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1、目录第一章 2A12铝合金概述2第二章2A12铝合金材料成分和力学性能22.1 2A12铝合金材料成分22.2 2A12铝合金力学性能3第三章2A12铝合金材料焊接性分析33.1焊缝中的气孔33.1.1熔焊时形成气孔的原因33.1.2防止焊缝气孔的途径.43.2焊接热裂纹63.2.1铝合金焊接热裂纹的特点及形成原因63.2.2防止焊接热裂纹的途径.73.3焊接接头的“等强性” 93.4焊接接头的耐蚀性103.5其他焊接缺陷11第四章2A12铝合金平板对接焊接工艺114.1焊前准备和预热114.1.1化学清理124.1.2机械清理124.1.3焊前预热124.1.4 垫板124.2焊接方法134
2、.3坡口设计144.4焊接材料154.5焊接参数154.6焊接变形及控制164.焊后处理164.7.1清理残渣164.7.2焊件的表面处理174.7.3焊后热处理204.8焊缝的整形和焊缝缺陷的返修20第五章2A12铝合金平板对接焊缝质量及探伤要求205.1表面质量215.2无损检测（RT）21第六章2A12铝合金焊接工艺卡22参考文献23第一章2A12铝合金概述2A12 (LY12)硬铝合金是一种共晶型高强度硬铝合金，属于Al-Cu-Mg系合 金，2A12是一种极易被氧化的材料，在空气中容易与氧结合生成紧密结实的AI2O3 氧化薄膜(厚度约0. 1 m)。这些薄膜的熔点高达2050%，密度3
3、. 950kg / m 4. 10kg/m，约为铝的1. 4倍，它会吸附水分，在焊接过程中形成气孔、夹渣 等缺陷，从而降低了焊接接头的力学性能。可进行热处理强化，在退火和刚淬火 状态下塑性中等，电焊焊接良好，用气焊和氩孤焊时有形成品间裂纹的倾向，在 淬火和冷作硬化后的可切削性尚好，退火后可切削性低；抗蚀性不高，常采用阳 极氧化处理与涂漆方法或表面加包铝层以提高其抗腐蚀能力。由于密度小、强度 高、耐蚀性好、无磁性、成形性好以及低温性能好等特点而广泛应用于工业领域。 具有优良的综合力学性能，有利于结构件的轻量化，在航空、航天、舰船制造等 领域。用于制造各种承受高载荷的零件和结构件，如飞机的骨架、蒙
4、皮、翼肋、 翼梁、隔框零件铆钉等在150C以下工作的零件。在制作高载荷零件时有被LC4 取代的趋势。第二章2A12铝合金材料成分和力学性能2A12铝合金为变形铝合金，属于热处理强化、Al-Cu-Mg系合金。2.1 2A12铝合金材料成分经查标准GB/T31901996，2A12铝合金的化学成分具体数值见表1：表1 2A12铝合金的化学成分(质量分数)Tab. 1 Chemical composition of 2A12 aluminum alloy (mass)%CuMgMnZnNiFeSiTiAl3. 84. 91.2 L 80.30. 90.30100. 500. 500.10余2A12
5、(LY12)硬铝合金是一种共晶型高强度硬铝合金，属于Al-Cu-Mg系合 金。2.2 2A12铝合金力学性能经查标准GB/T31901996, 2A12铝合金的化学成分具体数值见表2：表2 2A12铝合金的力学性能材料状态抗拉强度。s/MPa屈服强度。b/MPa伸长率5(%)断面收缩率中()硬度HBW淬火+自然时效4703301730105退火210110185542包铝的，淬火+自然时效43030018105包铝的，退火1801001842第三章2A12铝合金材料焊接性分析2A12(LY12)是典型的硬铝合金，合金系统是：Al CuMg，它的焊接性较 差。3.1焊缝中的气孔2A12铝合金熔焊
6、时最常见的焊接缺陷就是焊缝气孔。3.1.1熔焊时形成气孔的原因050010001500200077 C图3-1氢在铝中的溶解度 (PH2=101kPa)氢是铝及铝合金熔焊时产生 气孔的主要原因，氢的来源是弧 柱气氛中的水分、焊接材料以及 母材表面氧化膜所吸附的水分 对焊缝气孔的产生有重要的影 响。由于液态铝合金溶解氢的能 力很强，在凝固过程中氢来不及 析出而聚集在焊缝中形成气孔。(1) 弧柱气氛中水分的影 响。弧柱气氛中的氢之所以能使 焊缝形成气孔，与它在铝中的溶解度有很大的关系。由图3-1可见，平衡条件下氢的溶解度沿图中的实线变化， 凝固点时可从0.69mL/100g突降到0.036mL/1
7、00g，相差约20倍（在钢中只相差 不到2倍），这是氢易使铝焊缝产生气孔的重要原因之一。弧柱空间或多或少存在一定量的水分，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，凝固时来不 及析出成为焊缝气孔。这是形成的气孔具有白亮内壁的特征。MIG焊时，焊丝以 细小熔滴形式通过弧柱落入熔池，由于弧柱温度高，熔滴比表面积大，熔滴金属 易于吸收氢。而且在焊接2A12铝合金时保护气体中的含水量也是非常重要的， 一般需要小于0.08%才能使焊接时过渡到焊缝中的氢含量更少。（2）氧化膜中水分的影响。在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分已严 格控制，这时，焊丝或工件
8、氧化膜中所吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。 氧化膜不致密、吸水性强的铝合金（如Al-Mg合金），比氧化膜致密的纯铝具有 更大的气孔倾向。因为Al-Mg合金的氧化膜由AI2O3和MgO构成，而MgO越多， 形成的氧化膜越不致密，更易于吸附水分；纯铝的氧化膜只由AI2O3构成，比较 致密，相对来说吸水性要小。MIG焊时，由于熔深大，坡口端部的氧化膜能迅速 熔化，有利于氧化膜中水分的排除，氧化膜对焊缝气孔的影响就小很多。（3）焊接方法的影响。MIG焊时，焊丝以细小熔滴形式向熔池过渡，弧柱温 度高，熔滴比表面积大，熔滴易于吸氢；TIG焊时，主要是熔池金属表面与氢反 应，比表面积小，熔池温度小于弧
9、柱，吸氢条件不如MIG有利；另外，MIG焊熔 池深度大于TIG焊，不利于氢气泡的逸出。（4）极性的影响。TIG焊时，直流反接，具有阴极雾化作用，可以避免氢 的产生，但钨极易烧损，形成缺陷；正接时无阴极雾化作用，熔深大，对气泡逸 出不利，所以采用交流。MIG焊时，采用直流反接，无阴极雾化作用，也没有 钨极烧损。（5）焊接工艺参数。焊接规范主要影响熔池在高温的停留时间，从而对氢 的溶入时间和析出时间产生影响。TIG焊时，采用小线能量，采用较大的规范，高的焊速，减少熔池存在时间， 减小氢的溶入；MIG焊时，焊丝氧化膜的影响更为显著，不能通过减少熔池时间 来防止氢向熔池的溶入，所以通过降低焊速和提高焊
10、接线能量来增大溶池存在时 间，有利于减少焊缝中的气孔。3.1.2防止焊缝气孔的途径防止焊缝中的气孔可从两方面着手：一是限制氢溶入熔融金属，或者是减少 氢的来源，或者减少氢与熔融金属作用的时间（如减少熔池熙吸氢时间）；二是 尽量促使氢自熔池逸出，即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(如增大熔池析氢时间)。(1) 减少氢的来源。使用的焊接材料(包括保护气体、焊丝、焊条等)要 严格限制含水量，使用前需干燥处理。一般认为，氩气中的含水量小于0.08% 时不易形成气孔。氩气的管路也要保持干燥。焊前处理十分重要。焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除，采用化学方法或 机械
11、方法均可，若两者并用效果更好。(2) 控制焊接参数。焊接参数的影响可归结为对熔池高温存在时间的影响， 也就是对氢溶入时间和氢析出时间的影响。熔池高温存在时间增长，有利于氢的 逸出，但也有利于氢的溶入；繁殖，熔池高温存在时间减少，可减少氢的溶入， 但也不利于氢的逸出。焊接参数不当时，如造成氢的融入量多而又不利于逸出时， 气孔倾向势必增大。在MIG焊条件下，焊丝氧化膜的影响更明显，减少熔池存在 时间，难以有效地防止焊丝氧化膜分解出来的氢向熔池侵入。因此希望增大熔池 时间以利气泡逸出。TIG焊：小热输入减少熔池存在时间减少氢的溶入同时为保证根部熔 透，需用大电流，所以应：大电流，大的焊接速度。如图5
12、-2所示为TIG焊时焊 接参数对焊缝中扩散氢H的影响。MIG焊：水分主要来自氧化膜-增大熔池存在时间-气泡析出，所以应： 大电流，小的焊接速度，必要时进行预热。如图5-3所示为MIG焊焊接参数对 焊缝气孔的影响。.10.20.30.40/in *min1.4121.00.80.60.40.20.61 50200250300350焊接屯流/A图3-3 MIG焊焊接参数对焊缝气孔的影响图3-2 TIG焊焊接参数对焊缝中扩散氢H的影响3.2焊接热裂纹纯铝和非热处理强化铝合金（如Al-Mn、Al-Mg合金等），一般是不容易产生 裂纹的。而硬铝及大部分热处理强化铝合金，产生裂纹的倾向较大。对含有铜的硬铝
13、（Al-Cu-Mg）和超硬铝（Al-Zn-Cu-Mg）合金，目前很难用 熔焊方法获得没有裂纹的焊接接头，所以一般不能选用熔焊方法制造硬铝和超硬 铝焊接结构。2A12铝合金属于硬铝，在焊接时，常见的热裂纹主要是焊缝凝固裂纹（图 3-4）和近焊缝液化裂纹（图3-5）。并且2A12铝合金的热裂纹倾向很大，在焊 接过程中最重要的就是防止热裂纹的产生。图3-5铝合金接头热影响区中的液化裂纹图3-4铝合金接头中的结晶裂纹3.2.1铝合金焊接热裂纹的特点及形成原因2A12铝合金属于共晶型合金。从理论上分析，最大裂纹倾向与合金的“最 大凝固温度区间”相对应。但是，由平衡状态图得出的结论与实际情况有较大的 出入
14、。在焊接过程中生成的二次相a -Al + S及a -Al + 0共晶组织和杂质，会 促使铝合金具有较大的裂纹倾向。若合金存在其他元素或杂质时，还可能形成三 元共晶，其熔点比二元共晶更低一些，凝固温度区间也更大一些。易熔共品的存 在，是铝合金焊缝产生凝固裂纹的重要原因之一。铝的线膨胀系数比钢约大一倍， 而凝固时的收缩率又比铁大两倍，当成分中的杂质超过规定范围时，在熔池中将 形成较多的低熔点共晶。两者共同作用的结果，在焊缝中就容易产生热裂纹。在 铝的线膨胀系数比钢约大一倍时，并且拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应 力，也是促使铝合金具有较大裂纹倾向的原因之一。关于易熔共晶的作用，不仅要看其熔点高低
15、，更要看它对界面能量的影响。 易熔共晶成薄膜状展开于境界上时，促使晶体易于分离，而增大合金的热裂倾向；若成球状聚集在品粒间时，合金的热烈倾向小。近缝区“液化裂纹”同焊缝凝固 裂纹一样，也与晶间易熔共晶有联系，但 这种易熔共品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 形成的，所以称为晶间“液化裂纹”。（1）液化裂纹产生原因。如图3-6所 示，在母材的热影响区中，成分为X的铝C 合金在平衡状态下，t1温度下组织为a+0， 匕时0中的组元开始向a固溶体溶解，匕时 全部转化为a固溶体。在焊接快速加热条 件下，在匕0来不及溶解，达不到平衡， 到t3时仍可能为a+0两相状态，匕时已超过共晶温度，0中的组元还未完全溶入以固溶图3-6铝合金组织转变图体，则在a和0两相界面出现共晶液相，这种局部液化在焊接应力下沿晶界液膜 形成“液化裂纹”。（2）
