鋁及其合金的焊接

第1頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非熱處理強(qiáng)化鋁合金可通過(guò)加工硬化、固溶強(qiáng)化提高力學(xué)性能，特點(diǎn)是強(qiáng)度中等、塑性及耐蝕性好，又稱(chēng)防銹鋁，焊接性良好，是焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣的鋁合金。熱處理強(qiáng)化鋁合金是通過(guò)固溶、淬火、時(shí)效等工藝提高力學(xué)性能。經(jīng)熱處理后可顯著提高抗拉強(qiáng)度，但焊接性較差，熔焊時(shí)產(chǎn)生焊接裂紋的傾向較大，焊接接頭的力學(xué)性能下降。熱處理強(qiáng)化鋁合金包括硬鋁、超硬鋁、鍛鋁等。鋁合金分類(lèi)示意圖第2頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分類(lèi)合金名稱(chēng)合金系性能特點(diǎn)牌號(hào)示例變形鋁合金非熱處理強(qiáng)化鋁合金防銹鋁Al-Mn抗蝕性、壓力加工性與焊接性良好，但強(qiáng)度較低3A21Al-Mg5A05變形鋁合金熱處理強(qiáng)化鋁合金硬鋁Al-Cu-Mg力學(xué)性能高2A11超硬鋁Al-Cu-Mg-Zn強(qiáng)度最高7A04鍛鋁Al-Mg-Si-Cu鍛造性能好，耐熱性能好6A02Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70鑄造鋁合金鋁硅合金Al-Si鑄造性能好，不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能低ZL102特殊鋁硅合金Al-Si-Mg鑄造性能良好，可熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低ZL101Al-Si-CuZL107鋁銅鑄造合金Al-Cu耐熱性能好，鑄造性能與抗蝕性差ZL201鋁鎂鑄造合金Al-Mg力學(xué)性能好，抗蝕性好ZL301鋁合金的分類(lèi)第3頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月舊標(biāo)準(zhǔn)：新標(biāo)準(zhǔn)：按鋁合金加入合金元素種類(lèi)分類(lèi)：鋁合金的牌號(hào)第4頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第5頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第6頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.2鋁及鋁合金的焊接性熔合不良：鋁及其合金的化學(xué)活性很強(qiáng)，表面極易形成難熔氧化膜（Al2O3熔點(diǎn)約為2050℃,MgO熔點(diǎn)約為2500℃），加之鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)易造成不熔合現(xiàn)象。夾雜物：由于氧化膜密度（Al2O3密度約為4g/cm3,MgO密度約為3.58g/cm3）與鋁（2.7g/cm3）的密度接近，也易成為焊縫金屬的夾雜物。氣孔：氧化膜（特別是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可吸收較多水分而成為焊縫氣孔的重要原因之一。翹曲變形：鋁及其合金的線膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)容易產(chǎn)生翹曲變形。第10頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月焊接方法焊接性及適用范圍說(shuō)明工業(yè)純鋁鋁錳合金鋁鎂合金鋁銅合金適用厚度/mm1070110030033004508350565052545420142024推薦可用TIG焊（手工、自動(dòng)）好好好好很差1-100.9-25填絲或不填絲，厚板需預(yù)熱，交流電源MIG焊（手工、自動(dòng)）好好好好差≥8≥4焊絲為電極，厚板需預(yù)熱和保溫，直流反接脈沖MIG焊（手工、自動(dòng)）好好好好差≥21.6-8適用于薄板焊接氣焊好好很差差很差0.5-100.3-25適用于薄板焊接焊條電弧焊尚好尚好很差差很差3-8-直流反接，需預(yù)熱、操作性差電阻焊（點(diǎn)焊、縫焊）尚好尚好好好尚好0.7-30.1-4需要電流大等離子弧焊好好好好差1-10-焊縫晶粒小，抗氣孔性能好電子束焊好好好好尚好3~75≥3焊接質(zhì)量好，適用于厚件鋁合金的相對(duì)焊接性第11頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、焊縫中的氣孔

鋁及其合金熔焊時(shí)最常見(jiàn)的缺陷是焊縫氣孔，特別是對(duì)于純鋁和防銹鋁的焊接。1）鋁及其合金熔焊時(shí)形成氣孔原因氫是鋁及其合金熔焊時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因，氫的來(lái)源是弧柱氣氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分，其中焊絲及母材表面氧化膜的吸附水分對(duì)焊縫氣孔的產(chǎn)生有重要的影響。第12頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月弧柱氣氛中水分的影響

平衡條件下氫的溶解度沿圖中的實(shí)線變化，凝固點(diǎn)時(shí)可從0.69ml/100g突降到0.036ml/100g，相差約20倍(在鋼中只相差不到2倍)，這是氫易使鋁焊縫產(chǎn)生氣孔的重要原因之一。鋁的導(dǎo)熱性很強(qiáng)，在同樣的工藝條件下，鋁熔合區(qū)的冷卻速度為高強(qiáng)鋼焊接時(shí)的4-7倍，不利于氣泡浮出，更易于促使形成氣孔。同樣焊接條件下，純鋁焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向要大些。在同樣的氣氛條件下，MIG焊時(shí)，焊縫氣孔傾向比TIG焊時(shí)大。第13頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氧化膜中水分的影響

在正常的焊接條件下，對(duì)于氣氛中的水分已嚴(yán)格限制，這時(shí)，焊絲或工件氧化膜中所吸附的水分將是生成焊縫氣孔的主要原因。第14頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）防止焊縫氣孔的途徑思路：第一、限制氫熔入熔融金屬，或者是減少氫的來(lái)源，或者減少氫同熔融金屬大額作用時(shí)間；第二、盡量促使氫自熔池逸出，即在熔池凝固之前使氫以氣泡形式及時(shí)排出。第15頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月減少氫的來(lái)源使用的焊接材料(包括保護(hù)氣休、焊絲、焊條等)要嚴(yán)格限制含水量，使用前需干燥處理；焊前處理；正反面全面保護(hù)，配以坡口刮削是有效防止氣孔的措施。第16頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制焊接參數(shù)第17頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第18頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、焊接熱裂紋

鋁及其合金焊接時(shí)，常見(jiàn)的熱裂紋主要是焊縫凝固裂紋和近縫區(qū)液化裂紋。1）鋁合金焊接熱裂紋的特點(diǎn)易熔共晶的存在，是鋁合金焊縫產(chǎn)生凝固裂紋的重要原因之一。鋁合金的線膨脹系數(shù)比鋼約大1倍，在拘束條件下焊接時(shí)易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，也是促使鋁合金具有較大裂紋傾向的原因之一。第19頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）防止焊接熱裂紋的途徑

合理確定焊縫的合金成分，并配合適當(dāng)?shù)暮附庸に囘M(jìn)行控制。合金成分的影響WSi=5%的Al-Si合金焊絲4A01具有“愈合”作用。第20頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月焊絲成分的影響4043、5356、X5180、4145第23頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月焊接參數(shù)的影響

熱能集中的焊接方法，可防止形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶，因而可以改善抗裂性。小焊接電流，可減少熔池過(guò)熱，也有利于改善抗裂性。提高焊接速度，促使增大焊接接頭的應(yīng)變速度，增大熱裂的傾向。因此，增大焊接速度和焊接電流，都促使增大裂紋傾向。大部分鋁合金的裂紋傾向都比較大，所以，即使是采用合理的焊絲，在熔合比大時(shí)，裂紋傾向也必然增大。因此，增大焊接電流是不利的，而且應(yīng)避免斷續(xù)焊接。第24頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、焊接接頭的等強(qiáng)性

非時(shí)效強(qiáng)化鋁合金(如A1-Mg合金)，在退火狀態(tài)下焊接時(shí)，接頭與母材是等強(qiáng)的；在冷作硬化狀態(tài)下焊接時(shí)，接頭強(qiáng)度低于母材。表明在冷作狀態(tài)下焊接時(shí)接頭有軟化現(xiàn)象。時(shí)效強(qiáng)化鋁合金，無(wú)論是退火狀態(tài)下還是時(shí)效狀態(tài)下焊接，焊后不經(jīng)熱處理，接頭強(qiáng)度均低于母材。特別是在時(shí)效狀態(tài)下焊接的硬鋁，即使焊后經(jīng)人工時(shí)效處理，接頭強(qiáng)度系數(shù)(即接頭強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之比的百分?jǐn)?shù))也未超過(guò)60%。第25頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）非時(shí)效強(qiáng)化鋁合金HAZ的軟化

主要發(fā)生在焊前經(jīng)冷作硬化的合金上。經(jīng)冷作硬化的鋁合金，熱影響區(qū)峰值溫度超過(guò)再結(jié)晶溫度(200-300℃)的區(qū)域時(shí)就產(chǎn)生明顯的軟化現(xiàn)象。接頭的軟化主要取決于加熱的峰值溫度，而冷卻速度的影響不很明顯。由于軟化后的硬度實(shí)際已低到退火狀態(tài)的硬度水平，因此，焊前冷作硬化程度越高，焊后軟化的程度越大。板件越薄，這種影響越顯著。第26頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）時(shí)效強(qiáng)化鋁合金HAZ的軟化第27頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、焊接接頭的耐蝕性

鋁合金焊接接頭的耐蝕性一般低于母材，熱處理強(qiáng)化鋁合金(如硬鋁)接頭的耐蝕性降低尤其明顯。接頭組織越不均勻，越易降低耐蝕性。焊縫金屬的純度和致密性也是影響接頭耐蝕性的因素。防止措施：1、改善接頭組織成分的不均勻性2、消除焊接應(yīng)力3、采取保護(hù)措施第29頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.3鋁及鋁合金的焊接工藝1、焊接方法具有較好的冷熱加工性能和焊接性，常規(guī)熔焊方法