金属熔焊原理及材料焊接第十二章 常用非金属材料的焊接
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变形铝合金的牌号也用四位国际字符体系来表示。 例如，2A11表示铝铜原始合金；5A05表示铝镁原 始合金，5B05表示铝镁改型合金。
牌号中第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文 大写字母Ａ、Ｂ或其他字母（有时也用数字）。
第一位数字为2～9，表示变形铝合金的不同组别， 其中“2”表示铝铜合金，“3”表示铝锰合金， “4”表示铝硅合金等；最后两位数字为合金的编 号，没有特殊意义，仅用来区分同一组别中的不 同合金；
“工学结合、校企合作”职业教育改革创新教 材
金属熔焊原理及材料焊接
机械工业出版社
第十二章 常见非铁金属的焊接
第一节 铝及铝合金的焊接 第二节 铜及铜合金的焊接 第三节 钛及钛合金的焊接 综合训练
在工业生产中通常把金属材料分为两大类： 铁金属材料和非铁金属材料。例如，钢、 铸铁、不锈钢、铬、锰属于铁金属材料； 除此之外的一切金属，如铝、镁、铜、钛、 锡、铅等金属及其合金统称为非铁金属材 料，也称为有色金属材料。
图5 MIG焊焊接参数对焊缝气孔的影响
四、容易形成焊接热裂纹
铝合金母材的合金系统及合金成分对焊接 热裂纹的产生有根本性的影响。
一般来讲，纯铝的裂纹倾向最小，含铜的铝合 金裂纹倾向最大，添加镁、锌、硅等合金元素 对裂纹有不同程度的影响。如图7所示。
按产品成形方法不同，分为变形铝及铝合金、铸造铝 合金。
图1 铝合金的分类
1-变形铝合金 2-铸造铝合金 3-非热处理 强化铝合金 4-热处理强化铝合金
表1 铝合金的分类
分类
合金名称
非热处理强
化铝合
变
金
形
铝
合 热处理强化
金
铝合金
防锈铝
硬铝 超硬铝
锻铝
铸造铝合金
铝硅合金
特殊铝合金
铝铜铸造合 金
铝镁铸造合 金
锻造性能好，耐热性能好
6A02 2A70
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
耐热性好，铸造性能与抗蚀性 差
ZL102 ZL101 ZL107 ZL201
力学性能高，抗蚀性好
ZL301
非热处理强化铝合金又称防锈铝，如牌号3A21 （LF21）等，可通过加工硬化、固溶强化来提高 力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好， 焊接性良好，在焊接结构中应用最广泛（Al-Mn 和Al-Mg系合金）。
热处理强化铝合金是通过固溶、淬火、时效等工 艺措施提高力学性能，经热处理后可显著提高抗 拉强度，但焊接性较差，熔焊时易产生焊接裂纹， 焊接接头力学性能下降。
2．铝及其合金的牌号、成分及性能
纯铝牌号以国际四位数字体系表达：
如1A99表示铝的质量分数为 99.99 ％的原始纯 铝；
1B99表示铝的质量分数为 99.99％的改型纯铝； 1070表示杂质极限含量无特殊控制、铝的质量
分数为 99.70％的纯铝； 1235表示对两种杂质极限含量有特殊控制、铝
的质量分数为 99.35％的纯铝。
常用的纯铝牌号有1A99、1A97、1A93、 1A90、1A85、1A70、1060、1050、1035、 1200。
纯铝的主要用途是代替贵重的铜合金，制 作导线、电器元件及换热器件；制作各种 要求质轻、导热、耐大气腐蚀但强度不高 的器具；配制各种铝合金。
合金系 Al-Mn Al-Mg Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn Al- Mg-Si- Cu Al-Cu-Mg-Fe-Ni
Al-Si Al-Si-Mg Al-Si-Cu
Al-Cu
Al-Mg
性能特点
抗蚀性、压力加工性与焊接性 能好，但强度较低
牌号示例 3A21 5A05
力学性能高 强度最好
2A11 7A04
一、易氧化 二、能耗大 三、容易产生气孔
主要是焊缝氢气孔，如图2所示。 氢在液态铝中的溶解度变化如图3所示。
影响气孔的因素： 焊接方法 焊接参数 如图4、5所示 氧化膜的致密性等
图2 焊缝内部气孔
图3 氢在铝中的溶解度（pH2=101kPa)
图4 TIG 焊焊接参数对焊缝中扩散氢[H]的影响[母 材为5A06（LF6）]
工业纯铝：
铝的质量分数为99.0%～99.7%，还含有少量 的Fe和Si及其它杂质。
铝合金：
工业纯铝的强度较低，不能用来制造承受载荷 很大的结构，所以使用受到限制。在纯铝中加 入少量合金元素，能大大改善铝的各项性能， 例如Cu、Si和Mn能提高强度，Ti能细化晶粒、 Mg能防止海水腐蚀、Ni能提高耐热性等，因此 在工业上大量使用的是铝合金。
许多非铁金属材料具有铁金属材料不可替 代的特殊性能。例如，铝、美及其合金与 铁金属材料相比，具有密度小、比强度高 的特点，因此在航空航天、电工、化工、 国防等工业部门得到广泛应用。
第一节 铝及铝合金的焊接
能力知识点1 铝及铝合金的类型及性 能特点
铝具有密度小、耐蚀性好、导电性及导热 性高等良好性能。铝的资源丰富，特别是 在铝中加入各种合金元素而成的铝合金， 强度显著提高，使用非常广泛。
如果第二位字母为A，则表示原始合金，如果是B 或其他字母，则表示原始合金的改型合金，如果 是数字，则0表示原始合金，1～9表示改型合金。
能力知识点2 铝及铝合金的焊接性
纯铝的熔点低（660℃），熔化时颜色不变，难 以观察到熔池，焊接时容易塌陷和烧穿；热导率 是低碳钢的3倍，散热快，焊接时不易熔化；线胀 系数是低碳钢的2倍，焊接时易变形；在空气中易 氧化生成致密的高熔点氧化膜Al2O3（熔点 2050℃），难熔且不导电，焊接时易造成未熔合、 夹杂并使焊接过程不稳定。因此铝及其合金的焊 接性比低碳钢差，合金种类不同，焊接性也有一 定差别，概括起来有以下几个问题。
1．铝及铝合金的分类
铝合金分类如图1所示，见表1.
按合金化系列，铝及其合金分为工业纯铝（1××× 系）、铝铜合金（2×××系）、铝锰合金（3××× 系）、铝硅合金（4×××系）、铝镁合金（5××× 系）、铝镁硅合金（6×××系）、铝锌镁铜合金 （7×××系）。
按热处理方式，铝合金分为非热处理强化铝合金和热 处理强化铝合金。前者只能变形强化，后者既能变形 强化，也可热处理强化。
变形铝合金的牌号也用四位国际字符体系来表示。 例如，2A11表示铝铜原始合金；5A05表示铝镁原 始合金，5B05表示铝镁改型合金。
牌号中第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文 大写字母Ａ、Ｂ或其他字母（有时也用数字）。
第一位数字为2～9，表示变形铝合金的不同组别， 其中“2”表示铝铜合金，“3”表示铝锰合金， “4”表示铝硅合金等；最后两位数字为合金的编 号，没有特殊意义，仅用来区分同一组别中的不 同合金；
“工学结合、校企合作”职业教育改革创新教 材
金属熔焊原理及材料焊接
机械工业出版社
第十二章 常见非铁金属的焊接
第一节 铝及铝合金的焊接 第二节 铜及铜合金的焊接 第三节 钛及钛合金的焊接 综合训练
在工业生产中通常把金属材料分为两大类： 铁金属材料和非铁金属材料。例如，钢、 铸铁、不锈钢、铬、锰属于铁金属材料； 除此之外的一切金属，如铝、镁、铜、钛、 锡、铅等金属及其合金统称为非铁金属材 料，也称为有色金属材料。
图5 MIG焊焊接参数对焊缝气孔的影响
四、容易形成焊接热裂纹
铝合金母材的合金系统及合金成分对焊接 热裂纹的产生有根本性的影响。
一般来讲，纯铝的裂纹倾向最小，含铜的铝合 金裂纹倾向最大，添加镁、锌、硅等合金元素 对裂纹有不同程度的影响。如图7所示。
按产品成形方法不同，分为变形铝及铝合金、铸造铝 合金。
图1 铝合金的分类
1-变形铝合金 2-铸造铝合金 3-非热处理 强化铝合金 4-热处理强化铝合金
表1 铝合金的分类
分类
合金名称
非热处理强
化铝合
变
金
形
铝
合 热处理强化
金
铝合金
防锈铝
硬铝 超硬铝
锻铝
铸造铝合金
铝硅合金
特殊铝合金
铝铜铸造合 金
铝镁铸造合 金
锻造性能好，耐热性能好
6A02 2A70
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
耐热性好，铸造性能与抗蚀性 差
ZL102 ZL101 ZL107 ZL201
力学性能高，抗蚀性好
ZL301
非热处理强化铝合金又称防锈铝，如牌号3A21 （LF21）等，可通过加工硬化、固溶强化来提高 力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好， 焊接性良好，在焊接结构中应用最广泛（Al-Mn 和Al-Mg系合金）。
热处理强化铝合金是通过固溶、淬火、时效等工 艺措施提高力学性能，经热处理后可显著提高抗 拉强度，但焊接性较差，熔焊时易产生焊接裂纹， 焊接接头力学性能下降。
2．铝及其合金的牌号、成分及性能
纯铝牌号以国际四位数字体系表达：
如1A99表示铝的质量分数为 99.99 ％的原始纯 铝；
1B99表示铝的质量分数为 99.99％的改型纯铝； 1070表示杂质极限含量无特殊控制、铝的质量
分数为 99.70％的纯铝； 1235表示对两种杂质极限含量有特殊控制、铝
的质量分数为 99.35％的纯铝。
常用的纯铝牌号有1A99、1A97、1A93、 1A90、1A85、1A70、1060、1050、1035、 1200。
纯铝的主要用途是代替贵重的铜合金，制 作导线、电器元件及换热器件；制作各种 要求质轻、导热、耐大气腐蚀但强度不高 的器具；配制各种铝合金。
合金系 Al-Mn Al-Mg Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn Al- Mg-Si- Cu Al-Cu-Mg-Fe-Ni
Al-Si Al-Si-Mg Al-Si-Cu
Al-Cu
Al-Mg
性能特点
抗蚀性、压力加工性与焊接性 能好，但强度较低
牌号示例 3A21 5A05
力学性能高 强度最好
2A11 7A04
一、易氧化 二、能耗大 三、容易产生气孔
主要是焊缝氢气孔，如图2所示。 氢在液态铝中的溶解度变化如图3所示。
影响气孔的因素： 焊接方法 焊接参数 如图4、5所示 氧化膜的致密性等
图2 焊缝内部气孔
图3 氢在铝中的溶解度（pH2=101kPa)
图4 TIG 焊焊接参数对焊缝中扩散氢[H]的影响[母 材为5A06（LF6）]
工业纯铝：
铝的质量分数为99.0%～99.7%，还含有少量 的Fe和Si及其它杂质。
铝合金：
工业纯铝的强度较低，不能用来制造承受载荷 很大的结构，所以使用受到限制。在纯铝中加 入少量合金元素，能大大改善铝的各项性能， 例如Cu、Si和Mn能提高强度，Ti能细化晶粒、 Mg能防止海水腐蚀、Ni能提高耐热性等，因此 在工业上大量使用的是铝合金。
许多非铁金属材料具有铁金属材料不可替 代的特殊性能。例如，铝、美及其合金与 铁金属材料相比，具有密度小、比强度高 的特点，因此在航空航天、电工、化工、 国防等工业部门得到广泛应用。
第一节 铝及铝合金的焊接
能力知识点1 铝及铝合金的类型及性 能特点
铝具有密度小、耐蚀性好、导电性及导热 性高等良好性能。铝的资源丰富，特别是 在铝中加入各种合金元素而成的铝合金， 强度显著提高，使用非常广泛。
如果第二位字母为A，则表示原始合金，如果是B 或其他字母，则表示原始合金的改型合金，如果 是数字，则0表示原始合金，1～9表示改型合金。
能力知识点2 铝及铝合金的焊接性
纯铝的熔点低（660℃），熔化时颜色不变，难 以观察到熔池，焊接时容易塌陷和烧穿；热导率 是低碳钢的3倍，散热快，焊接时不易熔化；线胀 系数是低碳钢的2倍，焊接时易变形；在空气中易 氧化生成致密的高熔点氧化膜Al2O3（熔点 2050℃），难熔且不导电，焊接时易造成未熔合、 夹杂并使焊接过程不稳定。因此铝及其合金的焊 接性比低碳钢差，合金种类不同，焊接性也有一 定差别，概括起来有以下几个问题。
1．铝及铝合金的分类
铝合金分类如图1所示，见表1.
按合金化系列，铝及其合金分为工业纯铝（1××× 系）、铝铜合金（2×××系）、铝锰合金（3××× 系）、铝硅合金（4×××系）、铝镁合金（5××× 系）、铝镁硅合金（6×××系）、铝锌镁铜合金 （7×××系）。
按热处理方式，铝合金分为非热处理强化铝合金和热 处理强化铝合金。前者只能变形强化，后者既能变形 强化，也可热处理强化。