钢与有色金属焊接

在会影响铝的力学性能和焊接性能。
钢与铝及其合金的焊接
铝中加入铁会提高强度和硬度，降低塑性，增大脆性，对 焊接性影响严重。并且铝在铁中的溶解度比铁在铝中的溶解 度在很多倍，含大量铝的钢，具有某些良好的性能（如抗氧 化性），但含铝量超过5％以上时具有较大的脆性，严重地影 响焊接性。 熔点相差大 _ Al先熔，钢处于固态 线膨胀系数相差大 _ 热应力，热裂纹 Al氧化 _ Al2O3， 焊缝夹渣 助焊剂使用
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
③ 复合镀层碳钢与铝及铝合金的氩弧焊
只有一层镀锌层不足以消除铝与钢产生的金属间化合物。因此应在镀锌之前先镀 一层铜或银等金属。由于焊丝的熔点高于锌的熔点，焊接加热时镀锌层先熔化， 漂浮在液体表面上，而铝在锌层下与铜或银镀层发生反应，同时铜或银溶解于 铝中，可以形成较好的焊接接头。这种银－锌或铜－锌复合镀层的方法，可使 钢－铝焊接接头强度提高到147～176.4MPa。但这种方法比单一镀层工艺复杂， 另外在结构件较大而又复杂的情况下，这种方法会受到一定的限制。 在钢件镀层完成之后，便可对钢、铝件的表面进行处理。对铝件的表面处理可以 用15%～20%NaOH或KOH溶液侵蚀，侵蚀后用清水冲洗，然后在20%的 HNO3中钝化，冲洗和干燥之后，放在干净的环境中待焊。
钢与铝及其合金的焊接
纯铝和铝合金牌号命命
GB/T3190-1996和GB/16474－1996 4位字符牌号 1×××或1A×× 纯铝 2××× Al－Cu 3××× Al－Mn 4××× Al－Si 5××× Al－Mg 6××× Al－Mg－Si 7××× Al－Zn 8××× Al－其他 9××× Al－备用
工业纯铝 变形铝合金 铸造铝合金
铝及合金分类、成分和性能
分类 铸造铝合金 合金名称 简单铝硅合金 合金系 Al-Si 性能特点 铸造性能好，不能热处 理强化，力学性能较低 铸造性能良好，可热处 理强化，力学性能较高 示例 ZL102
特殊铝硅合金
Al-Si-Mg Al-Si-Cu Al-Si-Mg-Cu Al-Si-Mg-Cu-Ni
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
钨极氩弧焊的焊接工艺参数： 焊接电流为80～120A，钨极直径为3mm，填充 铝丝直径3mm。 焊接时，首先要使电弧指向铝一侧的焊丝上， 以减小和防止锌镀层过多或过早地被熔化。尤其 是在焊第一层焊缝时，更要特别注意镀层不能过 多或过早地烧损，必须使电弧指向填充焊丝上， 以防止电弧直接熔化镀锌层。 钢与铝氩弧焊的接头方式和电弧位置如图所示。 从采用氩弧焊方法和接头连接方式来看，实质上 是熔焊－钎焊的工艺形式，即对钢件来说是钎焊， 而对铝件来说是熔焊。这也是低熔点与高熔点异 种材料焊接工艺一种有效的方法。
防锈铝
Al-Mn Al-Mg
抗蚀性、压力加工性与 焊接性能好，但强度较 低 力学性能高 室温强度最高 锻造性能好 耐热性能好
3A21 5A05 2A11,2A12 7A04,7A09 2A14,2A50 2A70,2A80
硬铝 超硬铝 锻铝
Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn Al-Mg-Si-Cu Al-Cu-Mg-Fe-Ni
被焊材料 Q235A+LF6 Q235A+LF6 Q235A+LF6 厚度 /mm 3 6～8 9～10 电极材料、 直径/mm 钨极，φ3 钨极，φ3 钨极，φ3 焊接电流 /A 110～130 130～160 180～200 焊接电压 /V 16 18 20 焊接速度 /cm.s-1 0.18～0.22 0.18～0.24 0.18～0.28 填充金属化学成 分/% Ni3.5,Zn7, Si 4～5, Al余量
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
② 镀锌低碳钢与铝及铝合金的氩弧焊 低碳钢与铝及铝合金（L1、L2、L3、LF21、LF3和LF5等）氩弧焊时，在碳钢 表面镀厚度为3～5μm的Zn、Sn、Ag可以获得较好的接头。但镀Cu、Ni、Al 等中间层，焊后接头强度不高。采用浸渍法镀上100～120μm厚的锌层，接头 强度也较好。钢表面镀锌层厚度对接头强度有很大影响，镀锌层越厚，接头强 度越高。 有镀锌层碳钢与铝及铝合金氩弧焊时，焊丝的选择对接头强度也有一定的影响。 如镀锌的Q235钢与铝氩弧焊时，选择1035（L4）铝丝作为填充材料，接头强 度可满足某些工件的要求，但不太稳定，断裂发生在焊缝上；用含镁焊丝 （LF5）不能保证焊缝强度，且断裂产生在电镀层上；纯铝L2和L3与镀锌钢 （镀层厚度小于30μm）焊接接头强度较好。 为减少金属间化合物脆性层厚度，必须提高焊接速度，但焊接速度太大时会产生 未焊透和其他形式的焊接缺陷。
碳钢与纯铝的冷压焊接头，强度可达80～100MPa；18-8奥氏体不锈 钢与Al-Mg合金的接头强度可达200～300MPa。采用摩擦焊时，为防 止产生金属间化合物，应尽量缩短接头的加热时间并施加较大的挤压 力，以便将可能形成的金属间化合物挤出接头区。但加热时间不能过 短，以免塑性变形量不足而不能形成完全结合。
钢与铝及其合金的焊接
（2） 压焊特点
钢与铝采用摩擦焊、超声波焊、扩散焊和冷压焊等压焊方法进行焊 接，也可以得到良好的接头，但这些焊接方法有一个共同的缺点，就 是焊件的形状受到一定的限制。 压焊有利于钢与铝及铝合金的焊接，焊前必须彻底清理连接表面， 消除氧化物及薄膜，同时要保证接头处变形量在70%～80%以上。为 了得到更好的焊接接头，也可在钢母材金属表面先镀一层Zn、Cu或 Ag。
防锈铝5A06(LF6)
防锈铝3A21(LF21) 硬铝2A12(LY12)
580
643 502
117.2
16Hale Waihona Puke Baidu.3 121.4
2.64
2.73 2.78
24.7
23.2 22.7
6.73
3.45 5.79
硬铝2A14(LD10)
510
159.1
2.80
22.5
4.30
钢与铝及其合金的焊接
（1 ） 熔焊特点 钢与铝及铝合金熔焊时，一般采用氩弧焊、电子束焊以 及气焊等焊接方法。要想获得良好的接头，必须保证在接 头上不产生金属间化合物。熔焊时，必须在钢表面镀一层 过渡金属，此过渡层金属与铝要有很好的结合性，才能形 成良好的焊接接头。
1、铝及合金的特点
铝及合金分类、成分和性能
特点：
纯铝（Al)熔点：665℃，密度，2.7g/cm3,合金熔点 约566 ℃，比强度高，热容大，熔化潜热高，；致 密氧化膜，耐蚀性好，导电导热性好，纯铝导热性 是低碳钢的6陪，线膨胀系数是低碳钢的2陪。塑性 好，易加工成型和铸造各类零件。
工业纯铝 变形铝合金 铸造铝合金
钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
铁与铝既可以形成固溶体、金属间化合物，又 可以形成共晶体。铁在固态铝中的溶解度极小，室 温下铁几乎不溶于铝，所以含微量铁的铝合金在冷 却过程中会产生金属间化合物 FeAl3 。随着含铁量 的 增 加 ， 相 继 出 现 Fe2Al 、 Fe2Al7 、 Fe2Al5 、 Fe2Al2和 FeAl等，其中 Fe2Al5的脆性最大。由于在 铝合金中的铁总是以金属间化合物形式存在，其存
为解决钢与铝熔焊时的困难，常采用的工艺措施有以下几种。 ① 在钢表面镀上与铝相匹配的第三种金属，如锌、银等，厚度约30 －40m为过渡层，钢侧为钎焊，铝侧为熔焊。 ② 对接焊时，使用K形坡口，坡口开在钢材侧。焊接热源偏在铝材 一侧，以使两侧受热情况均衡，防止镀层金属蒸发。 ③ 使用气体保护进行焊接，如采用氩弧焊。
钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
在汽车工业生产中,采用“钢+铝”双金属焊接结构成为汽车轻量化 的首选方案, 这必然涉及到铝和钢两种材料之间的连接。 从21世纪初开始,国内外许多研究机构和汽车生产厂家便一直在寻找 一种有效的焊接方法来减轻汽车的重量。美国成立了“新一代汽车 合作计划” 。 1994年以来, 美国政府已为此投入了15亿美元的研究开发资金,美国3 大汽车公司仅在1999年就投入了开发经费共达98亿美元, 减轻整车 重量是其中的一个核心目的。布什新政府在2002年则推出了一个 自由车项目,该项目的长期目标是高效、价廉、无污染,汽车轻量化 也是重要研究内容之一。
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
① 碳钢Q235与防锈铝的氩弧焊 碳钢与铝的常用钨极氩弧焊进行焊接，焊接时采用直径3mm的钨电极，随 着工件厚度的增加，焊接电流、焊接电压也相应的增加，焊接中填充金 属采用Ni-Zn-Si系合金。Q235碳钢与防锈铝5A06（LF6）氩弧焊的工艺 参数见表2。 表2 Q235碳钢与防锈铝5A06 氩弧焊的工艺参数
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
④ 不锈钢与铝及铝合金的氩弧焊 不锈钢与铝之间的相互作用取决于不锈钢的类型，铝与不锈钢直接进行氩弧焊不 会获得良好的接头。主要是因为它们之间会产生金属间化合物，使接头脆化。 因此，对于不锈钢与铝的焊接，必须采用中间金属过渡层的办法。
钢与有色金属的焊接－1
雷永平
主要内容
概论 钢与铝及其合计的焊接
概论
铝、铜、镍、钛等有色金属具有良好的耐蚀性， 较高的比强度以及在低温下能保持良好的力学 性能等特点。 有色＋钢复合制品：提高复合性能，导热导电， 耐蚀，提高焊接产品的使用寿命，节约材料。
应用：航空、汽车、化工、国防
钢与铝及其合金的焊接
钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
汽车轻量化的要求必然涉及到铝钢之间的焊接,而铝 钢之间的焊接一直是焊接领域的热点问题和难点问 题, 铝钢焊接的主要问题： 两者之间的的固溶度较低、热物理性能差异较大, 并 且两者极易反应生成脆性的金属间化合物, 这种脆 性的金属间化合物极大地降低了焊接接头的力学性 能
ZL101 ZL107 ZL105,ZL110 ZL109
铝铜铸造合金
铝镁铸造合金 铝锌铸造合金 铝稀土铸造合金
Al-Cu
Al-Mg Al-Zn Al-Re
耐热性好，铸造性能与 抗蚀性差
力学性能高，抗蚀性好 能自动淬火，宜于压铸 耐热性能好
ZL201
ZL301 ZL401
变形铝合 金
不能热处理强化 铝合金 可热处理强化铝 合金
钢与铝及其合金的焊接
1、铝及合金的特点
铝及合金分类、成分和性能
特点：
纯铝（Al)熔点：665℃，密度，2.7g/cm3,合金熔点 约566 ℃，比强度高，热容大，熔化潜热高，；致 密氧化膜，耐蚀性好，导电导热性好，纯铝导热性 是低碳钢的6陪，线膨胀系数是低碳钢的2陪。塑性 好，易加工成型和铸造各类零件。
钢与铝及其合金的焊接
钢与铝及铝合金的物理性能对比
材 钢 料 碳钢Q235 不锈钢1Cr18Ni9Ti 纯铝1060（L2） 防锈铝5A03(LF3) 铝及铝合 金 熔点 /℃ 1500 1450 658 610 热导率 /W.m-1.K-1 77.5 16.3 217.7 146.5 密 度 /g.cm-3 7.86 7.98 2.70 2.67 线膨胀系数 /10-6.K-1 11.76 16.6 24 23.5 电阻率 /10-6.Ω.cm 1.5 7.4 2.66 4.96

钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
近年来，环保问题越来越受到世界各国的重视,汽车工业 为了节约燃料、保护环境、不断努力减轻汽车重量,因此 对汽车用材料提出了更高的要求。增加铝材的使用量是其 中的重要措施之一。 在国外工业生产中，采用“钢＋铝”双金属焊接结构的产 品越来越多。由于铝及铝合金的密度小、比强度高，且具 有良好的导电性、导热性和耐蚀性，为了充分发挥材料的 固有性能和节省材料，将钢与铝及铝合金焊接成为异种金 属结构，具有独特的优势和良好的经济效益
镀层金属种类不同，焊后结果也不同。镀镍层焊接性较差，镀层易被烧损；Ni、 Cu、Ag复合镀层上易形成裂纹；Ni、Cu、Sn复合镀层效果较好，Ni、Zn复 合镀层效果更佳。
焊接接头质量在很大程度上取决于镀镍过程的质量。焊前对铝及铝合金的表面准 备也是十分重要的，包括表面清洁及镀层。首先是清除油脂、油垢，清水冲洗， 盐酸溶液侵蚀，然后进行镀镍→镀铜→镀锌，干燥后渗铝，最后检查镀层表面 质量。