铝合金及其焊接性
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。
铝合金焊丝的介绍和特点
铝合金焊丝的介绍和特点
铝合金焊丝是一种用于焊接铝合金材料的焊接材料。
它通常由纯铝作为母材和合金焊丝组成。
铝合金焊丝的特点包括：
1. 优良的焊接性能：铝合金焊丝具有良好的流动性和可溶性，可以得到均匀且牢固的焊缝。
2. 耐腐蚀性好：由于铝合金焊丝中含有合金成分，因此焊接后的材料具有较好的耐腐蚀性，可在各种环境下使用。
3. 轻量化：铝合金焊丝与其他金属焊丝相比，具有较低的密度，可以减轻焊接材料的重量。
4. 良好的导电性：铝合金焊丝具有良好的电导性能，适用于需要良好导电性能的场合，如电子设备制造等。
需要注意的是，铝合金焊丝在焊接过程中需要注意控制焊接温度，避免过高的温度导致材料变形或裂纹的产生。
此外，由于铝合金的氧化性较强，焊接前需要对焊接接头进行表面处理，以提高焊接质量。
铝合金焊接性能及焊接接头性能
铝合金焊接性能及焊接接头性能摘要：在高铁、地铁列车的制造中，铝合金材料是列车车体的主要材料之一，然而由于铝合金材料在焊接性能、焊接接头性能方面仍存在一定的不足，经常会出现气孔、裂纹等缺陷，因此高铁、地铁列车铝合金车体的焊接施工质量仍然很难保证。
本文对铝合金的焊接性能以及焊接接头性能进行了分析。
关键词：铝合金；焊接性能；焊接接头前言铝合金材料具有较强的化学活泼性及导热性，氧化膜密度则相对较低，这些特性使得铝合金在焊接过程中很容易出现问题，而要想对这些焊接问题进行有效处理，保证铝合金焊接质量，则需要明确铝合金焊接性能及其焊接接头性能，并在焊接过程中进行针对性地处理。
1铝合金焊接性能及焊接接头性能分析1.1高温强度低由于金属材料焊接通常都是在高温条件下进行，因此材料熔点对于焊接质量有着直接地影响，铝合金材料的熔点会因合金中纯铝含量不同而存在一定的差异，但通常都在600℃左右，这一熔点与铜等其他材料相对较高，但在进行高温焊接时，其强度与塑性却会迅速降低，这意味着焊接过程中铝合金材料很难支撑住液体金属，而焊缝也会因此而出现塌陷、烧穿等问题。
1.2膨胀系数高铝合金材料的膨胀系数普遍较高，大多都能达到铜、钢的两倍或以上，而收缩性最高则在75%左右，这意味着在焊接过程中，高温的影响很容易使铝材料因热胀冷缩而出现变形，并发生结晶裂纹、液化裂纹等现象。
另外，铝合金的导热性虽然比较高，但在高温影响下其内外部温度仍然会出现差异，温差的变化会使其内外部出现不同的膨胀，并产生较大的内应力，这同样是铝合金焊接容易出现热裂纹的主要原因。
同样，焊接完成后，随着焊接接头处温度的不断降低，如果收缩量较大且冷却速度较快，那么其收缩变速率就会随之提高，并使铝合金焊接接头处出现应力-应变状态，而这同样是焊接处产生裂纹的主要原因之一。
1.3氧化能力强铝材料的氧亲和力非常强，长期暴露在空气中很容易形成氧化铝薄膜，这种薄膜虽然厚度较低，且具有较高的密度与结实度，但熔点却高达2050℃，如果在未经处理的情况下直接进行焊接，铝材料就很难与其他金属材料有效结合起来，焊接接头出也会因氧化铝残渣的存在而出现气孔。
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。
关于铝合金焊接性能及焊接接头性能的研究
关于铝合金焊接性能及焊接接头性能的研究摘要：目前，铝合金材料无论是在建筑还是在工业生产等领域中，得到了全面的应用。
但是在铝合金焊接性能的方面存在着一定的问题，特别是铝合金焊接接头性能方面，经常在焊接后，接头出现气孔以及裂纹等问题，这也对铝合金材料的使用造成了一种阻碍，特别是在高铁列车以及一些铝合金金属车体焊接中，其质量难以得到保障。
因此，本文通过对关于铝合金焊接性能及焊接接头性能的研究进行研究，主要就是为了能够提高铝合金焊接质量，保障焊接接头不会出现任何质量问题。
关键词：铝合金；焊接性能；焊接接头性能前言：铝合金在具备着一定的导热性能，而且具备着一定的化学活泼性能，但是由于氧化膜密度较低，导致铝合金材料在焊接的过程中，经常会出现质量不过关情况，为了促使铝合金能够更好地进行使用，在对铝合金焊接问题进行全面处理的过程中，不仅要保障铝合金的焊接质量，还需要提高铝合金的焊接性能，从而对整个焊接基础进行全面优化，对焊接全过程进行全面处理。
因此，本文所研究的内容，对关于铝合金焊接性能及焊接接头性能的研究具有重要意义。
一、铝合金焊接性能及焊接接头性能所存在的主要问题（1）高温强度低由于金属材料在焊接的过程中，主要是以高温为主，超出材料熔点，从而对铝合金材料进行焊接，但是铝合金材料由于合金中所含有的铝含量存在着一定的不同，导致铝合金的熔点也存在着一定的不同，但大部分铝合金熔点度为600℃，而且一般铝合金的熔点相对于其他金属材料的熔点度相对较高，但是在金属焊接的过程中，铝合金材料由于塑性影响，会导致铝合金强度迅速降低，这也导致铝合金材料在焊接的过程中，难以支撑金属液体，导致在焊接的过程中，经常会出现铝合金材料出现烧穿等问题，甚至会出现塌陷问题。
（2）氧化能力强由于铝质金属材料具有一定的氧亲和力，如果长期地与空气进行接触，材料自身就会出现氧化铝薄膜，不过这种薄膜是具备一定密度的，而且熔点相对较高，甚至会超出2000℃，如果未能够对铝合金材料进行处理，直接进行焊接，那么铝合金材料则难以与其余金属材料之间进行连接，焊接接头部位也会出现氧化铝残渣，从而在接头位置出现大量地气孔。
铝合金焊接性能及焊接接头性能
铝合金焊接性能及焊接接头性能摘要：在新科学技术的影响下，高速动车组也在进行全面提升发展，高速动车的车体结构的材料也进行更新换代，传统的钢材质的车体结构已经开始逐渐被铝合金材质的车体进行淘汰，铝合金材质的车体结构比钢材质的车体更加轻盈，采用新材料能够使高速动车组的车体实现轻量化，但同时还能保障高速动车的行程安全，新材料就需要新的焊接技术，基于此对铝合金焊接技术和性能以及焊接接头的性能成为本文探究的内容。
关键词：铝合金焊接；焊接技术；性能分析引言：随着矿产资源开采和冶炼技术的进步，铝合金材质的使用量和使用范围也得到很大的提升，关乎我们生活的方方面面，比如：铝合金材质的阳台门窗门框、自行车的铝合金车架和铝合金材质的高速动车组车体。
铝合金材料也需要进行切割和焊接，才能达到使用要求，铝合金的焊接不同于传统铁质材料的焊接，铝合金焊接技术需要面对很多新的焊接问题，针对不同的焊件需要运用不同的焊接技术，不同的焊接技术焊接出来的产品具有不同的焊接性能。
一、铝合金材料的特点铝合金材料有很多有优良的性能，大体可以归结为以下几点：第一点：铝合金材质很多都具有质地轻盈而且材质较软。
这是因为同等体积铝的重量大约是同等体积钢重量的三分之一。
第二点：铝合金材料也具有很好的强度。
虽然，低碳钢的抗拉强度是纯铝的五倍。
但纯铝经过合金化强化以及热处理强化后形成的铝合金，其强度能达到刚才所具有的强度值。
第三点：主要是因为铝合金材料与空气后在其表面会形成一层致密的化学性质稳定的三氧化二铝薄膜，若是对铝合金材料进行氧化铝膜处理法，就能使其具有全面防止腐蚀的特点。
第四点：因为铝材具有良好的柔软和可塑性，铝合金材料具有良好的加工性。
比如：高速动车的车体就是运用型材具有良好挤压性的特点，而且这种材质进行二次加工和进行弯曲化加工时也都比较容易实现。
第五点：铝合金材料易于循环利用。
冶炼时纯铝的熔点比钢材低很多，所以废弃的铝材料更易于实现回收和再利用。
铝及铝合金焊接中常见焊接缺陷及其对策
铝及铝合金焊接中常见焊接缺陷及其对策摘要：铝及铝合金的应用范围随着社会经济的发展在不断扩大，在轨道交通、建筑、桥梁、船舶中都有被应用。
又随着近些年来更高效率和更高想能的焊接技术的推广，铝及铝合金被运用得越来越广泛，相应的技术也得到了一定的发展。
不过，在铝及铝合金的实际运用过程中，由于其存在着容易氧化、熔点低、导热性高、热容量大以及膨胀系数大的特点，也给其焊接工艺造成了一定的影响，容易出现一些焊接缺陷。
本文主要对铝及铝合金焊接中的常见缺陷进行分析，并提出相应的解决措施。
希望能够对铝及铝合金的焊接行业有所帮助，提高焊接效率与焊接质量。
关键词：铝及铝合金；焊接缺陷；对策引言：铝及铝合金耐腐性较好，并且轻度较高，还具有导电性以及导电性好的特点，因此，铝及铝合金在工业中得到了广泛应用。
因此，相关焊接人员在进行铝及铝合金焊接时，对其性能、焊接方式、焊接材料、焊接缺陷等都需要有充分的把握。
只有对相应的焊接知识熟练掌握之后才能够更好的开展铝及铝合金的焊接工作。
1铝及铝合金的焊接性能要想充分掌握铝及铝合金的焊接技巧，就需要对其的焊接性能有所掌握。
铝及铝合金具有以下焊接性能：1）比热大、导热快。
由于铝及铝合金导热较快，其散热速度也相对较快，在进行焊接工作时，一般使用功率较大的焊接热源，有时候焊接热源的热度不够，还需要对热源进行预热。
2）膨胀系数大。
由于具有膨胀系数大的特点，在焊接之后，金属凝固后的收缩率也较大。
因此，在焊接中容易出现变形的情况。
3）容易形成气孔。
氢气是铝及铝合金焊接时容易出现气孔的主要原因，其中主要来自于焊接材料中含有的水分。
2铝及铝合金中常见焊接缺陷铝及铝合金在我国工业中被应用得十分广泛，虽具有许多的优势，但是也有一些常见的焊接缺陷，要想提高铝及铝合金的焊接效率和焊接质量，就需要对相应的焊接缺陷进行充分的把握，在把握相应焊接缺陷的基础上，再提出相应的解决措施。
铝及铝合金焊接中的常见缺陷主要有裂纹、凹陷、烧穿、气孔凹陷等，以下是对这些缺陷的分点阐述。
铝合金管的焊接特点及焊接工艺
铝合金管的焊接特点及焊接工艺焊接特点
铝合金管的焊接具有以下特点：
1. 热导性高：铝合金具有较高的热导性，容易导致焊接区域温度过高或焊接速度过快，需要控制好焊接参数和技术。
2. 氧化性强：铝合金容易与氧发生反应生成氧化物，焊接时容易产生氧化皮，需要在焊接前清除氧化皮并采取防护措施。
3. 熔点低：铝合金的熔点相对较低，焊接时需要注意控制焊接温度，避免过高或过低的焊接温度影响焊接质量。
4. 焊缝收缩大：铝合金焊接后，焊缝会产生较大的收缩量，容易导致焊缝变形和应力集中，需要采取适当的焊接工艺和措施。
焊接工艺
铝合金管的焊接工艺可分为以下几种常见方法：
1. 氩弧焊：氩弧焊是常用的铝合金管焊接方法之一。
通过在焊接区域引入氩气，形成保护气体，避免氧与铝合金发生反应，从而减少氧化皮的产生。
2. TIG焊接：TIG焊接是一种手工氩弧焊接的方法，适用于对焊缝质量和外观要求较高的情况。
焊接过程中需要手持焊枪，同时控制焊接参数和焊接速度。
3. 焊锡焊接：对于较薄的铝合金管，可以采用焊锡焊接。
焊锡焊接是一种较为简单的焊接方法，但焊接强度较低，适用于一些低要求的应用场景。
4. 摩擦搅拌焊接：摩擦搅拌焊接是一种新兴的铝合金管焊接方法，通过机械方式在焊接区域进行摩擦和搅拌，形成焊缝。
该方法具有焊接速度快、焊接强度高等优点。
以上是铝合金管的焊接特点及焊接工艺的介绍，希望对您有所帮助。
铝及铝合金的材料及焊接性
铝及铝合金的材料及焊接性一、铝及铝合金的分类、成分和性能（1）铝及铝合金的分类。
铝是银白色的轻金属，纯铝的熔点660℃,密度2.7g∕Cm3。
工业用铝合金的熔点约566℃。
铝具有热容量和熔化潜热高、耐腐蚀性好，以及在低温下保持良好的力学性能等特点。
铝及铝合金可分为工业纯铝、变形铝合金（分非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）和铸造铝合金。
变形铝合金是指经不同的压力加工方法（经过轧制、挤压等工序）制成的板、带、棒、管、型、条等半成品材料，铸造铝合金以合金铸锭供应。
铝合金分类及性能特点见表1-1。
按GB/T3190—1996和GB/T1674—1996的规定，纯铝和铝合金牌号命名的基本原则是：直接采用国际四位数字体系牌号;未命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌号。
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（如“A”）。
纯铝编号系统的第一位为力”，如IXXX或IAxx,最后两位数字表示铝的纯度。
2xxx为AI-CU系；3xxx为Al-Mn系；4xxx为Al-Si系；5xxx为Al-Mg系；6xxx为AI-Mg-Si系；7xxx为Al・Zn系；8xxx为AI-其他元素系；9xxx为AI.备用系。
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。
①工业纯铝。
工业纯铝含铝99%以上，熔点660℃,熔化时没有任何颜色变化。
表面易形成致密的氧化膜，具有良好的耐蚀性。
纯铝的导热性约为低碳钢的5倍，线胀系数约为低碳钢的2倍。
纯铝强度很低，不适合做结构材料。
退火的铝板抗拉强度为60~100MPa,伸长率为35%~40%°②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，原代号LFXXoALMn合金和AI-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广泛的铝合金。
铝合金的焊接性分析
铝合金的焊接性分析一、铝合金具有特殊的物理化学性能铝合金的外观呈银白色，密度小、电阻率低，热膨胀系数和导热系数大。
由于铝为面心立方结构，无同素异构转变，无“延一脆”转变,因而具有优异低温韧性，在低温下能保持良好的力学性能。
此外，铝及铝合金还具有优异的耐蚀性能和较高的比强度，对热和光都具有良好的反射率，磨削时无火花和无磁性。
纯铝的熔点为660"C,而铝合金随着其含的合金元素的不同，它的熔点在482C~ 660'C之间变化。
铝及铝合金从常温加热到熔化状态时，没有颜色的变化，这就使判断是否接近熔点变的十分困难。
铝及铝合金可以铸造、轧制、冲压、拔丝、施压、拉形和滚扎等各种方法制成形状各异的制品。
铝及铝合金容易机械加工，且加工速度快，这也是大量使用铝零件的重要因素之一。
铝的机械性能、电化学性能、化学或油漆涂饰的变化范围也较宽。
铝及铝合金的机械性能随纯度而变化，纯度越高，强度越低，塑性越高。
随着温度的升高，其抗拉强度降低;温度降低，则抗拉强度就增高，延伸率随之增加。
铝及铝合金察露在空气中时，会很快形成种黏着力强且耐热的氧化铝薄膜。
在焊接前，必须仔细清除这层氧化膜，才能在熔焊时，基体和填充金属熔合良好。
在钎焊时，钎料有很好的流动性。
氧化膜可用溶剂去除，也可在惰性气氛下，由焊接电弧的作用去除，或者用机械的或化学的方法去除。
熔焊时，就需要高的热量输入。
对大型截面焊接时，需要进行预热。
二、铝及铝合金的焊接工艺方法(一)铝合金的焊接方法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-些焊接方法(如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等)也可以容易地将铝合金焊接在一起。
铝合金的气焊氧一乙炔气焊的热效率低，焊接热输入不集中，焊接铝及铝合金时需采用熔剂，焊后又需清除残渣，接头质量及性能也不高。
因为气焊设备简单，无需电源，操作方便灵活，常用于焊接对质量要求不高的铝合金构件，如厚度较薄的薄板及小零件，以及补焊铝合金构件和铝铸件。
有色金属的焊接(Al)
6A02-T6小容器法兰座环缝断裂外貌
► 容器试制时，法兰座环缝曾多处发现沿熔合线走向的焊接裂纹，经补焊及x射 线照相检查合格后，进行液压强度试验，发现该环缝提前断裂，断裂沿环缝 内侧发展至封头上，其外观如图所示。
► 经取样分析可见，断裂起源于环缝内侧背面一条长约3mm，距背面约0.20.5mm的裂纹经扫描电镜分析，裂纹性质为近缝区母材液化裂纹。
► （2）防止 ：宜采用较小的热输入，或焊后重新进行固溶和人 工时效处理，才能较彻底解决软化问题。
15
(六)焊接接头耐蚀性下降 铝及铝合金焊接接头的耐蚀性一般都低于母材，热处 理强化铝合金(如硬铝)接头的耐蚀性降低尤其明显。 1．接头耐蚀性降低的原因 1）接头组织不均匀； 2）焊接缺陷的存在：气孔、夹杂、裂纹等； 3）铸态组织 ； 4）焊缝表面氧化膜的连续性和致密性较差； 5）焊接接头中的残余应力
是硬铝和超硬铝合金比较严重，强度降低较多。
13
1．非热处理强化铝合金的软化
（1）对纯铝和防锈铝合金，在退火状态下焊接，如果采用与 母材化学成分相近的焊丝焊接时，基本上不存在软化问题。
但在冷作硬化状态下焊接时，加热温度超过一定温度时，将发 生再结晶软化，导致接头强度降低。
（2）产生的原因：主要是HAZ晶粒粗大和接头局部冷作硬化 效果的减退或消失造成的。
焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分。 ► 在同样条件下纯铝气孔倾向较铝合金要大。
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2．影响气孔产生的因素 物理性能 ；焊接方法；表面氧化膜的致密性 3．防止气孔的措施 (1)限制氢的来源：所使用的焊接材料要严格限制含水量。
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(2)控制焊接参数：首先应该制定合理的焊接参数。 铝及铝合金TIG焊时，应采用大电流配合以较高的焊接速
第一节 铝及铝合金材料分类,性能及焊接性
第一节铝及铝合金材料分类，性能及焊接性被焊接的金属或合金统称为基体金属，或称为母材。
作为基体金属，铝及铝合金的分类、牌号及状态代号与钢及其他金属显著不同。
特别是铝及铝合金的状态代号非常复杂，又非常重要。
它们表示了铝及铝合金焊前变形强化的不同程度或不同热处理强化的不同程度。
不了解这些状态代号的具体规定就无法了解母材焊前的工艺经历、力学性能、组织特征及焊接特性。
一、分类铝及铝合金分为两大类。
一大类为变形铝及铝合金，它一般表现为迨金工业半成品，即板、棒、管、丝、带等，或具有一定形状及尺寸的锻件和挤压型材。
另一大类为铸造铝合金，它一般表现为铸造的零件或其毛坯。
如图2-1-1变形铝及铝合金又可分为两类，一类为热处理不可强化的铝及铝合金（或称为非热处理强化铝及铝合金）。
它们只可变形强化，由于热处理强化效应很弱，故不能热处理强化。
此类铝及铝合金有工业纯铝，A1-Mn系防锈铝金金、A1-Mg系防锈铝合金。
另一类为热处理强化铝合金。
它们既可变形强化，也可以热处理强化，此类铝合金有A1-Cu、A1-Mg-Si、A1-Zn、A1-Li等系列铝合金。
2-1-1 铝及铝合金的分类按我国标准GB/T 16474--1996《变形铝及铝合金牌号表示法》，变形铝及铝合金采用四位字符体系牌号，牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别，如表2-1所示；第三及第四位数字表示同一组中不同的铝合金或表示纯铝的纯度。
按我国标准GB/T 16475--1966《变形铝及铝合金状态代号》，铝及铝合金有下列五种状态：F—自由加工状态。
合金力学性能无规定。
0—退火状态。
合金充分软化，1延性高，强度水平最低。
H—加工硬化状态。
有不同硬化程度，用H代号后的数字表示。
W—固溶热处理状态。
合金经固溶处理，然后自然时效。
T—热处理状态（不同于F、O、H状态）。
合金固溶时效后有不同强化程度，用T代号后的数字表示。
加工硬化状态代号H后面的第一位数字的含义：H1—单纯加工硬化状态，未经附加热处理。
铝及铝合金的性能特点及其焊接加工
作者简介：朱则刚（１９５６－），男，大学本科学历，东风汽车公司工程师，主要从事焊接技术工作。
摘要关键词：：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。
根据铝及铝合金的性能特点，本文阐述了铝及铝合金焊接的工艺特点和铝及铝合金的焊接方法；以及铝及铝合金常见焊接材料的应用；同时指出了铝及铝合金的焊接工艺和焊接后的处理。
铝合金；焊接方法；性能特点；加工工艺铝及铝合金的性能特点及其焊接加工东风汽车公司朱则刚Aluminum and Aluminum Alloy Performance Characteristics and the Welding Process铝合金焊接技术作为铝合金在工业领域中扩大应用的关键技术之一，必然会得到进一步的发展。
其中应用普遍的脉冲ＭＩＧ，ＴＩＧ焊会随着微处理器（ＭＣＵ）和数字信号处理芯片（ＤＳＰ）为核心的全数字化焊机的不断进步而使更多以前只停留在铝合金焊接理论上的技术变为现实。
激光焊、激光－电弧复合焊、双光束激光焊是近年发展起来的焊接铝合金的新工艺，新兴的搅拌摩擦焊一出现就显示了其焊铝的巨大优势，不久以后很可能会代替ＭＩＧ焊，承担大部分铝合金焊接工作量。
虽然用焊接来连接铝及铝合金产品，仅仅只有５０￣６０年的历史，但是在这短短的几十年时间里，已经发展了完善的铝及铝合金焊接工艺技术。
焊接技术的发展使可焊接铝及铝合金材料范围扩大了。
现在不仅掌握了热处理强化的高强度硬铝合金焊接时的各种难题，且适用于铝及铝合金的焊接方法增多了。
现在除了传统的熔焊、电阻焊、钎焊之外，脉冲氩（氦）弧焊、方波交流钨极氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、真空机气保护钎１铝及铝合金的性能特点焊以及扩散焊等都可以很容易地将铝及铝合金焊接在一起。
在大多数情况下使用焊接其它材料所用的普通设备和工艺，就可以进行铝及铝合金焊接，有时也需要特殊的设备和工艺。
核电铝合金的焊接性能研究说明书
0 引言铝合金材料的物理及化学性质稳定，不仅强度高、导热能力良好，而且耐腐蚀能力强，目前主要应用在机械、化工、航空航天、船舰、车辆等行业[1]。
不过，铝合金的型号不同，适宜的使用范围和实际的应用价值有所区别。
其中，核电工程专用铝合金6061与国标材料6061的元素比例存在一定差异。
铝合金材料在焊接性能上的特殊性主要体现在以下几个方面：（1）铝合金材料容易在潮湿的空气中发生氧化反应，生成的氧化铝（Al 2O 3）熔点高（2050℃）、非常稳定，即铝合金材料吸潮不易去除。
（2）铝及铝合金的导热性强，由于氧化膜密度与铝合金密度接近，容易成为焊缝金属中的夹杂物；同时氧化膜可以吸收较多的水分（焊接气孔的重要来源），容易造成气孔、夹杂、未熔合、未焊透等缺陷。
（3）铝及铝合金的线膨胀系数大，导热性强，焊接时的焊接变形大，需要控制焊接变形。
（4）核级铝合金材料6061，其化学成分与国标材料6061的元素成分比例不同，铝元素的含量高，给焊接材料的选择和试验过程增加了一定难度。
核电铝合金的焊接性能研究赵建武1 杨彩会2 何宇宏1（1 中核霞浦核电有限公司 福建 宁德 355100；2 四川华都核设备制造有限公司 四川 成都 611800）摘要：铝合金材料具有对热中子的吸收截面小、辐照感应放射性衰减快及测量精确度高等特异性能。
在核级材料铝6061的焊接结构中，本文针对接头位置进行焊接质量测试，探究优质焊接结构的基本性能。
研究表明，采用钨极氩弧焊焊接核级材料6061，能保证焊接位置严丝合缝，真正将焊材连接成一个整体结构；还能保证接缝表面的平整度达标，提升焊材的使用性能，为保证堆外核测量系统石墨-铅屏蔽装置中电离室通道管与屏蔽腔室的上下铝板的焊接质量奠定了基础。
关键词：核电材料；铝6061；焊接；焊接性能为了得到核级材料铝6061优异的焊接质量，需要调整铝合金6061部分元素比例，细化合金晶粒，提高铝合金的强度和抗腐蚀能力；精选焊接材料，调整焊接参数并优化焊接过程控制。
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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。
为了在熔池凝固之前使氢以气泡形式及时排出，这就要改善冷却条件以增加氢的逸出时间Hidetoshi Fujii等在失重条件下进行焊接试验，发现气孔明显较重力下多【3】。
（1）减少氢的来源
所有使用的焊接材料(包括保护气体、焊丝、焊条、焊剂等)要严格限制含水量，使用前均需干燥处理。
一般认为，氩气中的含水量小于0.08%时不易形成气孔【1】。
（2）控制焊接工艺
焊接工艺参数的影响比较明显，但其影响规律并不是一个简单的关系，须进行具体分析。
焊接工艺参数的影响主要可归结为对熔池在高温存在时间的影响，也就是对氢的溶入时间和氢的析出时间的影响。
焊接时，焊接工艺参数的选择，一方面尽量采用小线能量以减少熔池存在时间，从而减少气氛中氢的溶入，同时又要能充分保证根部熔合，以利根部氧化膜上的气泡浮出。
所以采用大的焊接电流配合较高的焊接速度是比较有利的【4】。
2. 铝合金的焊接热裂纹
铝及其合金焊接时，焊缝金属和近缝区所发现的热裂纹主要是焊缝金属结晶裂纹，也可在近缝区见到液化裂纹。
2.1铝合金焊接热裂纹的特点
铝合金属于典型的共晶型合金，最大裂纹倾向正好同合金的“最大”凝固温度区间相对应。
但是由平衡状态图的概念得出的结论和实际情况是有较大出入的。
因此，裂纹倾向最大时的合金组元均小于它在合金中的极限溶解度。
这是由于焊接时的加热和冷却速度都很迅速，使合金来不及建立平衡状态，在不平衡的凝固条件下，相图中的固相线一般要向左下方移动，以致在较少的平均浓度下就出现共晶体，且共晶温度比平衡冷却过程将有所降低。
至于近缝区的“液化裂纹”，同焊缝凝固裂纹一样，也是与晶间易熔共晶的存在有联系，但这种易熔共晶夹层并非晶间原已存在的，而是在不平衡的焊接加热条件下因偏析而熔化形成的，所以称为晶间“液化”。
2.2防止焊接热裂纹的途径
对于液化裂纹目前还无行之有效的防止措施，一般的办法是减小近缝区过热。
对于焊缝金属的结晶裂纹主要是通过合理选定焊缝的合金成分并配合适当的焊接工艺来进行控制。
（1）控制成分
从抗裂角度考虑，调整焊缝合金系统的着眼点在于控制适量的易熔共晶并缩小
结晶温度区间。
由于现有铝合金均为共晶型合金，少量易熔共晶的存在总是增大凝固裂纹倾向，所以，一般都是使主要合金元素含量超过裂纹倾向最大时的合金成分，以便能产生愈合作用。
（2）在焊丝中添加变质剂
铝合金焊丝中几乎都有Ti、Zr、B、V等微量元素，一般都是作为变质剂加入的。
不仅可以细化晶粒而改善塑性、韧性，并可显著提高抗裂性能。
Ti、Zr、B、V、Ta等元素的共同特点是都能同铝形成一系列包晶反应生成细小的难熔质点，可成为液体金属凝固时的非自发凝固的晶核，从而可以产生细化晶粒的作用。
（3）合理选用焊接工艺参数
焊接工艺参数影响凝固过程的不平衡性和凝固的组织状态，也影响凝固过程中的应变增长速度，因而影响裂纹的产生。
热能集中的焊接方法，有利于快速进行焊接过程，可防止形成方向性强的粗大柱状晶，因而可以改善抗裂性【5】。
减小焊接电流、降低拘束度、改善装配间隙对减小热裂倾向都是有利的。
而焊接速度的提高，促使增大焊接接头的应变速度，而增大热裂的倾向。
增大焊接速度和和焊接电流，都可促使增大裂纹倾向。
3.焊接接头的等强性
时效强化铝合金，除了Al-Zn-Mg合金，无论是退火状态下还是时效状态下焊接，若焊后不经热处理，强度均低于母材。
所有时效强化的铝合金，焊后不论是否经过时效处理，其接头塑性均未能达到母材的水平【1】。
就焊缝而言，由于是铸造组织，即使在退火状态以及焊缝成分同母材基本一样的条件下，强度可能差别不大，但焊缝塑性一般都不如母材。
若焊缝成分不同于母材，焊缝性能将主要决定于所用的焊接材料。
为保证焊缝强度与塑性，固溶强化型合金系统要优于共晶型合金系统。
一般说来，焊接线能量越大，焊缝性能下降的趋势也越大【1】。
对于熔合区，在时效强化铝合金焊接时，除了晶粒粗化，还可能因晶界液化而产生显微裂纹。
所以，熔合区的变化主要是恶化塑性。
总之，铝合金应为具有重量轻、抗腐蚀、易成型等优点；随着新型硬铝、超
硬铝等材料的出现使得这类材料的性能不断提高，因而在航空、航天、高速列车、高速舰艇、汽车等工业制造领域得到了越来越广泛的应用。
同时由于铝及其合金由于热膨胀系数大而引起的较大变形；易氧化焊接时需要用惰性气体保护；易产生气孔、热裂纹以及热影响区的软化、强度降低问题。
为了解决以上问题搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接方式逐渐在铝及其合金的焊接中广泛之用。
深入的研究铝及其合金的焊接性是开发新型铝合金及解决其焊接问题的前提【6】。
致谢
衷心地感谢我的老师王惜宝教授。
王惜宝教授高尚的品格，渊博的知识，活跃的学术思想，严谨的治学态度和对科学的献身精神使我受益匪浅。
王老师在金属冶金学课上课下的教导是我对金属焊接性问题有了比较全面的学习，他诲人不倦的精神和在生活中的给予学生的关心令将我终生难忘。
同时感谢上海交通大学的吴龙飞同学，他的毕业论文<<2219铝合金TIG焊接性研究>让我在第一次写论文的过程中有章可循。
【参考文献】
[1]周振丰，张文钺，焊接冶金及金属焊接性[M]，第二版，北京，机械工业出版社，
1994，289-298，408-420
[2]范平章，铝合金表面状态对焊接气孔的影响[R]，2004，4，航天工艺，19-23
[3]Hidetoshi Fujii，Kiyoshi Nogi，Formation and disappearance of pores in aluminum alloy molten pool under microgravity[S]，Science and Technology
of Advanced Materials，2004，5，219-223
[4]陈剑虹等,焊接手册（第2卷）[P]，第二版，北京，机械工业出版社，2005，107-111，150-186
[5]陈伯蠡，焊接工程缺欠分析与对策[M]，第二版，北京，机械工业出版社，2006，81-84，168-181
[6]杨新岐，现代成型技术[M]，自编教材。