铝及铝合金的焊接性
铝及其合金的焊接课件
热导率
铝的热导率较高，约为 205W/(m·K)，有利于焊接过程中 的快速散热。
线膨胀系数
铝的线膨胀系数约为23.5×10^6/℃，在焊接过程中容易产生较大 的变形。
化学特性
01
02
03
活泼性
铝是一种活泼金属，容易 与氧、硫等元素发生反应 ，形成致密的氧化膜。
对气体的亲和力
铝对气体的亲和力较强， 容易在焊接过程中与空气 中的氧气、氮气发生反应 。
激光焊接技术
激光焊接具有能量密度高、焊接速度 快、热影响区小等优点，可以有效提 高铝及其合金的焊接效率和质量。
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接技 术，能够有效避免气孔、裂纹等缺陷 的产生，提高焊接接头的致密性和强 度。
焊接过程的智能化与自动化
焊接机器人
采用焊接机器人进行铝及其合金的焊 接，可以实现自动化、智能化生产， 提高生产效率和产品质量。
焊接方法
熔化焊接
通过熔化母材和填充材料 实现连接，包括气焊、电 弧焊等。
压力焊接
通过施加压力使母材和填 充材料结合，如电阻焊、 摩擦焊等。
钎焊
使用熔点低于母材的填充 材料，通过熔化填充材料 实现连接。
焊接材料
填充材料
选择与母材相容、熔点合适的填 充材料，如铝丝、铝条等。
保护气体
选用高纯度的氩气、氦气等作为 保护气体，防止氧化和污染。
铝及其合金的焊接课件
contents
目录
• 铝及其合金的基本特性 • 铝及其合金的焊接性 • 铝及其合金的焊接技术 • 铝及其合金焊接的质量控制 • 铝及其合金焊接的应用实例 • 铝及其合金焊接的发展趋势与展望
01
铝及其合金的基本特 性
铝及铝合金在焊接时容易出现哪些问题
铝及铝合金在焊接时容易出现哪些问题？1、极易敏化铝不论是固态或液态都极易氧化，生成三氧化二铝薄膜。
氧化膜熔点很高，为2050℃，而铝的熔点仅为658℃。
A1203具有很高的电阻，在电弧焊中，相当于电弧与工件之间有一层绝缘层，使电弧燃烧不稳定。
氧化膜妨碍焊接过程的顺利进行，而且氧化铝的密度大于铝，因此造成焊缝夹渣和成形不良。
2、熔化时无颜色变化铝从固体到液体的升温过程中没有颜色变化，温度稍高就会造成金属塌陷和熔池烧穿。
再者，由于高熔点的氧化膜覆盖在熔池表面，给观察母材的熔化、熔合情况带来困难。
这样就增加了焊接工艺上控制温度的难度，稍不注意，整个接头就会塌落，所以铝的焊接比钢材焊接要困难得多。
3、易变形由于铝的导热系数是铁的2倍，凝固时的收缩率比铁大2倍，所以铝焊件变形大，如果措施不当就会产生裂纹；并且在焊接时，因导热性好，需要较大的焊接热量才能熔化接头。
因此，一般要求对焊件预热，并采用强规范，由此也恶化了焊接工艺条件。
4、易产生气孔铝及铝合金在焊接时，在空气中马上氧化生成A1203，不但阻碍金属熔合，还会吸收一定的水分。
焊丝表面和母材表面氧化膜吸收的水分，在电弧作用下分解出来的氢被液态金属铝吸收。
此外，焊条药皮中的潮气、空气中的水分也都是氢的来源。
铝合金的一个特征是，氢在液态金属中的溶解度随温度变化的幅度大，又由于铝导热性能好，焊缝凝固快，因此来不及逸出的氢气便形成很多气孔。
铝的纯度愈高，产生气孔的倾向就愈大。
5、易开裂铝合金的凝固不是在某一温度下进行，而是在一温度区间进行。
在开始凝固时温度较高，焊缝呈液-固状态，液态金属比较多，此时的收缩量可由未凝固的液态金属补充；在最后凝固之前，焊缝呈固液状态，液态金属已很少，以间层状存在，由于此时温度处于凝固温度区间的下限，已产生很大的收缩，这样就会在液态的层间处拉开，若无液体补充，便形成裂纹。
一般说，纯铝不易产生凝固裂纹，防锈铝合金裂纹倾向也很小，但硬铝、超硬铝等经热处理强化的铝合金的热裂纹倾向较大。
铝及铝合金的焊接
江苏石油勘探局职工培训处
（ 4）焊剂 气焊用焊剂为钾、钠、锂、钙等元素的氯化物和氟化物，可 去除氧化膜。
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5.焊前准备
(1)焊前清理 铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及 焊丝表面的氧化膜和油污，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 40℃～70℃的5％～10％NaOH 硝酸溶液洗 3 min～7min(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 30％HNO3 溶液酸洗 1 min～3 min，流动清水冲洗，风干或低温干燥。
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(3)焊前预热 薄、小铝件一般不用预热，厚度 10 mm～15 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 100℃～ 200℃，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。
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（4）焊机要求 焊机必须是交流TIG焊机，具有陡降的外特 性和足够的电容量。并且有参数稳定、 调节灵活和安全可靠的使用性能，还应 具有引弧、稳弧和消除直流分量装置， 焊机上电流、电压表应经计量部门鉴定 合格，焊机在使用前，先检查接地是否 完好，冷却水路和气路是否畅通，其各 项功能须确保能正常工作。焊接场所应 保持清洁。 江苏石油勘探局职工培训处
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(2)垫板 铝及铝合金在高温时强度很低，液态铝的 流动性能好，在焊接时焊缝金属容易产生下塌 现象。为了保证焊透而又不致塌陷，焊接时常 采用垫板来托住熔池及附近金属。垫板可采用 石墨板、不锈钢板、碳素钢板、铜板或铜棒等。 垫板表面开一个圆弧形槽，以保证焊缝反面成 型。也可以不加垫板单面焊双面成型，但要求 焊接操作熟练或采取对电弧施焊能量严格自动 反馈控制等先进工艺措施。
铝及其合金的焊接性
铝及其合金的焊接性(一)铝的氧化铝不论是固态或液态都极易氧化。
在常温下铝及铝合金表面总有一层氧化铝(Al2O3)薄膜。
尤其在高温下铝将发生强烈氧化。
氧化铝的熔点很高(2050℃)，远远超过铝合金的熔点(一般为600℃左右)，而且氧化铝密度大(3.85g／cm3)，而铝合金密度较小(2.6～2.8g／cm3)。
当气焊铝时，如果不用气焊熔剂，会很明显地看到熔池表面一层氧化铝的黑色皱皮，它阻止了焊丝的熔滴进入熔池，使之无法与基本金属熔合。
又因氧化铝在沉入焊缝后形成难熔夹渣，而且氧化铝还吸附了较多的水分，在焊接时会促使焊缝生成气孔。
因此，铝焊接时，为保证焊接质量，必须去除表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化。
这是铝及铝合金熔化焊的重要特点。
(二)熔池不易掌握铝及铝合金由固态转变成液态时，没有显著的颜色变化，从而增加了工艺上控制温度的困难。
另外，铝在高温时强度很低，如铝在370℃时强度仅为0.1MPa，在焊接时容易引起烧塌或下漏，甚至焊接接头会整个塌落下来。
因此，铝的全位置焊接，比焊接钢材要困难得多，常常要采用垫板。
(三)热裂纹铝的导热系数约是铁的2倍多，因而要求在焊接时，使用较大功率或能量集中的热源。
当焊件厚度大时，还要预热。
而铝的线膨胀系数约是铁的2倍，在凝固时的收缩率约为铁的3倍，再者铝与钢比较，铝及其合金高温时塑性很差、强度也低，所以，铝件的焊接变形大，恶化了焊接的工艺条件。
如工艺措施不当，还容易产生热裂纹。
工业纯铝和铝锰合金的抗裂性良好，在焊接薄板时不产生裂缝。
但若焊缝金属中，硅的含量大于铁的含量(Fe／Si<1)或焊接接头刚性较大时，则焊缝金属产生热裂纹的倾向将会增大。
铝镁合金焊接时的热裂纹倾向随含镁量的变化而变化。
若焊缝中含镁量较少，产生的低熔点共晶不足以形成连续的晶间薄层，热裂纹倾向不大；若焊缝中含镁量虽较多，但大量的低熔点共晶又能充分填充晶间薄层，因而此时的热裂纹倾向也不大；只有当含镁量在2％～3％时，最容易出现热裂纹。
铝合金与不锈钢的焊接工艺
（4）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 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 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 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 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。
（3）缝隙腐蚀 金属构件中发生的斑点状宏观蚀坑； 原因：间隙中溶液流动发生迟滞，致使溶液中局部cl-浓化，不锈钢表面钝化
（4）晶间腐蚀 在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。 原因：贫铬理论
（5）应力腐蚀 在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下而引起的断裂。
3、A（奥氏体）不锈钢的焊接
显微组织：奥氏体 成分：高铬不锈钢+适量的Ni 典型钢种：
（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，焊接过程中大量的热量被迅速传导到 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。
（3）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 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
铝合金与不锈钢的焊接
本组成员：
何泰 CD20150517 朱志权 CD20150502 赵川 CD20150523 唐靖炎 CD20150532
一、铝合金的焊接工艺
1、铝及铝合金的焊接性
（1）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 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 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。 清理焊件表面的氧化物，并加强焊接区域的保护。
铝合金及其焊接性
铝合金及其焊接性作者：单位：天津大学材料成型及控制工程通讯地址：天津大学材料学院【摘要】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。
铝合金在车辆部件中的应用情况、发展趋向及其在组焊中存在很多问题。
对铝合金及其异种金属焊接接头进行了焊接性试验研究结果表明，其焊接接头有满意的力学性能、抗裂性及抗应力腐蚀性能，适合用于制造轻轨车辆，航空航天领域的广泛应用。
【关键字】铝合金焊接性气孔热裂纹等强性【正文】虽然已经应用铝及其合金焊成许多重要产品，但实际上并不是没有困难，主要的问题有：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、接头“等强性”【1】等1.铝合金焊接中的气孔氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因,已为实践所证明。
弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分都是焊缝气孔中氢的重要来源。
其中，焊丝及母材表面氧化膜的吸附水份，对焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。
1.1弧柱气氛中水分的影响弧柱空间总是或多或少存在一定数量的水分，尤其在潮湿季节或湿度大的地区进行焊接时，由弧柱气氛中水分分解而来的氢，溶入过热的熔融金属中，可成为焊缝气孔的主要原因。
这时所形成的气孔，具有白亮内壁的特征。
1.2 氧化膜中水分对气孔的影响在正常的焊接条件下，焊丝或工件的氧化膜中所吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。
而氧化膜不致密、吸水性强的铝合金，主要是Al-Mg合金，要比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。
因为Al-Mg合金的氧化膜中含有不致密的MgO，焊接时，在熔透不足的情况下，母材坡口端部未除净的氧化膜中所吸附的水分，常常是产生焊缝气孔的主要原因。
1. 3 减少焊缝气孔的途径避免熔池吸氢是消除或减少焊接气孔的有效方法【2】。
为防止焊缝气孔，可从两方面着手:第一，限制氢溶入熔融金属，或者是减少氢的来源，或者减少氢同熔融金属作用的时间；第二，尽量促使气孔自熔池逸出。
铝及铝合金焊材选用与匹配
铝及铝合金焊材选用与匹配铝及铝合金焊材的选用与匹配在焊接工艺中起着至关重要的作用。
本文将从焊接材料的特性、焊接材料的选择以及焊材匹配的原则等方面进行论述。
一、焊接材料的特性铝及铝合金焊接材料的特性是了解其性能和应用的前提。
铝及铝合金具有良好的导热性、导电性和耐腐蚀性，且密度低。
铝合金的强度、塑性和硬度等性能根据不同的合金成分和热处理状态而有所差异。
焊接材料的选择应根据实际应用需求进行。
二、焊接材料的选择1. 硬焊料硬焊料是一种高强度的焊接材料，主要用于焊接铝合金结构件。
硬焊料具有良好的耐高温性能，可提供良好的焊缝强度和密封性。
常见的硬焊料有银焊条、铜-锌合金焊条等。
2. 软焊料软焊料是一种低温焊接材料，适用于焊接薄壁铝合金和铝合金与其他金属的连接。
软焊料熔点低，可减少对焊接基材的热影响。
常见的软焊料有铝-硅合金焊丝、铝-锡合金焊丝等。
3. 焊丝铝及铝合金焊接中常用的焊丝有纯铝焊丝和铝合金焊丝。
纯铝焊丝适用于焊接铝及铝合金与其他金属的连接，具有良好的塑性和焊接性能。
铝合金焊丝适用于焊接同种或相近的铝合金件，可提供较高的焊接强度。
4. 焊条焊条主要用于手工弧焊和氩弧焊。
铝及铝合金的焊条主要包括纯铝焊条和铝合金焊条。
纯铝焊条适用于焊接纯铝或铝合金与其他金属的连接。
铝合金焊条适用于焊接同种或相近的铝合金件，焊缝强度较高。
三、焊材匹配的原则焊材的选择应根据所需焊接材料的种类、合金成分和要求的焊接性能来确定。
一般来说，焊接不同种类的铝合金时，应选用相应的焊接材料；焊接相近合金时，应选用合金成分相近的焊接材料。
在焊接过程中，还需注意焊材与基材的相容性。
相容性不良的焊接材料可能导致焊缝强度不高，甚至出现焊接缺陷。
因此，焊接材料的选用应与基材的成分和特性相匹配。
另外，焊材的性能稳定性和可靠性也是选择的考虑因素之一。
优质的焊接材料应具有可靠的焊接性能和稳定的力学性能，确保焊接接头的质量和使用寿命。
结论在铝及铝合金焊接过程中，焊接材料的选用与匹配是确保焊接质量和性能的重要因素。
铝及铝合金钎焊剖析
铝及铝合金钎焊剖析铝及铝合金钎焊是一种广泛应用于航空航天、汽车制造和船舶建造等行业的焊接技术。
钎焊是利用填充金属与基材的溶解或扩散来连接工件的焊接方法。
铝及铝合金钎焊具有高效、环保、高强度等优点，但也存在一些局限性。
本文将对铝及铝合金钎焊进行剖析。
首先，铝及铝合金的钎焊特点如下：1.低熔点：铝及铝合金的熔点相对较低，便于钎焊操作。
2.良好的可塑性：铝及铝合金具有良好的可塑性，可以在较低的温度下完成连接操作。
3.容易氧化：铝及铝合金容易在高温下与空气中的氧气反应，形成表面氧化层，影响钎焊质量。
4.较高的导热性：钎焊铝及铝合金时，需要迅速传递热量以保持焊缝在适宜的温度范围内。
其次，铝及铝合金钎焊的工艺参数如下：1.温度控制：铝及铝合金的钎焊温度一般在450℃-600℃之间，过高会造成材料烧损，过低则无法形成有效连接。
2.填充金属选择：选择合适的填充金属是保证钎焊质量的关键。
常用的填充金属有铝硅合金、铝锰合金、铝铜合金等。
3.表面处理：由于铝及铝合金易于氧化，钎焊之前需要进行表面处理，除去氧化层，以提高钎焊质量。
4.焊接速度：钎焊过程中，焊接速度需要控制在合适的范围内，过快会导致填充金属未充分润湿基材，过慢则容易造成材料烧损。
钎焊铝及铝合金的优点有：1.钎焊过程中不需要融化基材，减少了变形和应力的发生，可以应用于薄板焊接。
2.钎焊接头强度高，焊缝内部无夹杂物。
3.钎焊后焊缝的装饰性更好，美观度高。
4.钎焊后表面平整，无需进行后续磨削和抛光。
铝及铝合金钎焊的局限性有：1.铝及铝合金的导热性好，热量传导迅速，钎焊时需要较快的焊接速度和热输入控制，这对焊工的技术要求较高。
2.铝及铝合金易氧化，钎焊时需要采取措施防止氧化层生成，否则会影响焊接质量。
3.部分铝合金在钎焊时容易产生热裂纹，需要注意合金的选择和焊接参数的控制。
综上所述，铝及铝合金钎焊是一种广泛应用于航空航天、汽车制造和船舶建造等行业的焊接技术，具有高效、环保、高强度等优点。
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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。