铝及铝合金的焊接
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。
铝及铝合金焊接工艺
铝及铝合金的焊接工艺一、铝及铝合金的种类纯铝、防锈铝合金和普通铸造铝合金。
二、铝及铝合金的焊接特点焊接性较差，只有正确选择焊接材料和焊接工艺，才能获得性能满足使用要求的焊接产品。
1、极易氧化，铝不论是固态或液态都极易氧化，生成氧化膜，并且氧化膜的熔点很高，为2050℃，而铝的熔点仅为658℃。
在电弧焊中，相当于电弧与工件之间有一层绝缘层，是电弧燃烧不稳定。
氧化膜妨碍焊接过程中的顺利进行，而且氧化膜的密度大于铝，因此极易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。
稍不注意，接头就会塌落，所以铝的焊接比钢材焊接要困难得多。
3、易产生气孔，母材和焊丝表面吸附了一些水分，液态铝可以溶解大量的氢气，而固态铝几乎不溶解，因此氢在焊接熔池中快速冷却。
凝固结晶过程中，来不及逸出表面，就会在焊缝中形成气孔。
4、易变形和开裂，铝的高温强度低，塑性差（纯铝在640~656℃间的伸长率＜0.69%），焊接时会产生较大的热应力和变形，在脆性温度区间内已形成低熔点共晶物，产生裂纹。
5、工作环境与安装条件：为了保证机器性能和焊接质量，机器安装工作时应在海拔高度1000m一下，环境温度在-10~40℃，湿度不能＞70%，避免阳光直射过渡震动，尽可能处于无风、无酸、无腐蚀、无灰尘的工作环境。
三、铝及铝合金的焊接工艺及通用操作技术1、焊接方法和焊接设备的选择，因为铝及铝合金的散热快，容易形成缺陷，所以需要采用能量集中、热功率大、保护效果好的焊接方法，熔化极氩弧焊、熔化极脉冲氩弧焊、无极脉冲氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊等都是好的焊接方法。
特殊情况下还可选用激光焊、超声波焊等。
用交流TIG、直流反接MIG焊接，电弧阴极雾化作用好，清理氧化膜十分有效。
2、焊接材料的选择①焊纯铝，选择与母材相近的纯铝焊丝。
（有耐腐蚀要求时，焊丝纯度比母材高一级。
）；②焊铝锰合金，选择锰含量相近的；③焊铝镁合金，选镁含量比母材高1%~2%的合金焊丝；④异种铝材焊接，选择强度和成分与抗拉强度较高的和母材相匹配的焊丝；⑤保护气体，一般结构和薄板，平焊用氩气（氩气的纯度要达到99.99%），重要结构、厚板、立焊、仰焊、用氩气＋氦气混合气，可以加大电弧热量。
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。
铝及铝合金的焊接解读
铝及铝合金的分类
变形铝及铝合金一般表现为冶 金工业半成品，即板、管、棒、 丝、带等，或具有一定形状及 其毛坯。 ► 热处理不可强化的铝及铝合金 （或称非热处理强化铝合金） 只可变形强化，由于热处理强 化效应很弱，故不能热处理强 变形铝及铝合金 铸造铝合金 化。此类铝及铝合金包括工业 纯铝，Al-Mn系防锈铝合金、 Al-Mg系防锈铝合金。 ► 热处理强化铝合金既可变形强 化，也可热处理强化。此类铝 合金有Al-Cu、 Al-Mg-Si、 Al热处理不可强化 热处理强化 Zn、 Al-Li等系列铝合金。
铝及铝合金的特点
►
与其他金属相比较，铝及铝合金具有独特的和优异的物理特性、化学特性、力学 特性及工艺特性，能适应现代科技及高新工程发展的需要，广泛应用于制造各类 工业产品。对比下表几种金属的特性： 几种金属的物理特性
几种金属的力学性能
►
►
►
► ►
由上述两表可见，铝及铝合金的密度仅为钢的1/3，小与除金属镁以外的其他金 属的密度。虽然抗拉强度和弹性模量比刚低，但铝合金经热处理强化以后，其强 度已超过高强度钢而接近超高强度钢，比模量也接近高强度钢。因此，铝合金特 别适用于轻质承载结构。 铝及铝合金为面心立方结晶体结构。这一结构在温度降低时不发生脆性转变，强 度、延性、韧度不仅不降低，反而可同步提升。现在，铝合金的工作温度可达零 下253℃，因此特别适用于低温和超低温容器。 铝及铝合金的化学性质活泼、极易氧化，在大气条件下，其表面可随时生产一层 附着力强的和难熔（2050℃）的氧化膜，对铝及铝合金的表面起防止进一步氧 化和介质腐蚀的作用，因而耐蚀性好，可在不同的气候条件下与液态的氢、氧、 氮、天然气和重水、石油、浓硝酸等长期接触和相容。特别适用于化工容器。 铝的导电率高，是低碳钢的约6倍，其导热率也高，是低碳钢的约5倍，前者适 用于电力输配，后者适用于热交换。 铝及铝合金的工艺性好，易于扎压、挤压、锻压、冲压、旋压，可制成各种截面 形状的铝材和各种形状的型材。挤压型材有利于减少焊缝数量、减小焊接变形， 便于装配焊接，适于制造轻质复杂结构。
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
铝及铝合金的焊接
铝及铝合金的焊接导言：铝及铝合金是目前工业中广泛应用的材料，其具有轻质、导热性好、耐腐蚀等优点，被广泛用于航空、汽车、建筑等领域。
然而，铝及铝合金的焊接过程相对较为复杂，需要注意焊接技术、焊接参数以及焊接材料的选择等方面的问题。
本文将从这些方面对铝及铝合金的焊接进行探讨。
一、焊接技术1. 熔化极氩弧焊（GTAW）熔化极氩弧焊是铝及铝合金焊接中常用的技术之一。
其特点是焊接过程中产生的热量较小，对基材影响小，焊缝质量较高。
在熔化极氩弧焊中，焊工需要注意控制电弧长度、氩气流量和焊接速度等参数，以确保焊接质量。
2. 金属惰性气体保护焊（MIG）金属惰性气体保护焊是另一种常用的铝及铝合金焊接技术。
在该技术中，焊丝通过喷射的惰性气体（如氩气）进行保护，防止氧气和水蒸气等对焊接过程的干扰。
金属惰性气体保护焊适用于大批量生产，焊接速度快，效率高。
二、焊接参数1. 电弧电流电弧电流是影响焊接质量的重要参数之一。
对于铝及铝合金的焊接，一般需要较大的电弧电流，以确保焊接区域能够达到足够高的温度，从而保证焊缝的质量。
2. 电弧电压电弧电压也是影响焊接质量的重要参数。
过高或过低的电弧电压都会影响焊缝的质量。
过高的电弧电压容易导致熔融过深，过低的电弧电压则容易导致焊缝质量不合格。
3. 焊接速度焊接速度是焊接过程中需要控制的另一个重要参数。
过快的焊接速度会导致焊缝质量不佳，焊接强度降低；过慢的焊接速度则容易导致熔融过深，产生热影响区过大。
三、焊接材料选择1. 焊丝对于铝及铝合金的焊接，一般选择铝合金焊丝作为填充材料。
铝合金焊丝具有良好的流动性和机械性能，可以保证焊缝的质量。
在选择焊丝时，需要根据焊接材料和焊接要求进行合理的选择。
2. 气体保护剂在焊接过程中，需要使用惰性气体对焊接区域进行保护，以防止氧气和水蒸气的干扰。
常用的气体保护剂有纯氩气、氩气和氦气的混合气体等。
选择合适的气体保护剂可以提高焊接质量。
结语：铝及铝合金的焊接是一项复杂而重要的工艺，需要掌握合适的焊接技术、合理的焊接参数以及选择适当的焊接材料。
铝及铝合金焊接-规范文件-
+ 铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在 焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形 成氢气孔。
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝 及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其 各自的应用场合。
+ 焊后热处理
铝容器一般焊后不要求热处理。如果 所用铝材在容器接触的介质条件下确有明 显的应力腐蚀敏感性，需要通过焊后热处 理以消除较高的焊接应力，来使容器上的 应力降低到产生应力腐蚀开裂的临界应力 以下，这时应由容器设计文件提出特别要 求，才进行焊后消除应力热处理。
+ 坡口的处理 板厚在3 mm 以下的对接焊缝可不开坡口,只需在焊缝背
面倒一0. 5～1 mm 的角即可,这样有利于气体的排放和避 免背面凹槽。背面是否倒角对焊缝的影响。
铝合金厚板的坡口角度较 钢板的要大。单边坡口一般采用
55°坡口,双边坡口采用每边35°坡 口。这样可以使焊接的可达性提
高,同时可降低未熔合缺陷的产生
+ 铝及铝合金的焊接特点 + 铝及铝合金焊接方法 + 铝及铝合金焊接材料 + 焊前准备 + 焊后处理
+ 铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔 点高、非常稳定，不易去除。
+ 铝及铝合金的热导率和比热Байду номын сангаас均约为碳素钢和低合金钢的两 倍多。
+ 铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。
+ 保护气体 保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流加高频
铝及铝合金的焊接工艺
铝及铝合金的焊接工艺一、常用铝及铝合金及其分类铝及铝合金按铝制产品形式不同可分为变形铝合金及铸造铝合金。
按强化方式可分为非热处理强化铝合金及热处理强化铝合金。
按合金化系列，可分为工业纯铝、铝铜合金、铝锰合金、铝硅合金、铝镁合金、铝镁硅合金、铝锌镁铜合金等七大类，特种设备常用纯铝、铝锰合金和铝镁合金。
铝锰合金仅可变形强化，其强度比纯铝略高，成形工艺性及耐蚀性、焊接性好。
铝镁合金也仅可变形强化，与其他铝合金相比，铝镁合金具有中等强度，其延性、焊接性能、耐蚀性能良好。
铝在空气和氧化性水溶液介质中，表面会产生致密的氧化铝钝化膜，因而在氧化性介质中具有良好的耐蚀性。
铝在低温下不存在脆性转变，因此铝制设备可用在很低的温度。
二、铝及铝合金的焊接特点1、铝的氧化性铝极易氧化，在常温空气中即生成致密的氧化铝薄膜，焊接时容易造成夹渣，氧化铝膜还会吸附水分，焊接过程中会促使焊缝生成气孔。
因此，焊接时应对熔化金属和高温金属进行有效的保护。
2、铝的线膨胀系数铝的线膨胀系数比较大，约为钢的两倍，铝凝固时的体积收缩率也比钢大得多，铝焊接时熔池容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的热应力。
3、气孔铝及铝合金液体熔池易吸收氢等气体，若焊后冷却凝固过程中来不及析出，则在焊缝中形成气孔。
4、热影响区的强度下降当母材为变形强化或固溶时效强化时，焊接热影响区强度将下降。
三、焊接方法的选择铝及铝合金适应的方法很多，气焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊、焊条电弧焊等都适用。
选择焊接方法时，应考虑产品结构特点、制造工艺要求、焊件厚度、铝合金类别、牌号、对焊接接头质量及性能的要求等综合选择。
特种设备施焊时，经常采用钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊，这两种焊接方法热量比较集中，电弧燃烧稳定，由于采用惰性气体，保护良好，容易控制杂质和水分来源，减少热裂纹和气孔的发生，焊缝质量优良，钨极氩弧焊一般用于薄板，熔化极气体保护焊用于厚板。
等离子弧焊接的接头性能一般比氩弧焊好，但设备工艺复杂，使用尚不多。
铝及铝合金焊接规程
铝及铝合金焊接规程用。
铝及铝合金焊接规程是为了确保铝及铝合金焊接的质量，适用于铝及铝合金制单层、衬铝的铝焊接工艺。
在焊接前需要注意以下几点：首先，焊接用氩气的纯度应≥99.99%，露点≤-55℃，符合GB/T4842或GB的规定。
瓶装氩气的压力≤0.5Mpa时不宜使用，因为氩气内含氮量≥0.04%会导致焊缝表面上产生氮化镁及气孔，含氧量≥0.03%会导致熔池表面上出现密集的黑点、电弧不稳和飞溅较大，含水量≥0.07%会导致熔池沸腾并产生气孔。
其次，手工钨极氩弧焊电极采用铈钨电极。
电极直径应根据焊接电流大小来选择，电极端部应为半球形。
如果钨极被铝污染，则必须重新打磨或更换钨极；轻微污染时，可增大电流使电弧在试板燃烧一会，即能烧掉污染物。
铝及铝合金焊接规程中提供了铈钨电极直径和对应的焊接电流。
第三，MIG焊铝合金时，不允许使用带齿轮的送丝轮和推丝式，送丝软管应使用聚四氟乙烯或尼龙制品，以免磨削污染或堵塞软管。
MIG通常使用直流反极性。
第四，焊剂主要作用是去除氧化膜和其它一些杂质，使用时可用无水酒精调成糊状或直接将焊剂粉放在坡口和两侧。
在焊接角焊缝时应选用那些焊后容易清除熔渣的焊剂；铝镁合金用焊剂不宜含有钠的组成物。
最后，不同牌号的铝材相焊时，按耐腐蚀性能较好和强度级别较低的母材去选择焊丝材料。
在焊接铝镁合金或铝锰合金等耐蚀铝合金时，宜采用含镁量或含锰时与母材相近或比母材稍高的焊丝。
焊丝可从GB/T《铝及铝合金焊丝》选用。
本文介绍了如何选择适合的铝焊接用焊丝。
选择焊丝时可以参考GB/T3190和GB/T3197标准。
表格中列出了同牌号铝焊接用焊丝、异种铝焊丝、针对不同材料和性能要求推荐的焊丝以及一般用途焊接时焊丝的选择。
这些表格可以帮助焊接工程师选择适合的焊丝，以确保焊接质量和性能。
应用丙酮或其他合适的清洗剂清洗干净。
5.焊接前应根据铝材的不同种类、厚度、形状和用途选择合适的焊接方法、焊接位置、焊接工艺和焊接参数，并进行试焊，以确定最佳的焊接工艺参数。
铝及铝合金的焊接方法
铝及铝合金的焊接方法铝及铝合金是相当常见的材料，因为具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于汽车制造、航空航天、建筑、船舶以及机电设备等领域。
然而，由于铝及铝合金的化学性质和结构特点，其焊接较为困难，需要特殊的焊接方法和技术，本文将重点介绍铝及铝合金的焊接方法。
1. TIG焊接法氩弧焊接（TIG）法是目前铝及铝合金最常用的焊接方法之一，其特点在于能够焊接很薄的材料，焊接质量高，且不会产生太多的热变形，但是需要较高的技术要求和操作技巧。
在进行TIG焊接时，需要将铝材预热，以避免冷裂的产生，同时选择合适的氩弧电流和焊接速度，以达到最佳的焊接效果。
2. MIG焊接法惰性气体保护焊（MIG）法是另一种常用的铝及铝合金焊接方法，其特点在于可以快速地焊接大量的材料，但是需要高度精密的焊接设备和较高水平的技术人员。
在进行MIG焊接时，需要选择合适的气体，并将焊接区域清洁干净，以防止氧化皮和其他杂质的干扰，同时适当控制焊接速度和电流，以获得最佳的焊接效果。
3. 拉丝焊接法拉丝焊接法比较适用于较大的铝合金部件的焊接，在进行拉丝焊接时使用的是特殊的焊接材料，可以有效地降低氧化皮的生成，并且具有相对较高的耐腐蚀性能。
在进行拉丝焊接时，需要选用合适的焊接材料、清洁焊接区域，并注意适当的拉丝速度和焊接电流，以获得最佳的焊接效果。
4. 超声波焊接法超声波焊接法适用于薄壁铝及铝合金零件的焊接，其物理原理在于利用高频震动产生的热能将零件焊接在一起。
在进行超声波焊接时，需要选择合适的焊接设备、正确选择焊接参数，以避免过热损伤，并采用合适的夹具，以保证焊接部件的稳定性。
总之，铝及铝合金的焊接方法有多种，每种方法都有其适用的焊接材料、焊接工艺和操作技巧，只有选择适合的焊接方法才能获得最佳的焊接效果。
无论采用何种焊接方法，其关键在于对焊接材料、焊接设备、焊接工艺以及焊接操作等方面全局的认真考虑和细致的把握。
铝及铝合金的焊接工艺方法
铝及铝合金的焊接工艺方法焊接铝及铝合金的方法铝及铝合金材料具有低密度、高强度、高热电导率和耐腐蚀能力强等优点，因此在工业产品的焊接结构上得到广泛应用。
然而，由于焊接方法及焊接工艺参数的选取不当，会导致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，从而严重影响产品的质量和性能。
铝合金材料的特点铝是一种银白色的轻金属，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。
然而，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请参见表1.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）。
氧化铝的密度为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，在焊接时，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（XXX℃），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。
《铝和铝合金的焊接》课件
熔化极氩弧焊
适用于厚板、大结构的焊接， 具有焊接效率高、成本低等优
点。
激光焊接
适用于小批量、高精度要求的 焊接，具有焊接速度快、热影
响区小等优点。
超声波焊接
适用于塑料、金属薄片等材料 的焊接，具有焊接强度高、密
封性好等优点。
焊接前的准备
01
02
03
清理
去除铝和铝合金表面的油 污、氧化膜等杂质，保证 焊接质量。
铝和铝合金焊接的质量检 测与评估
焊接接头的无损检测
无损检测技术
01
射线检测、超声检测、磁粉检测、涡流检测等。
无损检测的目的
02
在不影响焊接接头性能的前提下，检测焊接缺陷，如气孔、夹
渣、未熔合等。
无损检测的方法选择
03
根据焊接接头的形状、尺寸、材料特性等因素选择合适的检测
方法。
焊接接头的力学性能测试
从早期的气焊、电弧焊到现在 的激光焊接、搅拌摩擦焊等先 进技术，焊接铝和铝合金的工 艺不断改进。
随着新材料的出现和应用，铝 和铝合金的焊接技术将继续发 展，以满足更高的性能要求。
02
铝和铝合金焊接的工艺特 点
焊接方法的选择
01
02
03
04
钨极氩弧焊
适用于薄板、管材的焊接，具 有焊接质量高、变形小等优点
拉伸试验
测试焊接接头的抗拉强度、屈服强度和延伸 率等指标。
冲击试验
测试焊接接头在不同温度下的冲击韧性。
弯曲试验
测试焊接接头在不同弯曲角度下的塑性变形 能力。
硬度试验
测试焊接接头的硬度分布和硬度值。
焊接接头的耐腐蚀性能测试
盐雾试验
模拟海洋环境，测试焊接 接头在不同浓度的盐雾中 的耐腐蚀性能。
铝及铝合金的焊接性分析
铝及铝合金的焊接性分析铝及其合金化学活泼性很强，表面易形成氧化膜，且多具有难熔性质（如Al2O3的熔点约为2050℃，MgO的熔点约为2500℃），加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。
由于氧化膜密度同铝的密度极其接近，所以也容易成为焊缝金属的夹杂物。
同时，氧化膜（特别是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可以吸收较多的水分而常常成为形成焊缝气孔的重要原因之一。
此外，铝及其合金的线胀系数大（约为钢的2倍），导热性又强（比钢约大一倍多），焊接时容易产生翘曲变形。
一．焊缝气孔（一）铝及铝合金熔焊时形成气孔的特点铝及其合金熔焊时最常见的缺陷是焊缝气孔，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。
氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因，氢的来源，主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分。
其中，焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，对焊缝气孔的产生，常占有突出地位。
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量的水分，尤其是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，熔入过热的熔融金属中，可成为焊缝气孔的主要原因。
此时所形成的气孔，具有白亮内壁的特征。
弧柱气氛中的氢之所以能使焊缝形成气孔，与它在铝及其合金中的溶解度变化特性有关。
在平衡条件下，氢在铝中的溶解度在凝固点时可从 1.69突降到0.036ml/100g，相差约20倍（在钢中只相差不到2倍），其次，由于铝的导热性很强，在同样的工艺条件下，铝熔合区的冷却速度可为高强钢的4-7倍，不利于气泡的逸出，而残留在焊缝金属中形成气孔。
实际的冷却条件下并非平衡状态，伴随着凝固过程的发展，在已结晶的枝晶前沿形成许多微小气泡，枝晶晶体的交互生长致使气泡的成长受到限制，并且不利于浮出，因而可沿结晶的层状线形成均布形式小气孔。
不同的合金系统，对弧柱气氛中水分的敏感性是不同的，纯铝对气氛中水分最为敏感。
Al-Mg合金含Mg量增加，氢的溶解度和引起气孔的临界分压PH2均随之增大，因而对吸收气氛中的水不太敏感，相比起来，仅对焊接气氛中的水分而言，同样焊接条件下，纯铝焊缝产生气孔的倾向要大些。
铝及铝合金的焊接方法
铝及铝合金的焊接方法铝及铝合金是一种轻质、耐腐蚀、导热性能良好的金属材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
在实际生产中，铝及铝合金的焊接工艺是非常重要的，因为焊接质量直接影响到整体产品的性能和质量。
本文将介绍铝及铝合金的常见焊接方法及其特点。
首先，铝及铝合金的常见焊接方法包括氩弧焊、气体保护焊、电阻焊、激光焊等。
其中，氩弧焊是应用最为广泛的一种方法。
氩弧焊是利用氩气作为保护气体，通过电弧加热工件表面，使工件熔化并形成焊缝的方法。
氩气能够有效地保护熔融池，避免氧化和氢的影响，从而保证焊接质量。
气体保护焊是在焊接过程中通过外部供气保护焊缝，常用的保护气体有氩气、氩气和氦气的混合气体等。
电阻焊是利用电流通过工件产生热量，使工件表面熔化并形成焊缝的方法。
激光焊是利用激光束对工件进行加热，实现焊接的方法。
其次，不同的焊接方法有不同的特点和适用范围。
氩弧焊适用于铝及铝合金的薄板焊接，焊缝质量好，但焊接速度较慢。
气体保护焊适用于铝及铝合金的厚板焊接，焊接速度快，但焊缝质量稍逊于氩弧焊。
电阻焊适用于铝及铝合金的薄壁管道等零部件的焊接，焊接速度快，但对工件的厚度和形状有一定要求。
激光焊适用于对焊接速度和焊缝质量要求较高的场合，但设备成本较高，适用范围相对较窄。
最后，无论采用何种焊接方法，都需要注意一些共同的焊接技巧。
首先是焊接设备的选择和调试，包括焊接机、焊枪、气体保护装置等的选择和调试。
其次是焊接工艺参数的控制，包括焊接电流、电压、气体流量等的控制。
再次是焊接工件的准备，包括工件的清洁、预热、固位等工序的准备。
最后是焊接过程中的操作技巧，包括焊接速度、焊接角度、焊接顺序等的控制。
总之，铝及铝合金的焊接方法多种多样，选择合适的焊接方法需要根据具体的焊接要求和工件特点进行综合考虑。
在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的焊接方法，并严格控制焊接工艺，以保证焊接质量和产品性能。
- 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)。
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。
江苏石油勘探局职工培训处
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。
江苏石油勘探局职工培训处
(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。
江苏石油勘探局职工培训处
（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
江苏石油勘探局职工培训处
(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。
江苏石油勘探局职工培训处
铝为面心立方晶格，没有同素异构体， 加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒 易 粗大，不能通过相变来细化晶粒。
母材基体金属如为变形强化或固溶时 效强化时，焊接热会使热影响区的强度 下降。
江苏石油勘探局职工培训处
2.焊接方法
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝 合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应 用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。 气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊 条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（ TIG 或 MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄 板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可 采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、 脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保 护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）。 铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光- 电 弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合 金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合 金进行焊接。
江苏石油勘探局职工培训处
3.铝合金焊接的难点
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地应用于各种焊接结构产品 中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。 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。 因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊 接速度高的高效焊接方法。
江苏石油勘探局职工培训处
易产生热裂纹 铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢 的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和 应力较大，因此，需采取预防焊接变形和热裂纹的措 施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹 及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接 工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况 下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合 金。在铝硅合金中含硅 0.5%时热裂倾向较大，随着硅 含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高， 收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验， 当含硅 5%～6%时可不产生热裂。
江苏石油勘探局职工培训处
(3)钨极 氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。纯钨 极的熔点和沸点高，不易熔化挥发，电极烧损及尖端的污染较少， 但电子发射能力较差。在纯钨中加入 1％～2％氧化钍的电极为钍 钨极，电子发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧较稳定， 但钍元素具有一定的放射性，使用时应采取适当的防护措施。在 纯钨中加入 1.8％～2.2％的氧化铈(杂质≤0.1％)的电极为铈钨极。 铈钨极电子逸出功低，化学稳定性高，允许电流密度大，无放射 性，是目前普遍采用的电极。锆钨极可防止电极污染基体金属， 尖端易保持半球形，适用于交流焊接。
江苏石油勘探局职工培训处
（ 2）保护气体 保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流加高频 TIG 焊时， 采用大于 99． 9％纯氩气，直流正极性焊接宜用氦气。 MIG 焊时， 板厚<25 mm 时宜用氩气；板厚 25 mm～50 mm时氩气中宜添加 10％～35％的氦气；板厚 50mm-75mm 时氩气中宜添加 l0％～35 ％或 50％的氦气；当板厚>75 mm 时推荐采用添加 50％～75％氦 气的氩气。氩气应符合 GB／T 4842-1995《纯氩》的要求。氩气 瓶压低于 0.5 MPa 后压力不足，不能使用。
江苏石油勘探局职工培训处
2）机械清理 在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾 污时，常采用机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以 除油，随后直接用直径为 0.15 mm～0.2 mm的铜丝刷或不锈钢丝 刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打 磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。 另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。 工件和焊丝经过清洗和清理后，在存放过程中会重新产生氧 化膜，特别是在潮湿环境下，在被酸、碱等蒸气污染的环境中， 氧化膜成长得更快。因此，工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的 存放时间应尽量缩短，在气候潮湿的情况下，一般应在清理后 4 h 内施焊。清理后如存放时间过长(如超过 24 h)应当重新处理。
江苏石油பைடு நூலகம்探局职工培训处
氩弧焊是焊接铝及铝合金较完善的方法，由于氩气的保护作用和氩 离子对氧化膜的阴极破碎作用，氩弧焊可以不用焊剂，这就避免了焊后 残渣对接头的腐蚀，此外，焊接时氩气流对焊接区的冲刷，使接头显著 冷却，从而改善了接头的组织和性能，但是由于不用焊剂，焊接清理的 要求比其他焊接方法要严格一些。 氩弧焊可以采用钨极或熔化极，手工或自动（半自动），方法选择是根据工 件结构大小或生产条件决定。薄板结构一般用手工钨极氩弧焊，厚板用 熔化极氩弧焊，钨极手工氩弧焊时一般使用交流电源，熔化极氩弧焊采 用直流电源。
江苏石油勘探局职工培训处
4.焊接材料
（ 1）焊丝 铝及铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，按容 器要求应使对接接头的抗拉强度、塑性(通过弯曲试验)达到规定 要求，对含镁量超过 3％的铝镁合金应满足冲击韧性的要求，对 有耐蚀要求的容器，焊接接头的耐蚀性还应达到或接近母材的水 平。因而焊丝的选用主要按照下列原则： 1）纯铝焊丝的纯度一般不低于母材； 2）铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近； 3）铝合金焊丝中的耐蚀元素(镁、锰、硅等)的含量一般不低于母 材； 4）异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝； 5）不要求耐蚀性的高强度铝合金(热处理强化铝合金)可采用异种 成分的焊丝，如抗裂性好的铝硅合金焊丝 (注意强度可能低于母 材)。
铝及铝合金的焊接
江苏油田焊接培训中心 孙浩
江苏石油勘探局职工培训处
1. 概述
铝合金由于重量轻、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 被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合 金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。 因此，铝及铝合金除广泛的应用于越来越多的 领域。但铝合金焊接易出现氧化、气孔、热裂 纹、烧穿和塌陷等问题。此类材质是被公认为 焊接难度较大的被焊接材料。因此，解决铝及 铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中必须解决 的问题。
江苏石油勘探局职工培训处
我们用的ER4043(HS311)焊丝是一种通用性较大的铝硅合金焊 丝，焊缝金属具有优良的抗热裂性能，也能保证一定的力学性能 但是ER4043不适合焊接铝镁合金，在焊缝中易生成脆性化合物 MG2SI，使接头的塑性和耐蚀性降低。
江苏石油勘探局职工培训处
纯铝 (1xxx 系列), 可焊性很好, 对应焊材: ER1100 和 ER4043 铝铜合金 (2xxx 系列), 可焊性较差, 对应焊材: ER4043, ER4015, ER23 铝锰合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 对应焊材: ER4043, ER5356 铝硅合金 (4xxx 系列), 一般用于制造焊丝 (4043, 4047) 铝镁合金 (5xxx 系列), 高强度, 可焊性很好, (5083-H112单纯加工 硬化状态) 对应焊丝: ER5356, ER5183 等 铝镁硅合金 (6xxx 系列), 应用最广, 可焊性好, 对应焊丝: ER5xxx, ER4xxx . 铝锌合金 (7xxx 系列), 高强度, 用于飞机制造业, 可焊性很差易裂, 对应焊丝: ER5356 (仅限 7005 和 7039 母材) 其它铝合金 (8xxx 系列), 可焊性很差