空航天、建筑、汽车、机械制造、电工、化学工业、商业等领域。铝合金在飞机制造中是主要的结构材料，它约占骨架质量的55%，而且大部分关键轴承部件，如涡轮发动机轴向压缩机叶片、机翼、骨架、外壳、尾翼等是由铝合金制造的。2.1.3铝合金的焊接性铝及铝合金焊接时具有以下特性:（1）铝的强氧化能力铝和氧的化学结合力很强，常温下表面就能被氧化而生成一层厚度为0.1~0.2μm的Al2O3薄膜，Al2O3的熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点(660℃)，而且体积质量大，约为铝的1.4倍。焊接过程中，Al2O3薄膜会阻碍熔化金属之间良好结合，形成夹渣，并且还会吸附水分，在焊缝中产生气孔。（2）较大的热导率和比热容铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍，焊接过程中大量热量被迅速传导到基体金属内部，因此消耗更多的热量。（3）热裂倾向大铝及铝合金的线胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%。因此，焊接时具有一定的热裂倾向。（4）容易形成气孔氮不溶于液态铝，铝也不含碳。因此，焊接铝及铝合金时在焊缝中不会产生N气孔和CO气孔，只可能产生氢气孔。氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g，而在660℃凝固温度时，氢的溶解度突然降至0.04mL/100g，使原来溶于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。同时，铝和铝合金的的密度小，气泡在熔池中的上升速度较慢，加上铝的导热性强，熔池冷凝快，因此，上升的气泡往往来不及退出而留在焊缝中成为气孔。（5）接头不等强度铝及铝合金的热影响区由于受焊接热循环作用而发生软化，强度降低，使接头与母材金属无法达到等强度。工业纯铝及非热处理强化铝合金的强度约为母材金属的75%~100%;热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材金属的40%~50%。（6）焊穿铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材金属温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至烧穿。REF_Ref168484390\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484424\h错误！未找到引用源。PAGE6PAGE29第三章铝及铝合金的焊接工艺3.1铝合金的焊接难点铝合金焊接有几大难点：（1）铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；（2）铝合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3其熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；（3）铝合金焊接容易产生气孔；（4）铝合金焊接易产生热裂纹；（5）线膨胀系数大，易产生焊接变形；（6）铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2～4倍。3.2铝合金的焊接方法种类铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他一些焊接方法也可以容易地将铝合金焊接在一起。针对铝合金焊接的难点，近些年来提出了几种新工艺（等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊、搅拌摩擦焊、激光焊等），在交通、航天、航空等行业得到了一定应用，几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点，焊后接头性能良好，并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表3.1。应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。表3.1铝合金常用焊接方法的特点及适用范围焊接方法特点适用范围手工电弧焊接头质量差用于铸铝件补焊及一般修理钨极氩弧焊焊缝金属致密，接头强度高、塑性好，可获得优质接头应用广泛，可焊接板厚1～20㎜钨极脉冲氩弧焊焊接过程稳定，热输入精确可调，焊件变形量小，接头质量高用于薄板、全位置焊接、装配焊接及对热敏感性强的锻铝、硬铝等高强度铝合金熔化极氩弧焊电弧功率大，焊接速度快用于厚件的焊接，可焊厚度为50㎜以下熔化极脉冲氩弧焊焊接变形小，抗气孔和抗裂性好，工艺参数调节广泛用于薄板或全位置焊，常用于厚度2～12㎜的工件等离子弧焊热量集中，焊接速度快，焊接变形和应力小，工艺较复杂用于对接焊要求比氩弧焊更高的场合真空电子束焊熔深大热影响区小，焊接变形量小接头力学性能好用于焊接尺寸较小的焊件激光焊焊接变形小，生产率高用于需进行精密焊接的焊件搅拌摩擦焊固态连接，可焊接难容涵的金属用于尺寸较大的焊件1.钨极氩弧焊(TIG)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，焊接接头的强度和塑性高，在工业中获得起来越广泛的应用。钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完善的焊接方法，但钨极氩弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下操作。2.熔化极氩弧焊(MIG)由于铝合金很容易氧化，所以不能够使用二氧化碳做保护气体，而使用惰性气体氩气做保护气体。我们目前的铝合金焊接多采用自动和半自动熔化极氩弧焊。自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大，热量集中，热量影响区小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高2～3倍。可以焊接厚度在50㎜以下的纯铝及铝合金板。例如，焊接厚度30㎜的铝板不必预热，只焊接正、反两层就可获得表面光滑、质量优良的焊缝。半自动熔化极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短焊缝及结构形状不规则的焊件，用半自动氩弧焊焊炬可方便灵活地进行焊接，但半自动焊的焊丝直径较细，焊缝的气孔敏感性较大。3.脉冲氩弧焊（1）钨极脉冲氩弧焊用这种方法可明显改善小电流焊接过程的稳定性，便于通过调节各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。焊件变形小、热影响区小，特别适用于薄板、全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。（2）熔化极脉冲氩弧焊可采用的平均焊接电流小，参数调节范围大，焊件的变形及热影响区小，生产率高，抗气孔及抗裂性好，适用于厚度在2～10㎜铝合金薄板的全位置焊接。4.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，特别适用于大批量生产的零、部件。5.搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊FSW（FrictionStirWelding）是由英国焊接研究所TWI（TheWeldingInstitute）1991年提出的新的固态塑性连接工艺。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位，通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦，摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使焊件压焊在一起。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化，是一种固态连接过程，故焊接时不存在熔焊的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料，如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000系列（Al-Cu）、5000系列（Al-Mg）、6000系列（Al-Mg-Si）、7000系列（Al-Zn）、8000系列（Al-Li）等。国外已经。进入工业化生产阶段，在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20m的结构件，美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。6.激光焊激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很大。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[6]。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。Huntington和Eager发现激光功率达到一定值时，铝合金对激光的吸收率会明显增大，Huntington和Eagar采用测热法，研究了CO2激光焊接纯铝和5456铝合金时，对激光的吸收情况，发现阳极氧化和喷砂处理可以明显提高铝对激光能量的吸收[7]。3.3铝用焊接材料选择3.3.1铝合金焊丝采用气焊、钨极氩弧焊等焊接铝合金时，需要加填充焊丝。铝及铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两大类。为了得到良好的焊接接头，应从焊接构件使用要求考虑，选择适合于母材的焊丝作为填充材料。如表3.2。表3.2铝及铝合金焊丝的型号（牌号）、成分与用途国标牌号主要成份(%)特性和用途相当AWSS301Al≥99.5塑性好、耐蚀。纯铝气焊、氩弧焊用ER1100S311Si5AlRem.抗裂性好，通用性大。铝合金气焊、氩弧焊用。不宜用高镁合金ER4043S321Mn1.3AlRem.良好的耐蚀性、可焊性及塑性。铝合金气焊、氩弧焊用ER3003S331Mg5Mn0.4

AlRem.耐蚀，强度高。铝合金氩弧焊用ER53565183Mg5AlRem.耐蚀、强度高，通用性大。铝合金氩弧焊用ER5183Al109TAl纯铝，耐蚀性好，但强度不高，纯铝焊接用E1100Al209TAlSi铝硅，抗裂性好，通用性大。铝合金焊接用，不宜焊接铝镁合金E4043Al309TAMn铝锰，强度高，耐蚀。铝合金焊接用E30033.3.2铝合金焊条铝合金焊条型号、规格与用途见表3.3。表3.3铝及铝合金焊条的型号（牌号）、规格与用途型号牌号药皮类型焊芯材质焊条规格/㎜用途E1100L109盐基型纯铝3.2，4.5345～355焊接纯铝板、纯铝容器E4043L209盐基型铝硅合金3.2，4.5345～355焊接铝板、铝硅铸件、一般铝合金、锻铝、硬铝（铝镁合金除外）E3003L309盐基型铝锰合金3.2，4.5345～355焊接铝锰合金、纯铝及其他铝合金3.3.3焊丝的选择应注意的问题选用铝合金焊丝应注意的问题如下。（1）焊接接头的裂纹敏感性影响裂纹敏感性的直接因素是母材与焊丝的匹配。选用熔化温度低于母材的焊缝金属，可以减小焊缝金属和热影响区的裂纹敏感性。例如，焊接硅含量0.6%的6061合金时，选用同一合金作焊缝，裂纹敏感性很大，但用硅含量5%的ER4043焊丝，由于其熔化温度比6061合金低，在冷却过程中有较高的塑性，所以抗裂性能良好。此外，焊缝金属避免镁与铜的组合，因为Al－Mg－Cu有很高的裂纹敏感性。（2）焊接接头的力学性能工业纯铝的强度最低，4000系列铝合金居中，5000系列铝合金强度最高。铝硅焊丝虽然有较高的抗裂性能，但含硅焊丝的塑性较差，所以对焊后需要塑性变形加工的接头来说，应避免选用含硅焊丝。（3）焊接接头的使用性能填充金属的选择除取决于母材成分外，还与接头的几何形状、运行中的抗腐蚀性要求以及对焊接件的外观要求有关。例如，为了使容器具有良好的抗腐蚀能力或防止所储存产品对其的污染，储存过氧化氢的焊接容器要求高纯度的铝合金。在这种情况下，填充金属的纯度至少要相当于母材。3.4.铝合金焊接工艺方法3.4.1铝合金的钨极氩弧焊（TIG）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。氩弧焊焊铝是利用其“阴极雾化”的特点，自行去除氧化膜。钨极及缝区域由喷嘴中喷出的惰性气体屏蔽保护，防止焊缝区和周围空气的反应。钨极氩弧焊具有以下优点：（1）氩气能有效地隔绝周围空气，本身又不溶于金属，不和金属反应，施焊过程中电弧还有自动清除熔池表面氧化膜的作用，因此，可成功地焊接易氧化、化学活泼性强的强的有色金属、不锈钢和各种合金。（2）钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流(<10A)下仍可稳定地燃烧，特别适合于薄板、超薄板材料的焊接。（3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调节，可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。（4）由于填充焊丝熔滴不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。钨极氩弧焊的不足之处：（1）焊缝熔深浅，熔敷速度小，产生率较低。（2）钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有能进入熔池，造成污染(夹钨)。（3）惰性气体(氩气、氮气)较贵，和其他电弧焊手法(如交流手工弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等)比较，生产成本较高。TIG焊工艺最适于焊接厚度小于3㎜的薄板，工件变形明显小于气焊和手弧焊。交流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。接头形式可以不受限制，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，改善了接头的组织和性能，适于全位置焊接。由于不用熔剂，焊前清理的要求比其他焊接方法严格。焊接铝合金较适宜的工艺方法是交流TIG焊和交流脉冲TIG焊，其次是直流反接TIG焊。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。采用直流正接（电极接负极）时，热量产生于工件表面，形成深熔透，对一定尺寸的电极可采用更大的焊接电流。即使是厚截面也不需预热，且母材几乎不发生变形。虽然很少采用直流反接（电极接正极）TIG焊方法来焊接铝，但这种方法在连续焊或补焊薄壁热交换器、管道厚在2.4㎜以下的类似组件时有熔深浅、电弧容易控制、电弧有良好的净化作用等优点。手工钨极氩弧焊焊接铝及铝合金钨极电弧焊有自动和手动之分，主要区别是“操作者”的不同。手工电弧焊操作这是工人，自动焊操作者是人操控下的焊机。在使用自动方法焊接复杂形状处需使用手操作焊接。手操作是使用于需要短的焊道的不规则的形状物件上焊接，或需要在难以达到的（不易接近的）区域的焊接，手操作也适合全姿势焊接。1.焊前准备。

（1）焊前清理。焊前清理是保证铝及铝合金焊接质量的重要工艺措施。在焊前应严格清除焊件坡口及焊丝表面的氧化膜和油污，清理的方法可采用化学清洗或机械清理。化学清洗用10%左右氢氧化钠水溶液，使氢氧化钠与氧化铝作用生成易溶的氢氧化铝Al（OH）3。机械清理先用有机溶剂（丙酮、松香水或汽油）擦拭表面以除油，随后用细铜丝刷或不锈钢丝刷刷去氧化膜。

（2）预热。由于铝的比热比钢大一倍、导热性比钢大两倍，所以为了防止焊缝区热量的大量流失，焊前可对焊件进行预热。薄、小铝件一般可不预热；厚度超过5～8mm的铝件可预热100～300℃。

2.焊接过程中的操作要领。（1）引弧。手工钨极氩弧焊通常采用引弧器进行引弧。钨极不与焊件接触，可使钨极端头保持完整，引弧处不会产生夹钨缺陷。（2）收弧。应采取衰减电流的方法，即电流自动由大到小地逐渐下降，以填满弧坑，勿突然拉断电弧。当熄弧后，氩气会自动延迟几秒钟停气，以防止金属在高温下产生氧化。（3）选择工艺参数。根据板厚选择钨极直径、焊丝直径；根据板厚和焊接位置选择焊接电流、氩气流量等。

3.操作方法。（1）电弧引燃后，要保持喷嘴到焊接处一定距离并稍作停留，使母材上形成熔池后，再给送焊丝，焊接方向采用左焊法。（2）焊丝的送进。填充焊丝时，焊丝的端头切勿与钨极接触，否则焊丝会被钨极沾染，熔入熔池后形成夹钨。填充焊丝不能离开氩气保护区，以免灼热的焊丝端头被氧化，降低焊缝质量。若中途停顿或焊丝用完再继续焊接时，要用电弧把起焊处的熔池金属重新熔化，形成新的熔池后再加焊丝，并与原焊道重叠5mm左右。在重叠处要少添加焊丝，避免接头过高。4.

焊后处理（1）.清除残渣焊件焊完后，如果是使用气焊或皮焊条焊，在对焊缝进行外观检查和无损检测之前，需要对焊缝及两侧的残存熔剂和焊渣及时进行清除，以防止焊渣和残存焊剂腐蚀焊缝及其表面，避免造成不良后果。常用的焊后清理方法如下：1）在60℃~~80℃的热水中刷洗；2）放入重铬酸钾（K2Cr2O2）或质量分数为2%~3%的铬酐（Cr2O2）;3）再在60℃~~80℃的热水中洗涤；4）放入干燥箱中烘干或风干。为了检验残存熔剂去除的效果，可以在焊件的焊缝中滴上蒸馏水，然后再将蒸馏水收集起来，并滴入装有5%的硝酸溶液的小试管中，如有白色沉淀，则表示残存熔剂尚未清除彻底。（2）焊件的表面处理通过适当的焊接工艺和正确的操作技术，焊接后的铝及铝合金焊缝表面，具有均匀的波纹光滑的外貌。阳极化处理，特别是抛光及染色技术配合使用时，可获得高质量的装饰表面。减小焊接热影响区，可使用阳极化处理导致不良的颜色变化减至最小。使用快速焊接工艺，可最大限度地减少焊接热影响区。因此闪光对焊的焊缝，阳极化处理质量良好。特别是对退火状态下不能热处理强化的合金的焊接件，阳极化处理后，金属基本和焊接热影响区之间的颜色反差最小。炉中和浸渍钎焊不是局部加热的，所以金属颜色的外观是非常均匀的。可热处理强化的合金，常常用作建筑结构零件，它们在焊接以后，常常进行阳极化处理。在这类合金中，焊接加热会形成合金元素的析出，阳极化处理以后，热影响区和焊缝之间会出现差异。这些在焊接区附近的晕圈，使用快速焊接可使其减至最小，或者使用冷却垫块和压板也可使晕圈减到很小，这些晕圈在焊接后，阳极化处理前，进行固落处理可以消除。在化学处理的焊接件中，有时会遇到焊缝金属和基全金属的颜色差别较大，这就必须他细地选择填充金属的成分，特别是合金成分中含有硅时，就会对颜色的配比有影响。如有必要可以对焊进行机械抛光。常用的机械抛光有抛光、磨光、磨料喷击、喷丸等。机械抛光即通过研磨、去毛刺、滚光，抛光或砂光等物理方法改善铝工件的表面。它的目的是通过尽可能少的工序获得所需要的表面质量。然而，铝及铝合金属软金属，摩擦系数比较高，而且在研磨过程中如果发生过热，有可能使焊件变形，基至从晶界断裂的现象。这要求在抛光过程中有充分的润滑，对金属表面的压力应降低到最低。（3）焊后热处理焊后热处理的目的就是为了改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力。可热处理强化铝合金在焊接以后，可以重新进行热处理，使基体金属热影响区的强度恢复到接近原来的强度。一般情况下，接头破坏处通常都是在焊缝的熔化区内。在重新进行焊后热处理后，焊缝金属所获得的强度，主要取决于使散的填充金属。填充金属与基体金属的成分不同时，强度将取决于填充金属对基体金属的稀释度。最好的强度与焊接金属所使用的热处理相适应。5.注意事项

（1）因钍有放射性危害，故磨削钍钨极的砂轮机必须装有抽风装置。焊工应带口罩，磨削完毕应洗净手脸。（2）焊接时钨极端部严禁与焊丝相接触，以免短路。钨极端头变粗后，必须及时修磨，以利于焊缝良好成形。（3）手工钨极氩弧焊要根据焊件的材质选取不同的电源种类和极性，这对保证焊缝质量有重要作用。（4）手工钨极氩弧焊是双手同时操作的焊接方法，这一点有别于手工电弧焊。操作时，双手要配合协调，才能保证焊缝的质量，因此，应加强这方面的基本功的训练。

手工钨极氩弧焊一般适用于焊接薄板，具有电弧稳定、成形美观、焊件变形小、操作灵活等优点，更适于焊接尺寸较精密的小零件。由于受到钨极允许电流密度的限制，它的熔透能力小，所以厚度大于6mm的厚板一般不采用。否则要开坡口采用多层焊，但生产率低、不经济，而且变形也大，因此，厚板一般用熔化极氩弧焊。3.4.2铝合金的熔化极氩弧焊（MIG）也称为熔化极惰性气体保护电弧焊,电弧是在惰性气体保护中的焊件和铝及铝合金焊丝之间形成,焊丝作为电极及填充金属。由于焊丝作为电极,可采用高密度电流,因而母材熔深大,填充金属熔敷速度快,焊接生产率高。MIG焊接铝合金通常采用直流反极性，这样可保持良好的阴极雾化作用。铝合金MIG焊不必用熔剂支队妨碍熔化的气体铝的氧化铝薄膜，这层氧化铝膜的去除是利用焊件金属为负极时的电弧作用。因此，MIG焊接后不会因没有仔细去除熔剂而造成焊缝金属腐蚀的危险。焊接薄、中等厚度板材时，可用纯氦保护。焊前一般不预热，板厚较大时，也只需预热起弧部位。根据焊炬移动方式的不同，铝合金MIG焊工艺分为半自动MIG和自动MIG焊，对焊工的操作技术水平要求较低，比较容易训练完成。铝合金半自动MIG焊工艺半自动焊的焊枪由操作者握持着向前移动。熔化极半自动氩焊多采用平特性电源，焊丝直径为1.2～3.0㎜。可采用左焊法，焊炬与工件之间的夹角为75°，以提高操作者的可见度。多用于点焊、短焊缝、断续焊缝及铝容器中的椭圆形封头、人孔接管、支座板、加强圈、各种内件及锥顶等。熔化极半自动氩弧焊的点固焊缝应设在坡口反面，点固焊缝的长度为40～60㎜，对于相同厚度的铝锰、铝镁合金，焊接电流应降低20～30A，氩气流量增大10～15L/min。脉冲MIG焊可以将熔池控制得很小，容易进行全位置焊接，尤其焊接薄板、薄壁管的立焊缝、仰焊缝和全位置焊缝是一种较理想的焊接方法。脉冲MIG焊电源是直流脉冲，脉冲TIG焊的电源是交流脉冲。它们的焊接工艺参数基本相同。纯铝、铝镁合金半自动脉冲MIG焊的工艺参数见表3.4。表3.4铝镁合金半自动脉冲MIG焊的工艺参数合金牌号板厚/㎜焊丝直径/㎜基值电流/A脉冲电流/A电弧电压/V脉冲频率/Hz氩气流量/L·min-1备注5A03（LF3）1．81．020～25120～14018～195020喷嘴孔径16㎜焊丝牌号LF35A05（LF5）4．01．2160～18019～2020～22喷嘴孔径16㎜焊丝牌号LF5铝合金MIG焊需注意的问题如下。（1）喷射过渡焊接时，电弧电压应稍低一点，使电弧略带轻微爆破声，此时熔滴形式属于喷射过渡中的射滴过渡。弧长增大对焊缝成形不利，对防止气孔也不利。（2）在中等焊接电流范围内（250~400A），可将弧长控制在喷射过渡区与短路过渡区之间，进行亚射流电弧焊接。这种熔滴过渡形式的焊缝成形美观，焊接过程稳定。（3）粗丝大电流MIG焊（400~1000A）在平焊厚板时具有熔深大、生产率高、变形小等优点。但由于熔池尺寸大，为加强对熔池的保护，应采用双层保护焊枪（外层喷嘴送Ar气，内层喷嘴送Ar-He混合气体），这样可扩大保护区域和改善熔池形状。（4）大电流时，为了保护熔池后面的焊道，可在双层喷嘴角后面再安装附加喷嘴。采用自动MIG焊得到的铝合金焊接接头的力学性能良好。表3.5防锈铝焊接接头的力学性能母材牌号板厚/㎜焊丝型号焊丝直径/㎜焊接正面/背面层数抗拉强度/MPa冷弯角/（°）5A02（LF2）12SAlMg-231/1177.5~18892~13025SAlMg-241/1175.8~177.6107~1645A03（LF3）20SAlMg-231/1233~234239~24034~3540~4620SAlMg-541/1296~29964~745A06（LF6）18SAlMg-541/1314~33032~723.4.3铝合金的激光焊（）铝及铝合金激光焊接技术(LaserWelding)是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。激光焊接铝合金有以下优点：（1）能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；（2）冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好；（3）与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；（4）不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X射线；（5）可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；（6）激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。现在应用的激光器主要是CO2和YAG激光器，CO2激光器功率大，对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2激光束的吸收率比较小，在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小，铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大，可用光导纤维传导，适应性强，工艺安排简单等。在焊接大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱对CO2激光束(波长为10.6μm)表面初始吸收率1.7%；对YAG激光束(波长为1.06μm)吸收率接近5%。比较复杂高频引弧时引起电极烧损和电弧摆动，起弧后稳定性不强，同时在电弧的高温状态下，电极迅速烧损。但激光与等离子弧复合可明显提高熔深和焊接速度。铝合金激光-电弧复合焊工艺中可控参数较多，主要有以下几方面。（1）激光功率和电弧电流电压等：复合焊接对激光功率要求降低，同时功率因素对工艺影响很大，激光功率越大，熔深越大，而且这种影响力远大于激光单独焊接时对熔深的影响，增加电弧电源功率，熔化区宽度增加，热影响区增大，若采用脉冲YAG激光器，可调节脉冲频率和宽度以能提高工艺稳定性，减少气孔的形成；（2）焊接速度参数：随焊接速度的增加，焊接热输入降低，焊缝熔深降低，而且不同的焊接速度影响匙孔的作用有所不同，从而影响焊接的稳定性；（3）激光与电弧中心的距离：在一定范围内，激光与电弧中心距DLA11越小则熔深越大，此时增加电弧电流不仅增加熔宽，而且增加熔深；（4）激光与电弧配合方式：国际上对复合焊的研究一般采用激光垂直入射，电弧与激光束成一定角度，沿焊接方向激光或在电弧前或在电弧后，不同的设计安排影响复合焊接的工艺稳定性和焊接气孔、裂纹的形成；（5）填充材料的影响：通过填充焊丝、粉末来补充合金元素的烧损，增加焊缝强度，改善工艺性能，防止热裂纹；（6）保护气体成分及流速：复合焊中保护气体一般为Ar、He或Ar/He混合气体，Ar的电离能低，易于形成等离子体，与激光束光子形成耦合作用，不利于保护，所以纯He气比纯Ar气保护效果好，但从经济角度来看Ar气更经济一些，国外有用Ar75%+He25%混合气保护进行激光焊接，效果良好，且可改善工艺性能。其它还有一些因素影响，如焊前铝合金表面的清洁，氧化膜的去除，焊后热处理等。当焊接高强度厚板铝合金时，可采用多道焊工艺达到完全熔透焊接，但厚板铝合金焊接易产生气孔、热裂纹及焊缝软化等问题，且其过程比较复杂。厚板铝合金焊接变形严重，所以必须采用一些防变形的工艺。3.4.4铝合金的搅拌摩擦焊（FSW）FSW焊的基本原理搅拌摩擦焊是由锥形指棒伸入工件的焊缝处，通过搅拌头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接。与传统摩擦焊相比，FSW焊具有以下优点：（1）可获得高度一致的焊接质量，无需高的操作技能和训练。（2）焊接接口部位只需去油处理，无需打磨或洗刷。（3）不需焊丝和保护气氛，且节省能源，单面焊12.5mm深度所需动力仅为3kW。（4）焊接表面平整，不变形，无焊缝凸起和焊滴，无需后续处理。（5）无电弧、磁冲击、闪光、辐射、烟雾和异味，不影响其他电器设备使用，绿色环保。（6）焊接温度低于合金的熔点，焊缝无孔洞、裂纹和元素烧伤。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，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（Al-Cu）、5000系列（Al-Mg）、6000系列（Al-Mg-Si）、7000系列（Al-Zn）、8000系列（Al-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[8-9]。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。赵衍华[10]等人研究了2014铝合金搅拌摩擦焊焊接接头的微观组织及力学性能，研究结果表明，采用搅拌摩擦焊方法成功实现了2014铝合金的连接，焊核区的组织与母材相比，晶粒得到了细化，接头强度可达到母材的78%，抗弯强度达到母材的76%，显示出了良好的机械性能。王希靖[11]等人研究了LF2铝合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能，结果表明焊核区由细小的均匀的等轴晶组成，平均尺寸为15微米，焊核区的显微硬度稍高或等于母材硬度，焊接接头强度在转速为945r/min，焊接速度为9mm/min时，与母材相同。赵亚东[12]等人研究了6082铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为，研究结果表明，6082铝合金搅拌摩擦焊焊缝的耐腐蚀性能要优于母材，这是由于焊缝的组织由细小的均匀的等轴晶组成，使得位错密度下降，同时也使得焊缝的化学成分均质化，降低了材料形成局部腐蚀原电池的倾向。对于LF6，当焊接规范合适时，对接接头的抗拉强度可达到母材标称强度的100％，背弯和正弯的角度都能达到180°。焊缝的断裂形式以韧性断裂为主[13]。有人对LF6铝合金的搅拌摩擦焊接接头进行显微硬度测试[14]，得出从母材到焊缝，硬度几乎没发生变化，在合适的焊接规范参数条件下，可以获得性能与母材类似的焊缝。目前焊接铝合金的厚度最薄达到了115um，最厚达50mm(单面焊)[15]，而且已成功的解决了锁孔和不能焊厚度不等材料(如锲型板材)的问题。这要得益于自动可调搅拌头的发明。自动可调搅拌头允许搅拌头特型焊针自动的收缩，目前其调节精度能控制在0.1025mm以内[16]，而且已成功地实现了设备的模块化。搅拌摩擦焊铝合金尽管存在一系列优点，但也有一定的缺点：（1）铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊；（2）焊件夹持要求高，焊接过程中对焊件要求加一定的压力，被焊结构应具有较强的刚度和被牢固固定的环境和条件，反面要求有垫板；（3）焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞，一般需要补焊上或机械切除；（4）搅拌头适应性差，不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头，且搅拌头磨损快；（5）工艺还不成熟，目前限于结构简单的构件，如平直的结构、圆形结构。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。3.4.5铝合金的电子束焊接电子束焊是指在真空环境下，利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束作为焊接热源的突出特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、可控、保护效果好。对于铝合金电子束焊接，由于能量密度高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。由于能量密度高，穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进行焊接。同传统电弧焊接铝合金相比，电子束焊能量密度高3～4个数量级，与另外一种高能量密度焊接工艺——激光焊接相当。因此焊接接头的热影响区非常小，接头强度较传统焊接方法提高很多。电子束的穿透性能好，可对大厚度的铝合金进行施焊，焊后接头力学性能良好。铝合金焊缝金属的抗裂性能随着焊接能量密度的增加和热输入的减少而增加。所以铝合金电子束焊接接头的抗裂性能要比采用传统焊接方法的焊接接头高很多，一般要比氩弧焊焊缝高出1～1.5倍。铝合金电子束焊焊后残余应力小，变形小，对薄板焊后几乎可做到不变形。电子束焊要求在真空条件下完成，真空是最好的保护手段，在这种条件下可以得到纯净的焊缝金属，避免了空气或保护气体的污染。电子束焊接铝合金在真空重熔时，焊缝中杂质含量微乎其微，焊缝气体含量降低接近一半，从而焊缝塑性、韧性大大提高。电子束可控性好，可以方便地进行扫描、偏转、等，易于焊接过程的自动化，并且通过电子束扫描熔池可以消除缺陷，提高接头质量。电子束焊接获得优良的焊缝的最有效方法是焊接过程中同时对刚刚焊过的焊缝进行扫描。回扫间距决定晶粒细化的可控程度，凝固组织可由粗大的柱状晶转化为细小等轴晶。对AlMg0.4Si1.2合金进行扫描焊接与无扫描焊接相比，晶体主轴长度减少到无扫描焊接时的1/5；焊缝硬度提高80%，接近母材水平。铝合金焊缝金属晶粒细化程度对接头性能有重要影响。采用具有回扫运动的电子束扫描焊接，可减少合金元素的损失，细化焊缝组织，使之变为细小的等轴晶，并提高硬度。对于已经成核生长的晶体，如果电子束扫描间距过小在电子束扫描时产生重熔，但导致电子束回扫细化晶粒的作用减弱。铝合金电子束焊时对电子束流非常敏感，尤其是对于大厚度铝合金板焊接时，电子束流小时不能焊透，大时产生下塌，出现凹坑。铝合金电子束焊接的另外一个难点是焊接气孔。铝合金表面的氧化膜主要成分是Al2O3和MgO，容易吸收大量的水分是铝合金焊缝中气孔的主要来源。铝合金表面氧化膜比重接近基体，容易进入焊缝产生夹杂、气孔。尤其是防锈铝合金电子束焊，气孔问题较为严重。传统TIG焊铝合金时通常采用大的热输入量并在较低的焊接速度下进行焊接，促使氢从熔池中逸出，而电子束焊接铝合金时速度快，热输入量小，氢来不及从熔池中逸出，容易形成气孔。通常电子束焊铝合金采用表面下聚焦和较窄的焊缝以及扫描重熔的方法来防止气孔的产生。另外，电子束焊接要求在真空条件下进行，所以对铝合金大型结构件施焊困难。电子束易受周围环境电磁场的影响，设备比较复杂，费用比较昂贵，所以还没有达到大规模工业化生产。近年来发展的局部真空电子束焊接工艺很好地解决了铝合金电子束焊接大型构件的问题。Drauge2lates等人成功地对AlMg5Mn和AlMg0.4Si1.2合金进行了局部真空高速电子束焊接结果表明在60m/min的高速下焊接可生产出无焊接缺陷的焊缝可见局部真空电子束焊接铝合金具有相当好的发展前景是焊接铝合金的一种先进工艺。3.5.焊接常见缺陷及防治措施铝及铝合金MIG焊时，焊接接头常见的缺陷主要有焊缝成形差、裂纹、气孔、烧穿，未焊透、未熔合、夹渣等。1.焊缝成形差焊缝成形差主要表现在焊缝波纹不美观，且不光亮；焊缝弯曲不直，宽窄不一，接头太多；焊缝中心突起，两边平坦或凹陷；焊缝满溢等。产生原因（1）焊接规范选择不当；（2）焊枪角度不正确；（3）焊工操作不熟练；（4）导电嘴孔径太大；（5）焊接电弧没有严格对准坡口中心；（6）焊丝、焊件及保护气体中含有水分；防止措施（1）反复调试选择合适的焊接规范；（2）保持焊枪合适的倾角；（3）加强焊工技能培训；（4）选择合适的导电嘴径；（5）力求使焊接电弧与坡口严格对中；⑹焊前仔细清理焊丝、焊件；保证保护气体的纯度。2.裂纹铝及铝合金焊缝中的裂纹是在焊缝金属结晶过程中产生的，称为热裂纹，又称结晶裂纹。其形式有纵向裂纹、横向裂纹（往往扩展到基体金属），还有根部裂纹、弧坑裂纹等等。裂纹将使结构强度降低，甚至引起整个结构的突然破坏，因此是完全不允许的。产生原因（1）焊缝隙的深宽比过大；（2）焊缝末端的弧坑冷却快；（3）焊丝成分与母材不匹配；（4）操作技术不正确。防止措施（1）适当提高电弧电压或减小焊接电流，以加宽焊道而减小熔深；（2）适当地填满弧坑并采用衰减措施减小冷却速度；（3）保证焊丝与母材合理匹配；（4）选择合适的焊接参数、焊接顺序，适当增加焊接速度，需要预热的要采取预热措施。3.气孔在铝及铝合金MIG焊中，气孔是最常见的一种缺陷。要彻底清除焊缝中的气孔是很难办到的，只能是最大限度地减小其含量。按其种类，铝焊缝中的气孔主要有表面气孔、弥散气孔、局部密集气孔、单个大气孔、根部链状气孔、柱状气孔等。气孔不但会降低焊缝的致密性，减小接头的承载面积，而且使接头的强度、塑性降低，特别是冷弯角和冲击韧性降低更多，必须加以防止。产生原因（1）气体保护不良，保护气体不纯；（2）焊丝、焊件被污染；（3）大气中的绝对湿度过大；（4）电弧不稳，电弧过长；（5）焊丝伸出长度过长、喷嘴与焊件之间的距离过大；（6）焊丝直径与坡口形式选择不当；⑺在同一部位重复起弧，接头数太多。防止措施（1）保证气体质量，适当增加保护气体流量，以排除焊接区的全部空气，消除气体喷嘴处飞溅物，使保护气流均匀，焊接区要有防止空气流动措施，防止空气侵入焊接区，保护气体流量过大，要适当适当减少流量；（2）焊前仔细清理焊丝、焊件表面的油、污、锈、垢和氧化膜，采用含脱氧剂较高的焊丝；（3）合理选择焊接场所；（4）适当减少电弧长度；（5）保持喷嘴与焊件之间的合理距离范围；（6）尽量选择较粗的焊丝，同时增加工件坡口的钝边厚度，一方面可以允许允许使用大电流，也使焊缝金属中焊丝比例下降，这对降低孔率是行之有效的；（7）尽量不要在同一部位重复起弧，老板娘重复起弧时要对起弧处进行打磨或刮除清理；一道焊缝一旦起弧后要尽量焊长些，不要随意断弧，以减少接头量，在接头处需要有一定的焊缝重叠区域。4.烧穿产生原因（1）热输入量过大；（2）坡口加工不当，焊件装配间隙过大；（3）点固焊时焊点间距过大，焊接过程中产生较大的变形量；操作姿势不正确。防止措施（1）适当减小焊接电流、电弧电压，提高焊接速度；（2）加大钝边尺寸，减小根部间隙；（3）适当减小点固焊时焊点间距；（4）焊接过程中，手握焊枪姿势要正确，操作要熟练。5.未焊透产生原因（1）焊接速度过快，电弧过长；（2）坡口加工不当，装配间隙过小；（3）焊接技术较低，操作姿势掌握不当；（4）焊接规范过小；（5）焊接电流不稳定。防止措施（1）适当减慢焊接速度，压低电弧；（2）适当减小钝边或增加要部间隙；（3）使焊枪角度保证焊接时获得最大熔深，电弧始终保持在焊接熔池的前沿，要有正确的姿势；（4）增加焊接电流及电弧电压，保证母材足够的热输入获得量；（5）增加稳压电源装置或避开开用电高峰。6.未熔合产生原因（1）焊接部位氧化膜或锈未清除干净；（2）热输入不足；（3）焊接操作技术不当。防止措施（1）焊前仔细清理待焊处表面；（2）提高焊提高电流、电弧电压，减速小焊接速度；（3）焊接时要稍微采用运条方式，在坡口面上有瞬间停歇，焊丝在熔池的前沿，提高焊工技术。7.夹渣产生原因（1）焊前清理不彻底；（2）焊接电流过大，导致电嘴局部熔化混入熔池而形成夹渣；（3）焊接速度过快。防止措施（1）加强焊接前的清理工作，多道焊时，每焊完一道同样要进行焊缝清理；（2）在保证熔透的情况下，适当减少焊接电流，大电流焊接时，导电嘴不要压得太低；（3）适当降低速度，采用含脱氧剂较高的焊丝，提高电弧电压。第3章REF_Ref168484495\h错误！未找到引用源。洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGE32第四章铝及铝合金的焊接材料的应用4.1铝及铝合金的焊接材料的应用纯铝焊丝ER1100性能特点：纯铝焊丝，铝含量≥99.5%,有极好的抗腐蚀性能，很高的导热与导电性能，以及极好的可加工性能。对经阳极化处理的材料，需要配色时十分理想，推荐用于焊接1000系列铝合金。典型化学成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18、Mn≤0.003，AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食品等行业。铝硅合金焊丝ER4047性能特点：本品为含硅12％的合金焊丝，适合焊接各种铸造及挤压成型铝合金。低熔点及良好的流动性使母材焊接变形很小。典型化学成份：Si12、Mg≤0.10、Fe≤0.80、Cu≤0.03、Zn≤0.20、Mn≤0.15，AL余量用途：焊接或堆焊轻质合金加工业。铝硅合金焊丝ER4043性能特点：本品为含硅5％的合金焊丝，适合焊接铸铝合金典型化学成份：Si5、Mg≤0.10、Fe≤0.04、Cu≤0.05，AL余量用途：船舶、机车、化工、食品、运动器材、模具、家具、容器、集装箱铝镁合金焊丝ER5356性能特点：本品为含镁5％的合金焊丝，是一种用途广泛的通用型焊材，适合焊接或表面堆焊5％镁的铸锻铝合金，强度高，可锻性好，有良好的抗腐蚀性。本品也能为经阳极化处理的焊接提供良好的配色。典型化学成份：Mg5、Cr0.10、（Fe＋Si）0.3、Cu≤0.05、Zn0.05、Mn0.15、Ti0.1，AL余量用途：自行车、铝滑板车等运动器材，机车车厢、化工压力容器、兵工生产、造船、航空等行业。铝镁合金焊丝ER5183性能特点：本品为含镁3％的合金焊丝，适用于焊接或表面堆焊同等级的铝合金材料。典型化学成份：Mg3.5,Cr0.2,Fe0.15,Cu≤0.05,Zn0.10,Mn0.05,Ti0.1，AL余量用途：化工压力容器、核工业、造船、制冷行业、锅炉、航空航天工业等铝铜合金焊丝ER2319性能特点：本品为含铜5.8%-6.8%的合金焊丝，适用于焊接2219同等级的铝合金材料。典型化学成份：Cu5.8-6.8,Mg0.2-0.4,Si0.2,Fe0.3,V0.05-0.15,Zr0.1-0.2,Zn0.10,Mn0.2-0.4,Ti0.1-0.2，

AL余量用途：核工业、舰船制造、航空航天工业、军工装备等第3章标题PAGE8PAGE33第五章××××××5.1××××××……5.1.1××××××……5.1.2××××××……5.2××××××……5.2.1××××××……5.2.2××××××……REF_Ref168484640\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484646\h错误！未找到引用源。PAGE35结论铝及铝合金因其独特的材料性质和焊接性在现代工业和其他高科技领域中得到了越来越广泛的应用，成为我国现代化建设事业发展中不可缺少的结构材料之一。通过对铝及铝合金材料结构、性质和焊接性的研究，我们可以看出，铝及铝合金有着不同于其他金属材料的特点和性质，因此我们要通过本论文更好的理解并掌握铝及铝合金的相关材料知识，并认识到铝及铝合金应用的领域不同和对其要求的性能不同时，我们进行焊接时要根据具体情况选择相应的能满足需要的焊接方法来焊接铝及铝合金构件。同时也希望借助于本论文的介绍，我们能更好的应用铝及铝合金，也能在此基础上去不断地研究新的铝及铝合金焊接技术。结论谢辞时光飞逝，转眼间已经在洛阳理工学院内学习了三个春秋。回首三年的求学历程，对那些引导我、帮助我、激励我的人，我心中充满了感激首先感谢辅导员布老师感谢老师对我们学习和生活上的照顾。再次感谢崔老师、闫老师、张老师、安老师、宋老师等老师三年辛勤教学、课上课下的教导使我们有了比较全面的学习，他们诲人不倦的精神和在生活中的给予学生的关心令我终生难忘。也感谢那些陪我度过三年时光的同学们，感谢他们在我无助时给我热心的帮助

。他们给我人生中重要的三年、难以忘却的三年，是影响我一身的三年。在毕业即将来临之际，心里的感激之情难以言表，我不舍得离开生活三年的校园，不舍得离开生活在一起的同学们，不过这一切结束是必然的，只能把这一切当作一个美好的记忆。衷心地感谢崔琦崔老师。作为我们的指导老师，崔老师给了我亲切关怀和耐心的指导。他从课题的选择到项目的最终完成，都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

最后我还要感谢我的母校—洛阳理工学院。参考文献PAGE40参考文献【参考文献格式不需做改变，标题下空一行写】【列入主要参考文献15或20篇以上。参考文献一律要求是经公开出版、发表的著作或期刊（论文）。参考文献统一用阿拉伯数字进行自然编号，序码用方括号括起。文中引用的参考文献按文中出现的顺序编号，文中没有引用的文献排列在后面。】参考文献中著录格式要求：①期刊序号作者.题名.刊名，出版年份，卷号（期号），起止页码②专著序号作者.书名.版本（第1版不标注）.出版地：出版者，出版年：起止页码③论文集序号