1、第第10章常用有色金属焊接章常用有色金属焊接 10.1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 10.2 铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接 10.3 钛及钛合金的焊接钛及钛合金的焊接返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 10.1.1概述概述在有色金属中，铝及铝合金是应用最广的金属材料，其在地球的储存在有色金属中，铝及铝合金是应用最广的金属材料，其在地球的储存量比铁多，而且目前铝的产量仅次于钢铁。铝及其合金广泛用于电气、量比铁多，而且目前铝的产量仅次于钢铁。铝及其合金广泛用于电气、汽车、车辆、化工等部门，也是航空和航天工业的主要结构材料。汽车、车辆、化工等部门，也是航空和航天工业的主要结构
2、材料。根据根据GB/T16474-1996变形铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金牌号表示方法的规定，我的规定，我国变形铝及铝合金牌号表示采用国际四位数字体系牌号和四位字符体国变形铝及铝合金牌号表示采用国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种命名方法。在国际牌号注册组织中注册命名的铝及铝合金，系牌号两种命名方法。在国际牌号注册组织中注册命名的铝及铝合金，直接采用四位数字体系牌号，按化学成分在国际牌号注册组织未命名直接采用四位数字体系牌号，按化学成分在国际牌号注册组织未命名的，则按四位字符体系牌号命名，两种牌号命名方法的区别仅在第二的，则按四位字符体系牌号命名，两种牌号命名方法的区别仅在第二位
3、。位。下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接牌号第一位数字表示变形铝及铝合金的组别，见牌号第一位数字表示变形铝及铝合金的组别，见表表10-1;牌号第二位牌号第二位数字数字(国际四位数字体系国际四位数字体系)或字母或字母(四位字符体系，除字母四位字符体系，除字母C、 I、 L、 N、 O、 P、 Q、Z外外)表示对原始纯铝或铝合金的改型情况，数字表示对原始纯铝或铝合金的改型情况，数字“0”或或字母字母“A”表示原始合金，如果是表示原始合金，如果是1 9或或BY，则表示为原始合金的改，则表示为原始合金的改型情况型情况;最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金，对于纯铝则最后两位数字
4、用以标识同一组中不同的铝合金，对于纯铝则表示铝的最低质量分数中小数点后面的两位数。表示铝的最低质量分数中小数点后面的两位数。1.纯铝纯铝(1)纯铝的性能纯铝的性能上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接铝含量不低于铝含量不低于99. 00%时为纯铝。纯铝是银白色的轻金属，其密度小时为纯铝。纯铝是银白色的轻金属，其密度小(2. 7 x 103kg/m3，约为铁的，约为铁的1/3;铝的熔点低铝的熔点低(660)，结晶后具有面，结晶后具有面心立方晶格，无同素异构转变现象，其热处理机理与钢不同心立方晶格，无同素异构转变现象，其热处理机理与钢不同;铝有良铝有良好的导电和导热性能，仅
5、次于银和铜，室温下导电能力约为铜的好的导电和导热性能，仅次于银和铜，室温下导电能力约为铜的60%64%;铝和氧的亲合力强，容易在其表面形成致密的铝和氧的亲合力强，容易在其表面形成致密的Al2O3薄膜，薄膜，该薄膜能有效地防止金属的继续氧化，故纯铝在非工业污染的大气中该薄膜能有效地防止金属的继续氧化，故纯铝在非工业污染的大气中有良好的耐腐蚀性，但其不耐碱、酸、盐等介质的腐蚀有良好的耐腐蚀性，但其不耐碱、酸、盐等介质的腐蚀;纯铝的塑性纯铝的塑性好好(80%)，但强度低，但强度低(b 80100 N/m)，用热处理不能强化，用热处理不能强化，合金化和冷变形是其提高强度的主要手段，经冷变形强化后，其强
6、度合金化和冷变形是其提高强度的主要手段，经冷变形强化后，其强度可提高到可提高到150250N/m ，而塑性则下降为原来的，而塑性则下降为原来的50%60 %。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接纯铝中含有铁、硅等杂质，随着杂质含量的增加，其导电性、导热性、纯铝中含有铁、硅等杂质，随着杂质含量的增加，其导电性、导热性、抗大气腐蚀性及塑性将下降。抗大气腐蚀性及塑性将下降。(2)纯铝的牌号及应用纯铝的牌号及应用根据根据GB/T 16474-1996变形铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金牌号表示方法的规定，纯的规定，纯铝牌号用铝牌号用1x x x四位数字、字符组合系列表示，
7、牌号的最后两位数字四位数字、字符组合系列表示，牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量。当最低铝百分含量精确到表示最低铝百分含量。当最低铝百分含量精确到0. 01%时，牌号的最时，牌号的最后两位数字就是最低铝百分含量中小数点后面的两位。例如，后两位数字就是最低铝百分含量中小数点后面的两位。例如，lA99(原原LG5)，其，其上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接工业纯铝主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆、电器元件、换热器工业纯铝主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆、电器元件、换热器件，以及要求制作质轻、导热、导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的件，以及要求制作质轻、导热、导电、耐
8、大气腐蚀但强度要求不高的机电构件和器具等。机电构件和器具等。2.铝合金铝合金铝合金是以铝为基础，加入一种或几种其他元素铝合金是以铝为基础，加入一种或几种其他元素(如铜、镁、硅、锰、如铜、镁、硅、锰、锌等锌等)构成的合金。在生产实践中，入们发现向纯铝中加入适量的铜、构成的合金。在生产实践中，入们发现向纯铝中加入适量的铜、镁、硅、锰、锌等合金元素，则可得到具有较高强度的铝合金。若再镁、硅、锰、锌等合金元素，则可得到具有较高强度的铝合金。若再经过冷加工或热处理，其抗拉强度可进一步提高到经过冷加工或热处理，其抗拉强度可进一步提高到500 N/m以上。以上。而且铝合金的比强度而且铝合金的比强度(抗拉强度
9、与密度的比值抗拉强度与密度的比值)高，有良好的耐腐蚀性高，有良好的耐腐蚀性和可加工性，因此，在航空和航天工业中得到广泛应用。和可加工性，因此，在航空和航天工业中得到广泛应用。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。(1)变形铝合金变形铝合金变形铝合金在加热时能形成单相固溶体组织，这类合金塑性较高，适变形铝合金在加热时能形成单相固溶体组织，这类合金塑性较高，适于压力加工，一般由冶金厂加工成各种规格的型材于压力加工，一般由冶金厂加工成各种规格的型材(板、带、管、线板、带、管、线等等)供应给用户。供
10、应给用户。变形铝合金按其主要性能特点可分为防锈铝、硬铝、超硬铝与锻铝等。变形铝合金按其主要性能特点可分为防锈铝、硬铝、超硬铝与锻铝等。在旧标准在旧标准GB 3190-1982中规定变形铝合金的代号用中规定变形铝合金的代号用“L+代号代号+数字数字”表示。表示。L是是“铝铝”字汉语拼音字首字汉语拼音字首;其后的代号表示变形铝合金的类别，其后的代号表示变形铝合金的类别，如如F表示防锈铝，表示防锈铝，Y表示硬铝，表示硬铝，C表示超硬铝，表示超硬铝，D表示锻铝。数字表示表示锻铝。数字表示合金的顺序号。例如，合金的顺序号。例如，LC4表示表示4号超硬铝合金。号超硬铝合金。上一页 下一页返回10. 1 铝
11、及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接在在GB/T 16474中，规定铝合金牌号直接引用国际四位数字体系牌号中，规定铝合金牌号直接引用国际四位数字体系牌号或采用四位字符体系牌号。各类铝合金的主要特性、用途及新旧牌号或采用四位字符体系牌号。各类铝合金的主要特性、用途及新旧牌号对照见对照见表表10-2。常见的变形铝合金有以下四类常见的变形铝合金有以下四类:防锈铝合金防锈铝合金属于热处理不能强化的变形铝合金，一般只能通过冷压力加工提高其属于热处理不能强化的变形铝合金，一般只能通过冷压力加工提高其强度，主要是强度，主要是Al-Mn系和系和Al-Mg系合金。具有适中的强度、优良的塑系合金。具有适中的强度、优良的
12、塑性及良好的焊接性能，具有比纯铝更好的耐腐蚀性和强度，故称防锈性及良好的焊接性能，具有比纯铝更好的耐腐蚀性和强度，故称防锈铝合金。防锈铝合金主要用于制造要求具有高耐腐蚀性的油罐、油箱、铝合金。防锈铝合金主要用于制造要求具有高耐腐蚀性的油罐、油箱、导管、生活用器皿、窗框、车辆、铆钉及防锈蒙皮等。导管、生活用器皿、窗框、车辆、铆钉及防锈蒙皮等。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接硬铝合金硬铝合金属于属于Al-Cu-Mg系合金。这类铝合金经固溶和时效处理后能获得相当系合金。这类铝合金经固溶和时效处理后能获得相当高的强度，故称硬铝。硬铝的耐腐蚀性比纯铝差，尤其是耐海洋大气高的
13、强度，故称硬铝。硬铝的耐腐蚀性比纯铝差，尤其是耐海洋大气腐蚀的性能较低，所以有些硬铝的板材常在其表面包覆一层纯铝后使腐蚀的性能较低，所以有些硬铝的板材常在其表面包覆一层纯铝后使用。硬铝合金主要用途是作中等强度的构件和零件，如铆钉、螺栓，用。硬铝合金主要用途是作中等强度的构件和零件，如铆钉、螺栓，航空工业中的一般受力结构件航空工业中的一般受力结构件(如飞机翼肋、翼梁等如飞机翼肋、翼梁等)。超硬铝合金超硬铝合金属于属于AI-Cu-Mg-Zn系合金。这类铝合金是在硬铝的基础上再添加锌元系合金。这类铝合金是在硬铝的基础上再添加锌元素而成的，其强度高于硬铝，但耐腐蚀性较差。素而成的，其强度高于硬铝，但耐
14、腐蚀性较差。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接超硬铝经固溶和人工时效后，可以获得在室温条件下强度最高的铝合超硬铝经固溶和人工时效后，可以获得在室温条件下强度最高的铝合金，主要用作受力大的重要构件及高载荷零件，如飞机大梁、析架、金，主要用作受力大的重要构件及高载荷零件，如飞机大梁、析架、翼肋、活塞、加强框、起落架、螺旋桨叶片等。翼肋、活塞、加强框、起落架、螺旋桨叶片等。锻铝合金锻铝合金大多属于大多属于Al-Cu-Mg-Si系合金。力学性能与硬铝相近，但由于热塑性系合金。力学性能与硬铝相近，但由于热塑性较好，因此，适于采用压力加工，如锻压、冲压等，可用来制造各种较好，因
15、此，适于采用压力加工，如锻压、冲压等，可用来制造各种形状复杂的零件或制成棒材。形状复杂的零件或制成棒材。(2)铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金是指以铝为基的铸造合金。铸造铝合金是指以铝为基的铸造合金。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接铸造铝合金与变形铝合金相比，一般含有较高的合金元素，具有良好铸造铝合金与变形铝合金相比，一般含有较高的合金元素，具有良好的铸造性能，但塑性与韧性较低，不能进行压力加工。按其所加合金的铸造性能，但塑性与韧性较低，不能进行压力加工。按其所加合金元素的不同，铸造铝合金主要有元素的不同，铸造铝合金主要有:Al-Si系系;Al-Cu系系;Al-Mg
16、系系;Al -Zn系系合金等。合金等。铸造铝合金代号用铸造铝合金代号用“铸铝铸铝”二字的汉语拼音字母二字的汉语拼音字母“ZL”与三位数字表与三位数字表示。第一位数字表示合金的类别示。第一位数字表示合金的类别:1”表示表示Al-Si系系;“2”表示表示Al-Cu系系;3”表示表示Al-Mg系系;4”表示表示A1-Zn系。第二、三位数字表示合金的顺序号，系。第二、三位数字表示合金的顺序号，例如，这例如，这ZL201表示表示1号铸造铝铜合金。号铸造铝铜合金。铸造铝合金牌号由铝和主要合金元素的化学符号，以及表示主要合金铸造铝合金牌号由铝和主要合金元素的化学符号，以及表示主要合金元素名义质量百分含量的数
17、字组成，并在其牌号前面冠以元素名义质量百分含量的数字组成，并在其牌号前面冠以“铸铸”字的字的汉语拼音字首汉语拼音字首“Z”。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接例如例如ZAlSil2，表示，表示Si = 12%的铸造铝合金。常用铸造铝合金的力学的铸造铝合金。常用铸造铝合金的力学性能和特点见性能和特点见表表10-3。 AI-Si系系由铝、硅两种元素组成的铝合金称为简单硅铝合金由铝、硅两种元素组成的铝合金称为简单硅铝合金;除铝硅外再加入除铝硅外再加入其他元素的铝合金称为特殊硅铝合金。简单硅铝合金为热处理不能强其他元素的铝合金称为特殊硅铝合金。简单硅铝合金为热处理不能强化的
18、铝合金，故强度不高。特殊硅铝合金因加入铜、镁、锰等元素可化的铝合金，故强度不高。特殊硅铝合金因加入铜、镁、锰等元素可使合金得到强化，并可通过热处理进一步提高其力学性能。铝硅合金使合金得到强化，并可通过热处理进一步提高其力学性能。铝硅合金有良好的铸造性能，可用来制作内燃机活塞、气缸体、气缸头、气缸有良好的铸造性能，可用来制作内燃机活塞、气缸体、气缸头、气缸套、风扇叶片、形状复杂的薄壁零件，以及电机、仪表的外壳，油泵套、风扇叶片、形状复杂的薄壁零件，以及电机、仪表的外壳，油泵壳体等。壳体等。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接Al-Cu系系铝铜合金强度较高，加入镍、锰可提
19、高其耐热性，可用于制作高强度铝铜合金强度较高，加入镍、锰可提高其耐热性，可用于制作高强度或高温条件下工作的零件，如内燃机气缸、活塞、支臂等。或高温条件下工作的零件，如内燃机气缸、活塞、支臂等。A1-Mg系系铝镁合金有良好的耐腐蚀性，可用于制作在腐蚀介质条件下工作的铸铝镁合金有良好的耐腐蚀性，可用于制作在腐蚀介质条件下工作的铸件，如氨用泵体、泵盖及舰船配件等。件，如氨用泵体、泵盖及舰船配件等。铸造铝合金可采用变质处理细化晶粒。即在液态合金液中加入氟化钠铸造铝合金可采用变质处理细化晶粒。即在液态合金液中加入氟化钠和氯化钠的混合盐和氯化钠的混合盐(2/3NaF十十1/3 NaCl)，加入量为合金质量
20、的，加入量为合金质量的1%3%。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接这些盐和液态铝合金相互作用，因变质作用细化晶粒，从而提高铝合这些盐和液态铝合金相互作用，因变质作用细化晶粒，从而提高铝合金的力学性能，使抗拉强度提高金的力学性能，使抗拉强度提高30%40%，伸长率提高，伸长率提高1%2%。3.铝合金的热处理铝合金的热处理铝合金的热处理机理与钢不同。一般钢经淬火后，硬度和强度立即提铝合金的热处理机理与钢不同。一般钢经淬火后，硬度和强度立即提高，塑性下降。铝合金则不同，能热处理强化的铝合金，淬火后硬度高，塑性下降。铝合金则不同，能热处理强化的铝合金，淬火后硬度和强度不能立
21、即提高，而塑性与韧性却显著提高。但在室温放置一段和强度不能立即提高，而塑性与韧性却显著提高。但在室温放置一段时间后，硬度和强度才显著提高，塑性与韧性则明显下降。这种淬火时间后，硬度和强度才显著提高，塑性与韧性则明显下降。这种淬火后合金的性能随时间而发生显著变化的现象，称为后合金的性能随时间而发生显著变化的现象，称为“时效时效”或或“时效时效硬化硬化”。这是因为铝合金淬火后，获得的过饱和固溶体是不稳定的组。这是因为铝合金淬火后，获得的过饱和固溶体是不稳定的组织，有析出第二相金属化合物的趋势。织，有析出第二相金属化合物的趋势。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接时效分为自
22、然时效和人工时效两种。铝合金工件经固溶处理后，在室时效分为自然时效和人工时效两种。铝合金工件经固溶处理后，在室温下进行的时效称为温下进行的时效称为“自然时效自然时效”;在加热条件在加热条件(一般一般100 200 )下下进行的时效称为进行的时效称为“人工时效人工时效”。铝合金常用的热处理方法有退火、淬火加时效等。退火可消除加工硬铝合金常用的热处理方法有退火、淬火加时效等。退火可消除加工硬化，恢复塑性变形能力，消除铸件的内应力和成分偏析。淬火也称化，恢复塑性变形能力，消除铸件的内应力和成分偏析。淬火也称“固溶处理固溶处理”，目的是获得均匀的过饱和固溶体，时效处理是使淬火，目的是获得均匀的过饱和固
23、溶体，时效处理是使淬火铝合金达到最高的强度，淬火加时效是强化铝合金的主要途径之一。铝合金达到最高的强度，淬火加时效是强化铝合金的主要途径之一。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 10.1.2铝及铝合金的焊接性铝及铝合金的焊接性由于铝及铝合金的化学性质非常活泼，表面极易形成难熔性质的氧化由于铝及铝合金的化学性质非常活泼，表面极易形成难熔性质的氧化膜膜(如如Al2O3的熔点约为的熔点约为2050 , MgO的熔点约为的熔点约为2500，以及铝及，以及铝及铝合金的热导率很大，焊接热输入容易迅速向母材流失，所以，容易铝合金的热导率很大，焊接热输入容易迅速向母材流失，所以，容
24、易造成铝及铝合金产生未熔合缺陷。铝及铝合金在焊接生产中的主要特造成铝及铝合金产生未熔合缺陷。铝及铝合金在焊接生产中的主要特点和问题为点和问题为:(1)铝的比热和热导率比钢大，所以，焊接过程的热输入因向母材迅铝的比热和热导率比钢大，所以，焊接过程的热输入因向母材迅速传导而流失，因此，用熔焊方法焊接时，需要采用高度集中的热源速传导而流失，因此，用熔焊方法焊接时，需要采用高度集中的热源焊接，为了获得高质量的焊接接头，有时需要采用预热的工艺措施，焊接，为了获得高质量的焊接接头，有时需要采用预热的工艺措施，才能实现熔焊过程才能实现熔焊过程;用电阻焊方法焊接时，需要采用特大功率的电源用电阻焊方法焊接时，需
25、要采用特大功率的电源焊接。焊接。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接(2)铝及铝合金的线膨胀系数较大，约为钢的铝及铝合金的线膨胀系数较大，约为钢的2倍，凝固时的体积收缩倍，凝固时的体积收缩率达率达6. 5%左右，因此，焊件容易产生焊接变形。左右，因此，焊件容易产生焊接变形。(3)铝和氧的亲和力大，极容易氧化。铝及铝合金在焊接过程中，在铝和氧的亲和力大，极容易氧化。铝及铝合金在焊接过程中，在焊接表面氧化生成高密度焊接表面氧化生成高密度(3. 85 g/cm3)的氧化膜的氧化膜Al2O3(熔点高达熔点高达2050，该氧化膜在焊接过程中，阻碍熔化金属的良好结合，容易，该氧化
26、膜在焊接过程中，阻碍熔化金属的良好结合，容易造成夹渣。造成夹渣。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接(4)铝及铝合金在焊接过程中最容易产生的缺陷是氢气孔，这是由于铝及铝合金在焊接过程中最容易产生的缺陷是氢气孔，这是由于在焊接电弧弧柱的空间中，总是或多或少的存在一定数量的水分，尤在焊接电弧弧柱的空间中，总是或多或少的存在一定数量的水分，尤其是在潮湿的季节或湿度大的地区焊接时，由弧柱气氛中的水分分解其是在潮湿的季节或湿度大的地区焊接时，由弧柱气氛中的水分分解而来的氢，溶入过热的熔池金属中，在低温凝固时，氢的溶解度会发而来的氢，溶入过热的熔池金属中，在低温凝固时，氢的溶解度
27、会发生很大的变化，急剧下降，如在焊缝熔池凝固前不能析出，留在焊缝生很大的变化，急剧下降，如在焊缝熔池凝固前不能析出，留在焊缝中就形成氢气孔。中就形成氢气孔。Al-Mg合金的氧化膜不致密、吸水性很强。所以，合金的氧化膜不致密、吸水性很强。所以，Al-Mg合金要比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。另外，焊丝合金要比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。另外，焊丝和焊件氧化膜中所吸附的水分，也是产生气孔的重要原因。和焊件氧化膜中所吸附的水分，也是产生气孔的重要原因。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接(5)铝及铝合金在焊接过程中由固态变为液态时，没有明显的颜色变铝及铝合金在
28、焊接过程中由固态变为液态时，没有明显的颜色变化，因此，焊工很难控制加热温度，同时，还由于铝及铝合金在高温化，因此，焊工很难控制加热温度，同时，还由于铝及铝合金在高温时强度很低时强度很低(铝在铝在370时强度仅为时强度仅为10MPa)，容易使焊缝熔池塌陷或，容易使焊缝熔池塌陷或熔池金属下漏。所以，焊接时焊缝背面要加垫板。熔池金属下漏。所以，焊接时焊缝背面要加垫板。(6)铝及铝合金焊接过程中，在焊缝金属和近缝区内出现的热裂纹，铝及铝合金焊接过程中，在焊缝金属和近缝区内出现的热裂纹，主要是金属凝固裂纹。也可以在近缝区见到液化裂纹。易熔共晶体的主要是金属凝固裂纹。也可以在近缝区见到液化裂纹。易熔共晶体
29、的存在，是铝及铝合金焊缝产生凝固裂纹的重要原因。铝及铝合金的线存在，是铝及铝合金焊缝产生凝固裂纹的重要原因。铝及铝合金的线膨胀系数是钢的膨胀系数是钢的2倍，在拘束条件下焊接时，所产生较大的焊接应力，倍，在拘束条件下焊接时，所产生较大的焊接应力，也是铝及铝合金具有较大的裂纹倾向的原因之一。也是铝及铝合金具有较大的裂纹倾向的原因之一。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接(7)焊接接头的等强性。能时效强化的铝合金，除了焊接接头的等强性。能时效强化的铝合金，除了AI-Zn-Mg合金之合金之外，无论是在退火状态下，还是在时效状态下焊接，焊后如不经热处外，无论是在退火状态下，还是
30、在时效状态下焊接，焊后如不经热处理，其焊接强度均低于母材理，其焊接强度均低于母材;非时效强化的铝合金，如非时效强化的铝合金，如Al-Mg合金，在合金，在退火状态下焊接时，焊接接头同母材是等强的，在冷作硬化状态下焊退火状态下焊接时，焊接接头同母材是等强的，在冷作硬化状态下焊接时，焊接接头强度低于母材。铝及铝合金焊接时的不等强的表现，接时，焊接接头强度低于母材。铝及铝合金焊接时的不等强的表现，说明焊接接头发生了某种程度的软化或存在某一性能上的薄弱环节。说明焊接接头发生了某种程度的软化或存在某一性能上的薄弱环节。这种接头性能上的薄弱环节，可以存在于焊缝、熔合区或热影响区中这种接头性能上的薄弱环节，可
31、以存在于焊缝、熔合区或热影响区中的任何一个区域内。的任何一个区域内。焊缝区。由于是铸造组织，与母材的强度差别可能不大，但焊缝的焊缝区。由于是铸造组织，与母材的强度差别可能不大，但焊缝的塑性一般不如母材。塑性一般不如母材。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接同时，焊接热输入越大，焊缝的性能下降的趋势也越大。同时，焊接热输入越大，焊缝的性能下降的趋势也越大。熔合区。非时效强化的铝合金，熔合区的主要问题是因晶粒粗化而熔合区。非时效强化的铝合金，熔合区的主要问题是因晶粒粗化而降低了塑性降低了塑性;时效强化的铝合金焊接时，不仅晶粒粗化，而且还可能时效强化的铝合金焊接时，不仅晶粒
32、粗化，而且还可能因晶界液化而产生裂纹。所以，焊缝熔合区的主要问题是塑性发生恶因晶界液化而产生裂纹。所以，焊缝熔合区的主要问题是塑性发生恶化。化。热影响区。非时效强化的铝合金和能时效强化的铝合金焊后的表现，热影响区。非时效强化的铝合金和能时效强化的铝合金焊后的表现，主要是焊缝金属软化。主要是焊缝金属软化。(8)铝及铝合金焊后，焊接接头的耐蚀性一般都低于母材。影响焊接铝及铝合金焊后，焊接接头的耐蚀性一般都低于母材。影响焊接接头耐蚀性的主要原因有接头耐蚀性的主要原因有:由于焊接接头组织的不均匀性，便焊接接头各部位的电极电位产生由于焊接接头组织的不均匀性，便焊接接头各部位的电极电位产生不均匀性。不均匀
33、性。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接因此，焊前焊后的热处理情况，就会对接头的耐蚀性产生影响。因此，焊前焊后的热处理情况，就会对接头的耐蚀性产生影响。杂质较多、晶粒粗大以及脆性相的析出等，都会使耐蚀性明显下降。杂质较多、晶粒粗大以及脆性相的析出等，都会使耐蚀性明显下降。所以，焊缝金属的纯度和致密性是影响接头耐蚀性的原因之一。所以，焊缝金属的纯度和致密性是影响接头耐蚀性的原因之一。焊接应力的大小，也是影响耐蚀性的原因之一。焊接应力的大小，也是影响耐蚀性的原因之一。 10.1.3铝及铝合金焊前准备及焊后清理铝及铝合金焊前准备及焊后清理1.焊前清理焊前清理铝及铝合金在空气
34、中极容易氧化，氧化后在表面形成致密的铝及铝合金在空气中极容易氧化，氧化后在表面形成致密的Al2O3薄薄膜，氧化膜的熔点高达膜，氧化膜的熔点高达2050，比铝的熔点，比铝的熔点658高出近高出近1400，从，从而，在焊接加热过程中，往往表面的而，在焊接加热过程中，往往表面的Al2O3氧化膜还未达到温度，而氧化膜还未达到温度，而氧化膜下面的纯铝确已熔化，使焊工难以控制焊接热输入，无法保证氧化膜下面的纯铝确已熔化，使焊工难以控制焊接热输入，无法保证焊接质量。焊接质量。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接另外，氧化膜还极易吸收水分，它不仅妨碍焊缝的良好熔合，还是另外，氧化膜还
35、极易吸收水分，它不仅妨碍焊缝的良好熔合，还是形成气孔的根源之一。为了保证焊接质量，焊前必须仔细清理焊件待形成气孔的根源之一。为了保证焊接质量，焊前必须仔细清理焊件待焊处、焊丝表面的氧化膜及油污。焊前清理主要有机械清理和化学清焊处、焊丝表面的氧化膜及油污。焊前清理主要有机械清理和化学清理两种方法。理两种方法。(1)机械清理机械清理清理前先用有机溶剂清理前先用有机溶剂(汽油或丙酮汽油或丙酮)擦拭待焊处的表面，紧随其后用细擦拭待焊处的表面，紧随其后用细铜丝刷或不锈钢丝刷铜丝刷或不锈钢丝刷(金属丝直径金属丝直径15 mm或或结构较复杂时，焊前应该预热至结构较复杂时，焊前应该预热至200300 。(3)
36、当焊件厚度当焊件厚度 3 mm时，一般采用左焊法时，一般采用左焊法;焊件厚度焊件厚度4 mm时，宜采时，宜采用右焊法。用右焊法。(4)为了使液态熔池金属很好地熔合，以及焊接过程中的杂质尽快浮为了使液态熔池金属很好地熔合，以及焊接过程中的杂质尽快浮出熔池表面，薄板铝及铝合金焊接过程中，用焊丝轻划熔池的表面出熔池表面，薄板铝及铝合金焊接过程中，用焊丝轻划熔池的表面;厚板铝及铝合金焊接、堆焊以及铸铝件补焊时，需用焊丝搅动熔池，厚板铝及铝合金焊接、堆焊以及铸铝件补焊时，需用焊丝搅动熔池，焊丝与喷嘴的夹角一般为焊丝与喷嘴的夹角一般为80100。(5)焊件与喷嘴夹角的大小，应随焊件的厚度、焊件的温度而变化
37、焊件与喷嘴夹角的大小，应随焊件的厚度、焊件的温度而变化:板板厚越大，夹角也越大厚越大，夹角也越大;焊件温度越高，夹角应越小，喷嘴与焊件的夹焊件温度越高，夹角应越小，喷嘴与焊件的夹角应在角应在2090范围内变化。范围内变化。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接(6)整条焊缝要一次焊完，不要断续分段焊接，实在不得已中断焊接整条焊缝要一次焊完，不要断续分段焊接，实在不得已中断焊接时，在焊缝的连接处应该重叠时，在焊缝的连接处应该重叠1520 mm。禁止在原焊缝用重熔一次。禁止在原焊缝用重熔一次方法来改变焊缝的外形。方法来改变焊缝的外形。2.焊接参数焊接参数氧乙炔气焊喷嘴与焊丝
38、的选择见氧乙炔气焊喷嘴与焊丝的选择见表表10-6。气焊铝板厚度与焊炬规格、。气焊铝板厚度与焊炬规格、乙炔消耗量的选用见乙炔消耗量的选用见表表10-7。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 10.1.5铝及铝合金的焊条电弧焊铝及铝合金的焊条电弧焊铝及铝合金焊条电弧焊实际应用不大，只是在厚板焊接或厚度较大的铝及铝合金焊条电弧焊实际应用不大，只是在厚板焊接或厚度较大的铝铸件的补焊才使用因为，铝焊条的药皮极易吸潮，不便保管，所以，铝铸件的补焊才使用因为，铝焊条的药皮极易吸潮，不便保管，所以，限制了焊条电弧焊工艺在铝及铝合金焊接上的应用厚度较大的焊件，限制了焊条电弧焊工艺在铝及
39、铝合金焊接上的应用厚度较大的焊件，焊前要进行预热，预热温度为焊前要进行预热，预热温度为100300，焊接时，采用短弧进行焊，焊接时，采用短弧进行焊接，焊条与焊件垂直、并且做直线往复运条。铝及铝合金焊条电弧焊接，焊条与焊件垂直、并且做直线往复运条。铝及铝合金焊条电弧焊的焊接参数见的焊接参数见表表10-8。 10.1.6铝及铝合金的手工钨极氩弧焊铝及铝合金的手工钨极氩弧焊手工钨极氩弧焊手工钨极氩弧焊(手工手工TIG焊焊)焊接方法适用于焊接焊接方法适用于焊接0.55.0mm的铝及的铝及铝合金焊件，机械化钨极氩弧焊可以焊接铝合金焊件，机械化钨极氩弧焊可以焊接112 mm的环缝或纵缝。的环缝或纵缝。上一
40、页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接当焊件的厚度大于当焊件的厚度大于5mm或大型铸件的补焊时，焊前应该进行全部或或大型铸件的补焊时，焊前应该进行全部或局部预热局部预热150450 。因为，铝及铝合金易氧化，所以，焊接电。因为，铝及铝合金易氧化，所以，焊接电源应该采用交流电源或直流反接电源，利用阴极破碎作用，使正离子源应该采用交流电源或直流反接电源，利用阴极破碎作用，使正离子撞击熔池表面的氧化膜。使焊接正常进行。但是，如果采用直流反接撞击熔池表面的氧化膜。使焊接正常进行。但是，如果采用直流反接电源，钨极电流承载能力较低，不仅焊接电弧的稳定性较差，焊接熔电源，钨极电流承载能力
41、较低，不仅焊接电弧的稳定性较差，焊接熔池浅而宽，而且焊接生产效率也较低。所以，铝及铝合金焊接时，最池浅而宽，而且焊接生产效率也较低。所以，铝及铝合金焊接时，最好采用交流电电源。焊接时，最好采用陶质喷嘴，以免在焊接过程中好采用交流电电源。焊接时，最好采用陶质喷嘴，以免在焊接过程中击伤焊件表面，钨极伸出喷嘴的长度为击伤焊件表面，钨极伸出喷嘴的长度为48 mm，喷嘴与焊件的夹角，喷嘴与焊件的夹角为为750850，焊接过程钨极始终与焊丝间距保持在，焊接过程钨极始终与焊丝间距保持在25 mm之间，如之间，如图图10-1。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接1.引弧引弧铝及铝合金
42、手工钨极氩弧焊时，采用脉冲引弧或高频震荡器引弧，不铝及铝合金手工钨极氩弧焊时，采用脉冲引弧或高频震荡器引弧，不允许在焊件上直接引弧，为了防止引弧处出现裂纹缺陷，可先在石墨允许在焊件上直接引弧，为了防止引弧处出现裂纹缺陷，可先在石墨板或铝板上引燃电弧，然后等到电弧燃烧稳定后，再将焊接电弧引入板或铝板上引燃电弧，然后等到电弧燃烧稳定后，再将焊接电弧引入焊接区。焊接区。2.焊接操作焊接操作用手工钨极氩弧焊焊接铝及铝合金时，通常采用左焊法，即焊接过程用手工钨极氩弧焊焊接铝及铝合金时，通常采用左焊法，即焊接过程中，焊接电弧自右向左移动。移动时，焊枪应该平稳而匀速向前做直中，焊接电弧自右向左移动。移动时，
43、焊枪应该平稳而匀速向前做直线运动，并且保证弧长稳定。线运动，并且保证弧长稳定。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接为了防止出现焊缝咬边缺陷和确保焊缝熔透，焊接时要保持短弧焊接为了防止出现焊缝咬边缺陷和确保焊缝熔透，焊接时要保持短弧焊接(不加焊丝时，弧长应保持不加焊丝时，弧长应保持0.52 mm，加焊丝时，弧长为，加焊丝时，弧长为46 mm )。为了避免焊丝端部氧化，焊丝在电弧下移动时，不要移出氢气保护范为了避免焊丝端部氧化，焊丝在电弧下移动时，不要移出氢气保护范围之内。焊接过程的重新引弧时，引弧处应在弧坑前面围之内。焊接过程的重新引弧时，引弧处应在弧坑前面2030 m
44、m的的焊缝上，然后再移向弧坑，使弧坑受到充分加熔化后再向前接续焊接。焊缝上，然后再移向弧坑，使弧坑受到充分加熔化后再向前接续焊接。刚开始焊接时，焊枪从距焊件部刚开始焊接时，焊枪从距焊件部1525 mm处，采用右向焊法焊接至处，采用右向焊法焊接至始焊端，然后再采用左向焊法从始焊端开始正式焊接。始焊端，然后再采用左向焊法从始焊端开始正式焊接。焊缝进行接头焊接时，电弧在断弧处向右移动焊缝进行接头焊接时，电弧在断弧处向右移动1015mm，然后再向，然后再向左移动焊枪，在接头处熔化形成熔池后，立即填加焊丝进行正常焊接。左移动焊枪，在接头处熔化形成熔池后，立即填加焊丝进行正常焊接。上一页 下一页返回10.
45、 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接3.填丝填丝填加焊丝的方法有推丝填丝法和断续点滴填丝法两种。填加焊丝的方法有推丝填丝法和断续点滴填丝法两种。推丝填丝法，焊接时焊枪不摆动，适当加大焊接电流和焊接速度，用推丝填丝法，焊接时焊枪不摆动，适当加大焊接电流和焊接速度，用短弧焊接。填丝时，焊丝沿着焊枪前进的方向紧贴着焊缝左侧，向熔短弧焊接。填丝时，焊丝沿着焊枪前进的方向紧贴着焊缝左侧，向熔池做推动式填丝，并且焊丝不脱离熔池，每次向熔池的填丝量不要过池做推动式填丝，并且焊丝不脱离熔池，每次向熔池的填丝量不要过多，此法适用于多，此法适用于T形接头及搭接接头的焊接，推丝填丝法操作如形接头及搭接接头的焊接，
46、推丝填丝法操作如图图10-2所示。所示。断续点滴填丝法，焊接过程中，焊丝在氩气保护区内，向熔池边缘以断续点滴填丝法，焊接过程中，焊丝在氩气保护区内，向熔池边缘以滴状形式往复加入，此时，焊枪视熔池熔化情况、焊缝宽度情况可做滴状形式往复加入，此时，焊枪视熔池熔化情况、焊缝宽度情况可做轻微摆动。轻微摆动。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接此法适用于对接、角接和卷边对接接头的焊接，断续点滴填丝法操作此法适用于对接、角接和卷边对接接头的焊接，断续点滴填丝法操作如如图图10-3所示。手工钨极氩弧焊铝及铝合金焊接参数见所示。手工钨极氩弧焊铝及铝合金焊接参数见表表10-9。 10.
47、1.7铝及铝合金的熔化极氩弧焊铝及铝合金的熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊(MIG焊焊)的焊接电流大，热量集中，焊缝熔池熔深大，的焊接电流大，热量集中，焊缝熔池熔深大，焊接速度相应地增加，焊接生产率比手工钨极氩弧焊提高近焊接速度相应地增加，焊接生产率比手工钨极氩弧焊提高近20倍，适倍，适用于中等厚度较规则的纵焊缝、环焊缝及平焊位置的铝及铝合金的焊用于中等厚度较规则的纵焊缝、环焊缝及平焊位置的铝及铝合金的焊接。接。上一页 下一页返回10. 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接对于中等厚度铝板焊前可以不预热，当板厚大于对于中等厚度铝板焊前可以不预热，当板厚大于25 mm或焊接环境温或焊接环境温
48、度低于度低于-10时，焊前焊件要预热至时，焊前焊件要预热至100 0C，确保焊件焊透。用熔化，确保焊件焊透。用熔化极脉冲氩弧焊可以焊接极脉冲氩弧焊可以焊接1mm的薄板。熔化极氩弧焊采用直流电源反的薄板。熔化极氩弧焊采用直流电源反接。接。纯铝、铝镁合金半自动熔化极氩弧焊的焊接参数见纯铝、铝镁合金半自动熔化极氩弧焊的焊接参数见表表10 - 10。纯铝、。纯铝、铝镁合金、硬铝自动熔化极氩弧焊的焊接参数见表铝镁合金、硬铝自动熔化极氩弧焊的焊接参数见表10 -11。上一页返回10. 2铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接 10.2.1概述概述铜是贵重有色金属，铜元素在地球中的储量较少，但铜及其合金却是铜是贵
49、重有色金属，铜元素在地球中的储量较少，但铜及其合金却是人类历史上使用最早的金属，其全世界产量仅次于钢和铝。历史学家人类历史上使用最早的金属，其全世界产量仅次于钢和铝。历史学家就以铜器具为标志来划分入类社会的发展阶段就以铜器具为标志来划分入类社会的发展阶段“铜器时代铜器时代”。目前。目前工业上使用的铜及其合金主要有工业纯铜、黄铜、青铜及白铜。工业上使用的铜及其合金主要有工业纯铜、黄铜、青铜及白铜。1.工业纯铜工业纯铜工业纯铜呈玫瑰红色，表面形成氧化铜膜后，为紫红色，故俗称紫铜。工业纯铜呈玫瑰红色，表面形成氧化铜膜后，为紫红色，故俗称紫铜。由于工业纯铜是用电解方法提炼出来的，故又称电解铜。由于工业
50、纯铜是用电解方法提炼出来的，故又称电解铜。工业纯铜密度为工业纯铜密度为8.96 x 103kg/m3，熔点为，熔点为1080。下一页返回10. 2铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接纯铜具有良好的导电、导热性，其晶体结构为面心立方晶格，因而塑纯铜具有良好的导电、导热性，其晶体结构为面心立方晶格，因而塑性好，容易进行冷热加工。纯铜的抗拉强度不高性好，容易进行冷热加工。纯铜的抗拉强度不高N/mm2，硬度较低，但塑性很好，硬度较低，但塑性很好( = 45%50% )，容易进行压力加，容易进行压力加工。纯铜经冷塑性变形后，可提高其强度，但塑性有所下降。工。纯铜经冷塑性变形后，可提高其强度，但塑性有所下降。
