有色金属的焊接(Al)
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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。
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(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。
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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
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► (三)容易形成热裂纹 ► 热裂纹是焊接热处理强化铝合金常遇到的缺陷。非热处理强化铝
镁合金，当接头拘束大，焊缝成形控制不当时也会产生热裂纹。 常见到的热裂纹主要是焊缝金属的凝固裂纹，有时在近缝区可以 见到液化裂纹。 ► 1．铝合金焊接热裂纹产生的原因 ► (1)低熔点共晶的存在是合金产生热裂纹的重要原因之一。
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(2) 铝合金的线胀系数比钢约大1倍，在拘束条件下焊 接时易产生较大的焊接应力，这也是促使铝合金产生 裂纹的原因之一。
至于近缝区的“液化裂纹”，同焊缝的凝固裂纹 一样，也与晶间易熔共晶的存在有关。
2．影响焊接热裂纹的因素
母材的合金系统及其具体成分，对焊接热裂纹的 产生有根本性的影响。
对于硬铝(Al-Cu-Mg)合金和超硬铝(Al-Zn-MgCu)合金，目前还很难采用熔焊方法得到没有裂纹的 优质接头，所以一般不希望用熔焊的方法制造热处理 强化铝合金的结构产品。
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► 3．防止焊接热裂纹的途径 ► 防止铝及铝合金的热裂纹最主要措施是选择与金属相匹配的焊接材料，同时
要配合以适当的焊接工艺。 ► (1)选择适当的填充金属，调整焊缝的化学成分 ► 对于特定的铝合金，正确的选择焊丝是防止热裂纹的关键。 ► 常采用的方法是通过增加焊缝金属中低熔点共晶数量，实现对裂纹的“愈合”
度，增加对熔池的搅拌作用，保证了根部熔透，这对于减少氢 气孔是有利的。
MIG焊时焊丝表面的氧化膜对气孔的影响更大。实践证明， MIG焊时，应当采用大电流配合以较慢的焊接速度以提高焊接 热输入。
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(3)通过板厚和接头形式调节焊缝气体含量。
(４)此外还可通过调整电弧气氛减小气孔倾向。
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► (五)焊接接头力学性能下降 ► 铝及铝合金焊接后，存在着不同程度的接头软化问题，特别
（3）解决：应采用热量集中的焊接方法来防止粗晶区增宽。 焊后冷态敲击接头，有一定冷作硬化效果。
2．热处强化铝合金的软化
（1）焊接硬铝及超硬铝等热处理强化铝合金时，无论是退火 状态下焊接还是时效状态下焊接，焊后不经热处理，其接头强度都 要低于母材。
接头性能下降区域主要在焊缝、熔合区或热影响区。
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► 热影响区的软化主要是在焊接最高温度作用下发生“过时效” 造成的，即热影响区第二相(强化相)脱溶析出聚集长大使强化 效果消失的结果。
► 为防治环缝焊接裂纹，提高其承载能力。决定将封头向外翻边，法兰的基 座改为管式，内径≯10mm，外径≯20mm，两者形成管一管对接。由于结构 拘束度减小，减小了焊接应力，消除了焊接裂纹，液压试验一举成功。
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► (四)容易形成气孔 ► 1．气孔产生的原因 ► 铝及铝合金在焊接过程中产生的气孔主要为氢气孔。 ► 焊接时，氢的来源有两方面：一是弧柱气氛中的水分；二是
作用；加人变质剂、细化晶粒等均可提高焊缝金属的抗裂性。
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(2)合理选择焊接方法及焊接参数
A、选用热能集中的焊接方法，加热、冷却的速度快，可防止 形成方向性强的粗大柱状晶，使晶粒细化，因而可以改善抗裂性。
采用TIG或MIG焊接时的裂纹倾向比气焊要小得多。
B、焊接裂纹倾向较大的铝合金时，不宜采用大焊接电流和较 快的焊接速度。
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5.1 铝及铝合金的焊接
一、铝及其合金(变形)的类型和特性
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► 二、铝及铝合金的焊接性 ► (一)容易被氧化 ► 1、铝易氧化生成氧化膜(A1203)，其熔点高达2050℃，远超过
铝的熔点。Al203的密度是铝的1.4倍，在焊接熔池中不易上浮， 故导致容易形成夹渣。 ► 2、焊接铝合金时，除铝被氧化外，合金元素也易被氧化和蒸发； ► 3、应对措施：由于铝及铝合金易被氧化，焊前必须将焊件、焊 丝表面的氧化膜用化学或机械的方法清理干净，并有效防止焊接 熔池、熔滴不被继续氧化。 ► (二)热导率和比热容大 ► 为获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源， 必要时可采用预热等工艺措施。
(3)选用拘束度较小的结构形式可以改善抗裂性
该问题可以6A02-T6铝合金容器法兰环焊缝焊接裂纹的预防为 例进行分析。在一个铝-硅-镁合金6A02-T6(LD2CS)容器的封头上需 焊接一个法兰，法兰为锻件经机械加工，通孔直径为≯12mm，法 兰座直径为声60mm，容器直径为5500mm，法兰座与封头对接的 厚度为5mm，法兰座环缝采用V形坡口手工TIG氩弧焊，填丝材料 为SAlSi-1。
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。
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(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。
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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
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► (三)容易形成热裂纹 ► 热裂纹是焊接热处理强化铝合金常遇到的缺陷。非热处理强化铝
镁合金，当接头拘束大，焊缝成形控制不当时也会产生热裂纹。 常见到的热裂纹主要是焊缝金属的凝固裂纹，有时在近缝区可以 见到液化裂纹。 ► 1．铝合金焊接热裂纹产生的原因 ► (1)低熔点共晶的存在是合金产生热裂纹的重要原因之一。
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(2) 铝合金的线胀系数比钢约大1倍，在拘束条件下焊 接时易产生较大的焊接应力，这也是促使铝合金产生 裂纹的原因之一。
至于近缝区的“液化裂纹”，同焊缝的凝固裂纹 一样，也与晶间易熔共晶的存在有关。
2．影响焊接热裂纹的因素
母材的合金系统及其具体成分，对焊接热裂纹的 产生有根本性的影响。
对于硬铝(Al-Cu-Mg)合金和超硬铝(Al-Zn-MgCu)合金，目前还很难采用熔焊方法得到没有裂纹的 优质接头，所以一般不希望用熔焊的方法制造热处理 强化铝合金的结构产品。
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► 3．防止焊接热裂纹的途径 ► 防止铝及铝合金的热裂纹最主要措施是选择与金属相匹配的焊接材料，同时
要配合以适当的焊接工艺。 ► (1)选择适当的填充金属，调整焊缝的化学成分 ► 对于特定的铝合金，正确的选择焊丝是防止热裂纹的关键。 ► 常采用的方法是通过增加焊缝金属中低熔点共晶数量，实现对裂纹的“愈合”
度，增加对熔池的搅拌作用，保证了根部熔透，这对于减少氢 气孔是有利的。
MIG焊时焊丝表面的氧化膜对气孔的影响更大。实践证明， MIG焊时，应当采用大电流配合以较慢的焊接速度以提高焊接 热输入。
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(3)通过板厚和接头形式调节焊缝气体含量。
(４)此外还可通过调整电弧气氛减小气孔倾向。
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► (五)焊接接头力学性能下降 ► 铝及铝合金焊接后，存在着不同程度的接头软化问题，特别
（3）解决：应采用热量集中的焊接方法来防止粗晶区增宽。 焊后冷态敲击接头，有一定冷作硬化效果。
2．热处强化铝合金的软化
（1）焊接硬铝及超硬铝等热处理强化铝合金时，无论是退火 状态下焊接还是时效状态下焊接，焊后不经热处理，其接头强度都 要低于母材。
接头性能下降区域主要在焊缝、熔合区或热影响区。
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► 热影响区的软化主要是在焊接最高温度作用下发生“过时效” 造成的，即热影响区第二相(强化相)脱溶析出聚集长大使强化 效果消失的结果。
► 为防治环缝焊接裂纹，提高其承载能力。决定将封头向外翻边，法兰的基 座改为管式，内径≯10mm，外径≯20mm，两者形成管一管对接。由于结构 拘束度减小，减小了焊接应力，消除了焊接裂纹，液压试验一举成功。
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► (四)容易形成气孔 ► 1．气孔产生的原因 ► 铝及铝合金在焊接过程中产生的气孔主要为氢气孔。 ► 焊接时，氢的来源有两方面：一是弧柱气氛中的水分；二是
作用；加人变质剂、细化晶粒等均可提高焊缝金属的抗裂性。
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(2)合理选择焊接方法及焊接参数
A、选用热能集中的焊接方法，加热、冷却的速度快，可防止 形成方向性强的粗大柱状晶，使晶粒细化，因而可以改善抗裂性。
采用TIG或MIG焊接时的裂纹倾向比气焊要小得多。
B、焊接裂纹倾向较大的铝合金时，不宜采用大焊接电流和较 快的焊接速度。
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5.1 铝及铝合金的焊接
一、铝及其合金(变形)的类型和特性
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► 二、铝及铝合金的焊接性 ► (一)容易被氧化 ► 1、铝易氧化生成氧化膜(A1203)，其熔点高达2050℃，远超过
铝的熔点。Al203的密度是铝的1.4倍，在焊接熔池中不易上浮， 故导致容易形成夹渣。 ► 2、焊接铝合金时，除铝被氧化外，合金元素也易被氧化和蒸发； ► 3、应对措施：由于铝及铝合金易被氧化，焊前必须将焊件、焊 丝表面的氧化膜用化学或机械的方法清理干净，并有效防止焊接 熔池、熔滴不被继续氧化。 ► (二)热导率和比热容大 ► 为获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源， 必要时可采用预热等工艺措施。
(3)选用拘束度较小的结构形式可以改善抗裂性
该问题可以6A02-T6铝合金容器法兰环焊缝焊接裂纹的预防为 例进行分析。在一个铝-硅-镁合金6A02-T6(LD2CS)容器的封头上需 焊接一个法兰，法兰为锻件经机械加工，通孔直径为≯12mm，法 兰座直径为声60mm，容器直径为5500mm，法兰座与封头对接的 厚度为5mm，法兰座环缝采用V形坡口手工TIG氩弧焊，填丝材料 为SAlSi-1。