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1、焊工理论培训,编制 姜英禄,铝合金的焊接,能够掌握铝合金的焊接特点，合理选择焊接材料、焊接工艺，以提高铝合金的焊接质量。,目 录,第一节 铝合金概述 一、铝合金的分类和牌号 二、铝合金的特性 第二节 铝合金的焊接特点及工艺 一、铝合金的焊接特点 二、铝合金焊接方法 三、铝合金焊接材料 四、铝合金焊接保护气体 五、铝合金TIG焊用钨极 六、铝合金对接焊坡口 七、焊前准备及焊后处理 八、铝合金的焊接工艺 第三节 铝合金的工艺评定 一、相关标准 二、试板,铝合金的焊接,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,第一节 铝合金概述,铝及铝合金,变形铝,工业纯铝,热处理强化铝合金,铸造铝合金,非热处理
2、强化铝合金 （防锈铝合金）,Al-Mg合金,Al-Mn合金,锻铝Al-Cu-Mg-Si合金,硬铝Al-Cu-Mg合金 Al-Cu-Mn合金,超硬铝Al-Zn-Mg-Cu合金,一、铝合金的分类和牌号,第一节 铝合金概述,工业纯铝 1A85、1050A、1060和1200。 Al-Cu合金 2014。 Al-Mn合金 3003和3004。 Al-Si合金 4003 Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5058和5086。 Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。 Al-Zn-Mg-Cu合金 7系,一、铝合金的分类和牌号,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,第
3、一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,非热处理强化铝合金,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,热处理强化铝合金,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,热处理强化铝合金,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,热处理强化铝合金,第一节 铝合金概述,一、铝合金的分类和牌号,热处理强化铝合金,第一节 铝合金概述,二、铝合金的特性,第一节 铝合金概述,二、铝合金的特性,铝（Al）的密度为2.7g/cm3，比铜轻2/3，铝为银白色的轻金属，熔点为658
4、，电导率仅次于金、银、铜而位居第四位。纯铝具有面心立方点阵结构，没有同素异构转变，塑性好，无低温脆性转变，但强度低。铝合金的线胀系数较大。,第一节 铝合金概述,二、铝合金的特性,铝在空气和氧化性水溶液介质中，其表面较易产生致密的氧化铝钝化膜，它在一些氧化性介质中具有良好的耐蚀性。在高温浓硝酸中，纯铝的耐蚀性优于不锈钢。铝材常作为耐蚀容器材料。,第一节 铝合金概述,二、铝合金的特性,对一些腐蚀性不太强，但要求防铁污染的介质，如化纤生产介质等，铝有较好的耐蚀性，而且没有铁污染物料，因此，铝材常作为防铁污染的容器的材料。其他有色金属容器也能防铁污染，但铝最便宜,第一节 铝合金概述,二、铝合金的特性,
5、铝是面心立方晶格，没有同素异构体，低温下不存在像铁素体钢那样的脆性转变，铝容器的最低设计温度可达-269。铝材常作为低温容器的材料。铝镁合金中的镁含量较高时，会以金属间化合物Mg2Al3和Mg5Al8在晶间析出，使铝镁合金在某些介质中产生应力腐蚀敏感性，只有在65以下使用才不会产生应力腐蚀，因此含镁量超过了3的铝镁合金规定设计温度不超过65。析出相过多也会降低冲击韧性，因此含镁量超过3的铝镁合金及其焊接接头应检验冲击韧性。其他铝和铝容器，包括低温铝容器均不要求进行冲击韧性检验,第一节 铝合金概述,二、铝合金的特性,由于铝镁硅合金固溶时效状态强度高，塑性也较好，焊接性好，焊接接头在焊后状态仍能保
6、持较高的强度，因而常用作容器用高强度铝合金。铝，特别是纯铝的规定非比例伸长应力很低，在小的载荷下即会产生塑性变形。铝容器在使用与运输时，应留意碰撞变形,第一节 铝合金概述,二、铝合金的特性,为了得到好的塑性，纯铝、铝锰合金和铝镁合金的变形铝材都只在退火状态或热作状态使用，不采用冷作状态。热作状态铝的焊接接头，焊接热对热影响区有退火作用，因而其许用应力也只取退火状态铝材的许用应力。只有铝镁硅合金和铝铜合金的铝材才采用固溶时效状态，以保证其高强度。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,由于铝合金的化学性质非常活泼，热导率很大，容易造成铝合金产生未熔合缺陷，在焊接生产中的主要问题有
7、以下几个：,主要问题,1.铝的比热和热导率比钢大,2.线膨胀系数较大,3.铝和氧的亲和力大,4.容易产生气孔,5.铝合金熔化时无色泽变化,6.焊接热裂纹,7.焊接接头的等强性,8.焊接接头的耐蚀性,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,铝在空气中及焊接时极易氧化，天生的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易往除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易天生夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“
8、阴极清理”作用，往除氧化膜。气焊时，采用往除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为明显，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源
9、，有时也可采用预热等工艺措施。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,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的措施。铝焊接熔池凝固时轻易产生缩孔、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。在耐蚀性答应的情况下，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，活动性明显进步，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅56时可不产生热裂，因而采用SAlSi條(硅含量456)
10、焊丝会有更好的抗裂性。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的光彩变化，焊接操纵时判定难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，轻易焊穿。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,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。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，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。,第二节 铝合
11、金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,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。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,一、铝合金的焊接特点,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。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,二、铝合金的焊接方法,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,三、铝合金焊接材料,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
12、。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SAlSi一1等(留意强度可能低于母材)。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,三、铝合金焊接材料,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,三、铝合金焊接材料,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,三、铝合金焊接材料,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,三、铝合金焊接材料,第二节 铝
13、合金的焊接特点及工艺,四、铝合金焊接用保护气体,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999纯氩气，直流正极性焊接宜用氦气。MIG焊时，板厚75 mm时推荐采用添加5075氦气的氩气。氩气应符合GBT 4842?995纯氩的要求。氩气瓶压低于0.5 MPa后压力不足，不能使用,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,四、铝合金焊接用保护气体,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,五、铝合金TIG焊用 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，电极烧损及尖真个污染较少，但电子发射能力较差。在纯钨中加进12氧化钍的电极为钍钨极，电子发射能力
14、强，答应的电流密度高，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。在纯钨中加进1.82.2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，答应电流密度大，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。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,五、铝合金TIG焊用 钨极,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,五、铝合金TIG焊用 钨极,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,六、铝合金的焊前准备及焊后清理,（1)机械清理 先用有机溶剂（汽油或丙酮）擦拭待焊处的表面，细铜丝刷或不锈钢丝刷、各种刮刀，将待焊处的表面刷净。
15、机械清理方法主要适用：去除铝合金表面的氧化膜、各种锈蚀在铝合金表面的污染，以及在轧制生产过程中产生的氧化皮等。常用于大尺寸的焊件表面、焊接生产周期较长、多层焊接、以及经过化学清理后又被污染的焊件清理。,1.焊前清理,焊前清理主要有机械清理和化学清理两种方法。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,六、铝合金的焊前准备及焊后清理,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,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,六、铝合金的焊前准备及焊后清理,1.焊前清理,（1)化学清理
16、 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往油，用4070的510NaOH溶液碱洗3 min7 min(纯铝时间稍长但不超过20 min)，活动净水冲洗，接着用室温至60的30HNO3溶液酸洗1 min3 min，活动净水冲洗，风干或低温干燥。,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,六、铝合金的焊前准备及焊后清理,1.焊前清理,（1)化学清理,第二节 铝合金的焊接特点及工艺,六、铝合金的焊前准备及焊后清理,1.焊前清理,（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 mm0.2 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，焊接时进进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。 机械清理方法主要适用
