1、第十四章 有色金属及 其合金的焊接14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺（1）工业纯铝 工业纯铝含铝99以上，其熔点为660。表面易氧化生成氧化膜Al2O3，其熔点高达2050，给焊接带来困难。纯铝导热性约为低碳钢的5倍，热膨胀系数约为低碳钢的2倍。14.1.1.1 铝及铝合金的特点14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺（2）非热处理强化铝合金 所谓热处理强化是指经固溶处理的铝合金，利用热处理方法使之产生时效强化的效果，从而使合金强度提高。铝合金能否用热处理的方法使之强化，取决于其主要合金成分。14.1.1.1
2、 铝及铝合金的特点14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺（3）热处理强化铝合金 14.1.1.1 铝及铝合金的特点硬铝 1锻铝 2超硬铝 3高强铝 414.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.2 铝及铝合金的焊接性 其特点是强度中等，塑性良好，容易通过压力加工制成各种半成品，并具有满意的焊接性，良好的耐振性和耐腐蚀性。具体铝及铝合金的焊接性见表14-1。具体请参见P183-P18414.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 铝
3、和铝合金的焊接方法很多，常用的熔焊方法有气焊、焊条电弧焊、手工氩弧焊(TIG)、熔化极氩弧焊(MIG)、等离子弧焊、激光焊、真空电子束焊等。具体参见P184-P185（1）焊接方法的选择14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 焊丝的选择 焊丝选择的合理与否决定着焊接接头的力学性能、耐蚀性和抗裂性等。铝及铝合金同质焊丝的选用见表14-3。异种铝及铝合金焊接用焊丝见表14-4。同母材一样，国外通用的铝焊丝种类也基本相同，具体特点见表14-5。具体参见P185-P186。（2）焊接材料的选择14.1 铝及铝合金的焊接第1
4、4章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 保护气体的选择 焊接铝及铝合金的惰性气体有氩气(Ar)和氦气(He)。（2）焊接材料的选择14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 气焊溶剂的选择 气焊熔剂简称为气剂。铝及铝合金的焊接质量和工艺性还取决于气焊熔剂的成分和质量。（2）焊接材料的选择14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 化学清理 化学清洗效率高，质量稳定，适用于尺寸不大，批量生产的工件
5、。化学清洗法的清洗液的配方与工序流程见表14-6。（3）焊前准备14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 机械清理 在工件尺寸较大、生产周期较长或清洗后又沾污时，常用机械清理。先用有机溶剂(丙酮或汽油)擦洗表面除油，然后用015mm铜丝轮或不锈钢丝轮或刷子磨刷表面，直到露出金属光泽为止。（3）焊前准备14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺(1)气焊接头及坡口形式（4）铝及铝合金的气焊14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊
6、接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺(2)装配间隙及定位焊(3)焊嘴和火焰的选择(4)焊前预热(5)气焊操作技术（4）铝及铝合金的气焊14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 氩弧焊焊接铝和铝合金的特点如下。采用惰性气体在焊接区形成气罩，防护熔池、焊丝、钨极不与空气中的氧、氮、水蒸气等反应；焊接过程不需采用熔剂，利用电弧自身具有的特性“阴极破碎作用”清除焊接区的氧化膜；电源较焊条电弧焊、气焊集中，热影响区窄，焊接变形小；接头形式不受限制；电弧燃烧稳定，接头成形美观，焊接质量优良；焊后不需要进
7、行专门的清洗。（5）铝及铝合金的氩弧焊14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺钨极氩弧焊(TIG焊)工艺如下。（5）铝及铝合金的氩弧焊氩气纯度 1钨极 2坡口及接头形式 3手工TIG焊的操作技术5电动钨极氩弧焊 6钨极脉冲氩弧焊 7焊接参数的选择 414.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺(1)熔化极自动氩弧焊 MIG自动焊的焊接参数有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、送丝速度、焊接速度、氩气流量、焊炬倾斜角、焊丝干伸长度、喷嘴孔径、喷嘴与焊件
8、间距离等。（6）熔化级氩弧焊14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺(2)熔化极半自动氩弧焊 纯铝半自动MIG焊的坡口尺寸和焊接参数见表14-10。（6）熔化级氩弧焊14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺接上表。（6）熔化级氩弧焊14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.1 焊接工艺14.1.1.3 铝及铝合金的焊接工艺(3)熔化极脉冲氩弧焊 熔化极脉冲氩弧焊的原理与钨极脉冲氩弧焊相似。但脉冲TIG焊的电源是交流
9、脉冲，而脉冲MIG焊则是直流脉冲电源。（6）熔化级氩弧焊14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。87m3浓硝酸贮槽结构如图14-6所示。（1）产品结构14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。(1)装配方案（2）工艺方案焊成筒节 1组装 2总装3开孔焊接管和支架 414.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。(2)焊接方案（2）工艺方案筒节纵缝、环缝均采用自动MIG焊 1接管、支架与槽体的焊缝
10、采用半自动MIG焊 2 自动MIG焊机用MZ1000埋弧焊机改装 3焊炬采用水冷结构 414.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。(1)坡口 纵缝、环缝均加工成双Y形坡口，尺寸如图14-7所示。（3）焊接工艺14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。(2)清洗坡口 焊前在坡口两侧各100mm范围内用氧乙炔焰加热至100以上，然后用10 NaOH水溶液擦拭，清除坡口及附近表面上的氧化膜A12O3，再用30HNO3水溶液进行光化处理。（3）焊接工艺14.1 铝及铝
11、合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。(3)焊接参数如表14-11所列。（3）焊接工艺14.1 铝及铝合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.1.2 焊接实例87m3纯铝浓硝酸贮槽的焊接。(4)防裂措施 防止热裂纹，纵缝约在焊缝长度的25处起焊，焊至终端后再反向焊至另一端，接头处铲去一部分再焊。第二层的接头与第一层错开。(5)环缝的焊接 环缝先焊内侧焊缝，清根后焊外侧焊缝。(6)探伤要求 每个筒节的纵缝必须探伤合格后再卷圆。两半槽体环缝全部合格后进行总装。（3）焊接工艺14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14
12、.2.1 焊接工艺14.2.1.1 铜及铜合金的特点（紫铜）具有极好的导电性、导热性、良好的常温和低温塑性，具有对大气、海水和某些化学药品的耐腐蚀性（黄铜）具有比紫铜高得多的强度、硬度和耐腐蚀能力，有一定的塑性，能承受冷热加工（青铜）具有较窄的结晶区间，大大改善了焊接性。因此青铜被广泛用做耐腐蚀性的机械结构材料、铸件材料及堆焊材料。（白铜）具有较好的综合力学性能，比较容易焊接，不需要预热。但这些合金对于磷、硫杂质很敏感，易形成热裂纹 14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.2 铜及铜合金的焊接性铜及铜合金的焊接缺陷及防止措施见表14-12
13、14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺选择铜及铜合金的焊接方法很多，铜和铜合金导热性好，一般需要大功率、高能量的焊接方法各种焊接方法的比较见表14-13。（1）焊接方法的选择14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺(1)填充焊丝常用铜及铜合金焊丝的牌号、化学成分见表14-14。（2）焊接材料的选择14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺(2)气焊熔剂气焊、碳弧焊
14、通用的熔剂主要由硼酸盐、卤化物或它们的混合物组成。（2）焊接材料的选择14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺(3)焊条焊条电弧焊用铜焊条分为纯铜、青铜两类，目前应用较多的是青铜焊条。铜及铜合金焊条及主要用途见表14-15。（2）焊接材料的选择14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺 焊前准备主要是指焊前对焊件及焊接材料的清理和坡口形式设计、坡口加工。在焊前必须清理焊丝面和铜板坡口两侧30mm以内的油脂、水分、氧化物及其他夹杂物。（3）焊前
15、准备14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺（4）铜及铜合金的气焊焊接材料的选择 1焊接参数的选择 2操作技术3预热及焊后热处理 414.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺（5）铜及铜合金的手工钨极氩弧焊填充焊丝的选择 1保护气体的选择 2预热温度的选择3焊接参数的选择 414.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺（6）铜及铜合金的埋弧焊焊剂的选择 1焊接参数 21
16、4.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.1 焊接工艺14.2.1.3 铜及铜合金的焊接工艺（7）铜及铜合金的熔化气体保护焊 熔化极气体保护焊用焊丝基本上与钨极氩弧焊焊丝成分相同，焊前的预热温度与钨极氩弧焊相近。因熔化极气体保护焊电弧功率较大，特别是采用氦气作保护气体时，可适当降低预热温度。熔化极气体保护焊适用的坡口形式及尺寸与钨极氩弧焊相似。14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接（1）紫铜蒸出塔的技术要求 蒸出塔全部采用磷脱氧铜或T2紫铜制造，主体采用厚度8mm磷脱氧铜(TUP)，支腿为厚度20mm的T2紫铜板
17、，其他部位采用厚度分别为5mm、6mm、8mm、10mm、12mm紫铜板或紫铜管。蒸出塔的直径为1000mm，高8920mm，重约5t。要求焊缝强度不低于母材强度的85，焊后无裂纹、气孔、未焊透等缺陷，焊后经015MPa水压试验不许有渗漏现象。14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接（2）焊接工艺的选择(1)焊接方法、设备、焊接材料的选择铜板拼接、筒体纵缝和环缝采用不预热单面焊双面成形埋弧自动焊，焊机是均匀调节式NZA-1000埋弧自动焊机，用T1、T2直径4mm紫铜焊丝和431焊剂。其他焊缝采用焊条电弧焊，焊机是Axl-500直流焊机，
18、用铜107焊条(焊芯为T2紫铜制造)。14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接（2）焊接工艺的选择(2)焊前准备坡口准备 1引弧板和引出板 2工伴的清理和定位焊 3焊条电弧焊之前工件预热 4焊条焊剂的烘干及焊丝的清理 5反面衬垫 614.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接（2）焊接工艺的选择(3)焊接规范的选择埋弧自动焊焊接参数见表14-17，焊丝直径4mm，不预热单面焊双面成形。14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接（3）产
19、品焊接(1)埋弧自动焊平板拼接1筒体纵缝的焊接 2筒体环缝的焊接 314.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接（3）产品焊接(2)焊条电弧焊 人孔、管头等部位的焊接。采用自制三头氧乙炔焰大烤把，这种烤把不仅缩短了预热时间，而且加热点距离操作者远，改善了劳动条件。支腿的焊接。蒸出塔外部焊有六个支腿，支腿是由20mm紫铜板制作而成的，由于铜板厚度较大，采用烘炉和氧乙炔焰相结合的方法预热。14.2 铜及铜合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.2.2 焊接实例紫铜蒸出塔的焊接（3）试验结构 试验证明：埋弧自动焊具有生产效率高、正反面成形好
20、、质量稳定等优点，见表14-18 14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.1 钛合金的特点（1）型钛合金 型钛合金具有高温强度高、韧度好、抗氧化能力强、焊接性能优良、组织稳定等 特点，不能热处理强化，但能冷作硬化。14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.1 钛合金的特点（2）型钛合金 型钛合金的室温和高温性能都不理想，焊接性能较差，容易形成裂纹，焊接结构中用得较少。14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.1 钛合金的特点（3）+型钛合
21、金 +型钛合金的基体是相，这类合金中都有稳定元素Al，添加中性元素Sn、Zr和稳定元素Mo、V、Mn、Cr、Si等可进一步强化合金。化元素总量不超过6。该类合金焊后接头塑性低，有冷裂纹倾向。14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.2 钛合金的焊接性 钛及钛合金焊接时，容易出现一些焊接缺陷。如易被氧、氮、氢、碳等元素沾污引起脆化；易产生焊接气孔；易产生粗晶倾向、裂纹倾向等。因此钛和钛合金焊接时，焊前应严格防止有害气体氢、氮、氧以及油脂等污物的带入，焊接过程中要防护300以上区域内不让有害气体侵入，根据合金类型控制冷却速度等。14.3 钛及钛合
22、金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.3 钛合金的焊接工艺焊前准备 1焊接材料的选择 2焊接坡口形式的选择 3定位焊及装配 4焊接区的气体保护措施 5焊接参数的选择 614.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.4 钛及钛合金的等离子弧焊（1）焊接方法采用穿透型焊接法和熔透型焊接法进行焊接。（2）气弧焊托罩的使用可使用氩弧焊拖罩，但随着厚度增加和焊速提高，拖罩要加长。（3）厚板的焊接5mm以上的钛材焊接时，开68mm钝边的V形或U形坡口，用穿透型焊接法封底，然后用“熔透型”等离子弧填满坡口。14.3 钛及钛
23、合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.4 钛及钛合金的等离子弧焊（4）焊接参数等离子弧焊的典型焊接参数见表14-21，TC4钛合金TIG焊和等离子弧焊接接头力学性能见表14-22 14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.4 钛及钛合金的等离子弧焊（4）焊接参数TC4钛合金TIG焊和等离子弧焊接接头力学性能见表14-22 14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.1 焊接工艺14.3.1.4 钛及钛合金的等离子弧焊（5）纯钛的焊接 由于纯钛在液态下的表面张力大，因此宜采用锁孔效
24、应等离子弧焊技术，常用以焊接10mm以内的纯钛板。纯钛等离子弧焊时的气体保护方式与钨极氩弧焊法相同。14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.2 焊接实例35m3钛加热器的焊接实例（1）原始数据选用TA2工业纯钛制造，其高度为1000mm，内径1200mm，管板直径为1340mm，外套板厚4mm，管板厚度22mm。加热器内部安装有384根33mm2mm的列管。该加热器采用手工钨极氩弧焊工艺施工。14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.2 焊接实例35m3钛加热器的焊接实例（2）管板的制造管板由4块小板拼焊成两个半圆形板，然后再将这两个半圆形
25、板焊接成圆形的管板。焊接管板时的焊接参数见表14-23 14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.2 焊接实例35m3钛加热器的焊接实例（3）外套板的拼接 采用I形坡口的双面对接焊拼接外套板，焊接参数见表14-23 14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.2 焊接实例35m3钛加热器的焊接实例（4）加热器的焊接 加热器外套及列管与管焊接时，采用加热器内部充氩的气体保护方法。充氩量可用充氩压力和流量大小来衡量。此外，还可以用明火靠近焊接区的办法进行补充检查，当火焰立即熄灭，同时又听不到喷射气流的“咝咝”响声时，可以认为气体保护效果良好。14.3 钛及钛合金的焊接第14章 有色金属及其合金的焊接14.3.2 焊接实例35m3钛加热器的焊接实例（5）焊后热处理 加热器焊后进行整体退火处理，加热温度为550，保温25h。加热器出炉后表面呈暗蓝色，说明退火热处理时发生了轻微氧化。经砂轮打磨后，暗蓝色的氧化膜即可去除，不会影响使用性能，还可略微提高接头的耐腐蚀性。
