(参考课件)铝和铝合金的焊接研究
铝和铝合金的焊接
铝和铝合金焊接
3）焊丝、焊件的清洗
在焊前必须将铝丝、铝板表面上的油污、氧化膜等污物 清洗掉。清洗方法如下： a) 去油污 在清除氧化膜之前，先将铝丝表面、铝板坡口及其两侧 (各30mm内)的油污、脏物清洗干净。在生产上一般采用汽油 或丙酮、醋酸乙酯、松香水、四氯化碳等溶剂。也可配制一 种化学混合液进行脱脂处理，其步骤如下： ① 在温度为(60～70)℃的混合溶液(工业磷酸三钠(40～ 50)g，碳酸钠(40～50)g，水玻璃(20～30)g，水1L)中加热 (5～8)min； ② 在50℃左右的热水中冲洗2min； ③ 冷水中冲洗2min。
（2）较高的热导率和比热容大 铝和铝合金的热导率和比热容均为碳素钢和低合金钢的两 倍多。在焊接过程中，由于高的热导率使热量能被迅速传 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，有时采用预热的措施。
英国 (BS) S1 1A 1B 3L54 1C N4 N5 N8 N6 N61 N3 H16 38S H20 H19 3L86
法国 (NF) 1070A 1050A 1100 1200 5052 5083 3003 2618A 2014 4032 6061 -
4 焊接材料
焊接材料的选择 铝及铝合金的焊接材料包括电焊条、焊丝、焊剂、电极和 保护气体。 1） 焊丝 按我国国标88及GB10858-2008，焊丝分为电焊条芯及焊 丝两个类别。按美国国标ANSI/AWS A5.10-92，焊丝分为 电极丝（代号E）及填充丝（代号R）和电极丝、填充丝 两者兼用丝（ER）。
铝和铝合金焊接
2) 熔化极氩弧焊 (MIG焊) 熔化极氩弧焊（分为自动及半自动）适用于中等厚度、 大厚度铝及铝合金板材的焊接，焊接时采用直流反接。采 用该方法焊接时焊接速度快，焊接接头热影响区和焊件的 变形量小。焊前焊件不必预热，例如厚度达30mm的铝板仅 需正、反面各焊接一层。 自动熔化极氩弧焊时，气孔的敏感性较大，这与焊丝 直径有显著关系，为此，常选用粗的焊丝及较大的焊接电 流值，焊丝直径越粗，焊丝的比表面积就越小，反之，越 大。用细焊丝焊接时，由铝丝表面带入熔池的氧化膜及表 面吸附水等杂质的数量要高于粗丝焊，因此容易产生气孔 缺欠。6mm的铝板对接焊时开I形坡口，间隙小于0.5mm，厚 度大于8mm的铝板，需加工成V形坡口。
铝及其合金的焊接
铝及其合金的焊接第一节铝及其合金的类型和特性一、铝及其合金的类型根据铝合金的化学成分和制造工艺可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
在变形铝合金中又可分为非热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。
非热处理强化铝台金通过加工硬化、固溶强化来提高力学性能。
二、铝及其合金特性特点：与低碳钢相比较，具有密度小，电阻率小，线膨胀系数大(约为低碳钢线膨胀系数的2倍)，导热系数大(铝及其合金熔合区的冷却速度为高强钢熔合区冷却速度的(4～7)倍)、良好的耐蚀性、较高的比强度，优异的低温韧性，但强度低。
抗拉强度一般不超过100MPa，热处理后能达到400 MPa。
1. 纯铝：高耐蚀性、较好的塑性2. 防锈铝：强度中等，塑性和耐蚀性好，焊接性也好，是目前焊接结构中应用最广泛的铝合金。
典型牌号：LF4、LF5铝锰合金：Mn1.0～1.6%。
大于1.6%脆性化合物增加。
LF21铝镁合金：铝镁合金的强度随含镁量的增高而增高，但含镁量增多（大于7%）出现脆性相(Mg2Al3) 使合金的塑性、耐蚀性、特别是抗应力腐蚀性能下降。
Si的存在形成脆性相Mg2Si塑性、耐蚀性下降、Mn加入0.15～0.8%耐蚀性增加，强度提高。
Ti、V加入0.1%左右，能获得细晶粒组织。
3.硬铝：典型牌号LY12，成分Al-Cu-Mg系。
Cu、Si、Mg等元素，形成溶解于铝的化合物，促使合金热处理时强化，耐蚀性差，焊接性不良，热裂倾向大。
4. 超硬铝：LC4 ，成分Al-Zn-Mg-Cu系。
抗拉强度可达588Mpa，塑性较差。
非时效强化铝合金的强度比纯铝高、塑性及耐磨性好，特别是焊接性好，所以广泛用作焊接结构材料。
时效强化铝合金的焊接性较差，焊接时容易出现裂纹，所以在焊接结构中应用较少。
铸造铝合金的铸造性能良好，强度较高，焊接性也较好，其铸造缺陷可以焊补。
第二节铝及其合金的焊接性分析铝及铝合金与黑色金属不同，由于它容易氧化、导热性强、热容量和线膨胀系数大，熔点低及高温强度小等特性，所以给焊接工作带来一些困难。
铝与铝合金精品课件
通过铸造过程生产铝合金部件。
合金化处理
对熔融的铝加入需要的合金元素，以达到 所需的性能。
变形加工
通过挤压、轧制等工艺生产铝合金部件。
铝与铝合金的加工工艺
铸造加工
挤压加工
通过铸造方法获得铝合金铸件。
利用挤压工艺将铝合金锭转化为不同形状的 挤压件。
轧制加工
锻造加工
通过轧制工艺将铝合金锭转化为不同厚度的 板材或带材。
感谢您的观看
THANKS
对未来发展的展望
进一步更新内容
随着科技的不断进步，铝与铝合金的生产和应用也在不 断更新和发展，课件需要不断更新内容，以反映最新的 技术和研究成果。
加强交互性
未来的课件将更加注重交互性，通过互动方式，使学生 更加主动地参与到学习中来，提高学习效果和兴趣。
个性化学习
未来的课件将更加注重个性化学习，根据学生的不同需 求和学习风格，提供个性化的学习方案和学习内容，提 高学习效果和学习体验。
污染。
循环利用
03
开展铝废料回收、再生利用，降低原材料成本。
发展高强度、轻质、高耐蚀性铝合金材料
材料创新
研发新型铝合金材料，提高强度、轻质、高耐蚀性等性能。
合金元素与处理工艺
通过调整合金元素含量及采用合理的处理工艺，改善铝合金材 料的性能。
复合材料
利用复合材料技术，增强铝合金材料的综合性能。
拓展铝与铝合金的应用领域
铝及其合金具有较好的塑性和韧性，可以进行深 拉、弯曲、折弯等加工操作。
强度和刚度
铝合金具有较好的强度和刚度，可以承受一定的 压力和负荷。
耐磨性
铝合金在某些情况下具有良好的耐磨性，如铝合 金轴承套等耐磨零件。
04
铝和铝合金扩散焊接
铝和铝合金扩散焊接摘要：一、铝及铝合金概述二、扩散焊接原理三、铝和铝合金扩散焊接工艺1.焊接前准备2.焊接参数选择3.焊接过程中注意事项四、焊接接头性能分析五、应用实例及优缺点六、发展趋势与展望正文：一、铝及铝合金概述铝及铝合金在我国工业领域具有广泛的应用，其优良的性能如轻质、高强度、良好的耐腐蚀性等，使其在航空、航天、交通运输、建筑等领域受到青睐。
然而，铝及铝合金的焊接性能相对较差，传统的焊接方法难以获得高质量的焊接接头。
为此，扩散焊接技术应运而生，成为解决这一问题的有效手段。
二、扩散焊接原理扩散焊接是一种固态连接方法，通过高温和压力作用下，使焊接界面两侧的金属原子发生扩散，从而实现连接。
在扩散焊接过程中，焊接参数的选择至关重要，直接影响到焊接接头的质量。
三、铝和铝合金扩散焊接工艺1.焊接前准备在进行铝和铝合金扩散焊接前，应充分了解焊接材料的性能、焊接接头的使用要求等，以确保选用合适的焊接参数。
此外，还需对焊接表面进行严格清理，去除油污、氧化膜等，以提高焊接质量。
2.焊接参数选择焊接参数主要包括焊接温度、保温时间、焊接压力和冷却速度等。
焊接温度的选择应使焊接界面两侧金属的原子扩散速度达到最佳，一般控制在400-500℃；保温时间要充分保证扩散过程的进行；焊接压力根据焊接件的厚度和性能要求选取，一般为0.5-1.0MPa；冷却速度应适当，过快会导致焊接接头性能下降。
3.焊接过程中注意事项在焊接过程中，应严格控制焊接参数，确保焊接过程中焊接件的变形和裂纹等缺陷。
同时，要注意观察焊接接头的形成情况，及时调整焊接参数，以获得最佳的焊接效果。
四、焊接接头性能分析铝和铝合金扩散焊接接头的性能较好，可以实现无缝连接，提高焊接接头的强度和耐腐蚀性能。
此外，焊接接头的性能还与焊接参数、焊接材料等因素密切相关。
通过合理调整焊接参数和选用合适的焊接材料，可以进一步提高焊接接头的性能。
五、应用实例及优缺点铝和铝合金扩散焊接在航空航天、交通运输、建筑等领域具有广泛的应用。
铝及铝合金的焊接性
铝及铝合金的焊接性。
⑴强的氧化能力铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄，厚度约0.1μm。
Al2O3的熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点（约660℃），而且体积质量大，约为铝的1.4倍。
焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易形成夹渣。
氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。
因此，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并加强焊接区域的保护。
⑵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，焊接过程中大量的热量被迅速传导到基体金属内部。
因此，焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的热量，焊前常需采取预热等工艺措施。
⑶热裂纹倾向大线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%左右，因此焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而产生热裂纹。
生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹，如使用焊丝HS311。
⑷容易形成气孔形成气孔的气体是氢。
氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g，而在660℃凝固温度时，氢的溶解度突降至0.04ml/100g，使原来溶解于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。
同时，铝和铝合金的密度小，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逸出，留在焊缝内成为气孔。
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氢的主要来源，因此焊前必须严格做好焊件的表面清理工作。
⑸接头不等强度铝及铝合金的热影响区由于受热而发生软化、强度降低使接头与母材无法达到等强度。
纯铝及非热处理强化铝合金接头的强度约为母材的75%～100%；热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材的40%～505。
⑹焊穿铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至焊穿。
铝及铝合金零件的焊接工艺
铝及铝合金零件的焊接工艺铝及铝合金材料密度低，强度高，热电导率高，耐腐蚀能力强，具有良好的物理特性和力学性能，因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。
长期以来，由于焊接方法及焊接工艺参数的选取不当，造成铝合金零件焊接后因应力过于集中产生严重变形，或因为焊缝气孔、夹渣、未焊透等缺陷，导致焊缝金属裂纹或材质疏松，严重影响了产品质量及性能。
1铝合金材料特点铝是银白色的轻金属，具有良好的塑性、较高的导电性和导热性，同时还具有抗氧化和抗腐蚀的能力。
铝极易氧化产生三氧化二铝薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物，从而破坏金属的连续性和均匀性，降低其机械性能和耐腐蚀性能。
常见铝合金母材和焊丝的化学成分及机械性能。
广毅荣铜铝批发.2铝合金材料的焊接难点(1)极易氧化。
在空气中，铝容易同氧化合，生成致密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1-0.2μm)，熔点高(约2050℃)，远远超过铝及铝合金的熔点(约600℃左右)。
氧化铝的密度3.95-4.10g/cm3，约为铝的1.4倍，氧化铝薄膜的表面易吸附水分，焊接时，它阻碍基本金属的熔合，极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷，引起焊缝性能下降。
(2)易产生气孔。
铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢，由于液态铝可溶解大量的氢，而固态铝几乎不溶解氢，因此当熔池温度快速冷却与凝固时，氢来不及逸出，容易在焊缝中聚集形成气孔。
氢气孔目前难于完全避免，氢的来源很多，有电弧焊气氛中的氢，铝板、焊丝表面吸附空气中的水分等。
实践证明，即使氩气按GB/T4842标准要求，纯度达到99.99%以上，但当水分含量达到20ppm 时，也会出现大量的致密气孔，当空气相对湿度超过80%时，焊缝就会明显出现气孔。
(3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。
铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍，易产生较大的焊接变形的内应力，对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。
(4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s.℃)。
约为钢的4倍，因此，焊接铝和铝合金时，比焊钢要消耗更多的热量。
铝及其合金的焊接PPT课件
第22页/共76页
2、控制焊接工艺
➢TIG焊接工艺参数 对气孔倾向的影 响
➢采用大的焊接电 流配合较高的焊 接速度比较有利。 焊接工艺参数对气孔倾向的影响（LF6，TIG）
23
第23页/共76页
2、控制焊接工艺
• MIG焊工艺参数对气 孔倾向的影响
• 低焊速配合高线能量 较好
MIG焊接时焊缝气孔倾向与焊接工艺参数的 关系（板Al-2.5%Mg,焊丝Al-3.5%Mg)
20
第20页/共76页
防止焊缝中气孔的途径
• 铲根
• 将坡口下端（根部） 刮去一个倒角（成为 倒V形小坡口）
铲根对焊缝气孔的影响 （Al-4Mg-1Mn,MIG) 1-未铲根 2-铲根
21
第21页/共76页
一、焊缝中的气孔
（二）防止焊缝中气孔的途径 1、减少氢的来源 2、控制焊接工艺 ➢ 限制溶氢量 ➢ 改善氢的逸出条件
41
第41页/共76页
热处理强化铝合金焊接接头组织示意图
• 焊缝 • 铸造组织 • 强韧性与焊材有关
• 熔合区 • 晶粒粗大 • 塑性下降
• 过时效软化区 • 加热温度超过时效强化温度
热处理强化铝合金焊接接头组织示意图
42
第42页/共76页
合金成分对过时效软化影响
• 图(a)Al-Cu-Mg合 金HAZ硬度变化 （手工TIG，焊后5 天自然时效）
26
第26页/共76页
二、焊接热裂纹
（一）铝合金焊接热裂纹的特点 • 铝合金属于共晶型合金 • 铝合金的线胀系数大（约为钢的2倍）
27
第27页/共76页
共晶型合金结晶温度区间与结晶裂纹倾向的关系
• 焊接条件下固相线一般 要向左下方移动。
铝及铝合金的焊接ppt课件
铝合金接头中的结晶裂纹
铝合金的25焊接
铝合金接头热影响区中的液化裂纹
铝合金的26焊接
在母材的热影响区中，成
分为XC的铝合金在平衡状态下， t1温度下组织为+，t2时中 的组元开始向固溶体溶解，t3 时全部转化为固溶体。
液化裂纹的说明
铝合金的27焊接
在焊接快速加热条件下， 在t2 来不及溶解，达不到平衡， 到t3时仍可能为+两相状态， t4时已超过共晶温度，中的组 元还未完全溶入固溶体，则在 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“液化裂纹”。
“过时效” ： 一般在GP区合金发生强化， 微细共格相，开始出现 时强度进一步提高，一旦发生，向转化，强化作用 降低，转变结束时强化作用消失，成为“过时效”。
铝合金的41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。
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（接头 / 母材）也没有超过 60%。
铝合金的2焊接
1. 铝合金的分类
铝合金的3焊接
可热处理合金
该类合金是通过加工强化和固溶强化来获得所需要的强度， 通常的固溶强化元素有Mg和Mn，主要在1xxx、3xxx、5xxx系 列的合金中。
不可热处理合金
材料的强度和硬度依靠合金成分和热处理（固溶处理和淬火 +自然或人工时效处理生成的细小弥散相强化）获得。主要的 合金元素主要存在于2xxx、6xxx、7xxx和8xxx系列合金中。
铝合金的34焊接
5. 铝合金焊接中接头的等强性问题
（1）不可热处理合金（LF Al-Mg） 不可热处理铝合金的主要问题是晶粒粗化
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
8
中国 (GB) LG5 LG2 LG1
L1 L2 L3 L5-1 L5 LF2 LF3 LF4 LF5-1 LF5 LF21 LD2 LD7 LD9 LD10 LD11 LD30 LD31 LY1
日本 (JIS) 1N99 1N90 A1080 A1070 A1060
A1100 A1200 A5052 A5154 A5083 A5056
A3003 A6165 2N01 A2018 A2014 A4032 A6061 A6063 A2217
原苏联 (ΓOCT) AB000
AB1 AB2 A00 A0 A1 A2
5
（3）热裂倾向大 线膨胀系数大，约为碳素钢和低合金钢的两倍。体积收缩 率较大，达6.5%左右,铁约为3.5% 。这样由于过大的收缩 内应力而导致焊接熔池凝固时容易产生缩孔、热裂纹。生 产中可采取调整焊丝的成分与焊接工艺的措施防止热裂纹。
（4）气孔敏感性高 铝和铝合金熔池很易吸收氢等气体，高温下溶入的大量气 体在焊后泠却凝固过程中来不及析出，聚集在焊缝中会形 成气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面的氧化 膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。采取的措施： 焊前清理母材坡口及焊丝。
AMr AMr3 AMr4
Amr5 AMu
AB AK4 AK2 AK8 AK9 AΠ33 AΠ31 AΠ18
德国 (DIN) Al99.98R Al99.9 Al99.8 Al99.7
Al99.5 Al99.0 Al99 AlMg2.5 AlMg3 AlMg4.5Mn AlMg5
AlMnCu
AlCuSiMg AlMg1SiCu AlMgSi0.5 AlCu2.5Mg0.5
6
5）固态液化时无色泽变化 焊接时熔池金属由固态变成液态时，没有明显的色泽变化， 给焊接者带来不便。
（6）低的高温强度和塑性 由于高温下的强度和塑性较低，以致于不能支承住液体金 属从而导致变形或塌陷。采取的措施：加垫板。
7
3 铝与铝合金牌号的分类 L-----纯铝（L1~L6） LF 防锈铝(Al-Mn、Al-Mg)(LF1~LF7、LF10、
英国 (BS) S1
1A 1B 3L54 1C N4 N5 N8 N6 N61 N3 H16 38S H20 H19 3L86
法国 (NF)
1070A 1050A 1100 1200 5052 5083 3003 2618A 2014 4032 6061 -9
4 焊接材料
焊接材料的选择 铝及铝合金的焊接材料包括电焊条、焊丝、焊剂、电极和 保护气体。 1） 焊丝
按不同性能要求推荐的焊丝
要求高延性
要求焊后阳极化 后颜色匹配
要求抗海水腐蚀
要求焊接时裂 纹倾向低
SAl-1 SAlCu SAl-1 SAlMg-5 LF14 ER5356 ER5356 SAlMg-5 ER5356 ER5356 ER5356
SAl-1 SAlCu SAl-1 SAlMg-5 SAlMg-5 ER5356 ER5356 SAlMg-5 ER5356 ER5356 ER5356
铝和铝合金的焊接
1
石油化工铝制料仓施工质量验收规范 SH/T 3513—2009
石油化工铝制料仓施工技术规程 SH/T 3605—2009
2
1 应用 1）大型空分装置冷箱中主塔（分馏塔）等塔类设备均为 铝镁合金材质。 2）铝料仓 3） 煤化工装置中的工艺管道等。
3
2、焊接特性分析
1） 强的氧化能力 铝和氧的亲和力很强,在空气极易生成致密的Al2O3薄膜, Al2O3的熔点高达2050℃,远远超过铝和铝合金的熔点 (500℃～600℃)。Al2O3的相对密度较大，在焊接过程中 阻碍金属之间的良好的结合，引起氧化膜夹渣或未熔合。 氧化膜还会吸附水份，焊接时会促使焊缝生成气孔。在横 焊或仰焊的特定位置下，这些气孔在凝固过程中上升至焊 缝上部熔合线附近，被上部固态金属阻挡而无法逸出，因 而在焊缝上部形成链状气孔。
国际 (ISO)
Al99.8 Al99.7 Al99.5 Al99.0 AlMg2.5 AlMg3 AlMg4.5Mn0.7 AlMg5 AlMg5Mn0.4 AlMn1Cu AlCu2MgNi AlCu4SiMg AlMg1SiCu AlMg0.7Si AlCu2.5Mg
美国 (AA) 1199 1090 1080 1070 1060 1050 1100 1200 5052 5154 5083 5056 5456 3003 6165 2618 2018 2014 4032 6061 6063 2217
针对不同的材料和主要的性能要求来选择焊丝。
11
铝和铝合金焊接
表1：针对不同的材料和性能要求选择焊丝
材料
1100 2A16 3A21 5A02 5A05 5083 5086 6A02 6063 7005 7039
要求高强度
SAlSi-1 SAlCu SAlMn SAlMg-5 LF14 ER5183 ER5356 SAlMg-5 ER5356 ER5356 ER5356
4
（2）较高的热导率和比热容大 铝和铝合金的热导率和比热容均为碳素钢和低合金钢的两 倍多。在焊接过程中，由于高的热导率使热量能被迅速传 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，这为了获有时采用预热的措施。
按我国国标88及GB10858-2008，焊丝分为电焊条芯及焊 丝两个类别。按美国国标ANSI/AWS A5.10-92，焊丝分为 电极丝（代号E）及填充丝（代号R）和电极丝、填充丝 两者兼用丝（ER）。
10
2）焊接材料选用原则 ①焊接时生成焊接裂纹的倾向低； ②焊接时生成焊缝气孔的倾向低； ③焊缝及焊接接头的力学性能（强度、延性）好； ④焊缝及焊接接头在使用环境条件下的耐蚀性能好； ⑤焊缝金属表面颜色与母材表面颜色能相互匹配。 焊丝的性能表现及其适用性需与其预定用途联系起来，以便