汾机培训铝合金焊接结构.pptx

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1、第1页/共138页 非热处理强化铝合金非热处理强化铝合金非热处理强化铝合金非热处理强化铝合金可通过加工硬化、固溶强化提可通过加工硬化、固溶强化提可通过加工硬化、固溶强化提可通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，防锈铝，防锈铝，防锈铝，焊接性良好焊接性良好焊接性良好焊接性良好，是焊接结构中应用最广的铝合金。，是焊接结构中应用最广的铝合金。，是焊接结构中应用最广的铝合金。，是焊接结构中应用最广的铝合金。热处理强化铝

2、合金热处理强化铝合金热处理强化铝合金热处理强化铝合金是通过固溶、淬火、时效等工艺是通过固溶、淬火、时效等工艺是通过固溶、淬火、时效等工艺是通过固溶、淬火、时效等工艺提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但焊焊焊焊接性较差接性较差接性较差接性较差，熔焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头，熔焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头，熔焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头，熔焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头的力学性能下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、的

3、力学性能下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、的力学性能下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、的力学性能下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、锻铝等。锻铝等。锻铝等。锻铝等。第2页/共138页常用的铝合金焊丝 4043（Al-Si）：用于Al-Si 和Al-Mg-Si系（6061、6082等）以及铸铝和锻铝合金之间的MIG和TIG焊。5356（Al-Mg-Si）：用于Al-Mg系（Mg5%）合金的MIG和TIG焊。第3页/共138页二、铝及铝合金的特点第4页/共138页 活性强，活性强，活性强，活性强，在空气中容易形成在空气中容易形成在空气中容易形成在空气中容易形成AlAlAlAl2 2

4、 2 2O O O O3 3 3 3氧化膜氧化膜氧化膜氧化膜 AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3氧化膜密度氧化膜密度氧化膜密度氧化膜密度3.953.953.953.95g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3，比铝大比铝大比铝大比铝大(2.7 g/cm(2.7 g/cm(2.7 g/cm(2.7 g/cm3 3 3 3)AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3氧化膜吸水性强氧化膜吸水性强氧化膜吸水性强氧化膜吸水性强 导热系数大导热系数大导热系数大导热系数大 线膨胀系数大线膨胀系数大线膨胀系数大线膨胀系数大第5页/共138页固体金属的表面结构固体金

5、属的表面结构 在在在在氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜之之之之下下下下是是是是一一一一层层层层厚厚厚厚度度度度约约约约为为为为1-2m1-2m1-2m1-2m厚厚厚厚的的的的微微微微晶晶晶晶组组组组织织织织，其其其其下下下下层层层层是是是是1-10m1-10m1-10m1-10m的的的的变变变变形形形形层层层层，这这这这一一一一层层层层则则则则是是是是由由由由于于于于金金金金属属属属在在在在成形加工（如压力加工）时所形成的晶粒变形的结构。成形加工（如压力加工）时所形成的晶粒变形的结构。成形加工（如压力加工）时所形成的晶粒变形的结构。成形加工（如压力加工）时所形成的晶粒变形的结构。第6页/共138页 铝

6、铝铝铝及及及及其其其其合合合合金金金金的的的的化化化化学学学学活活活活性性性性很很很很强强强强，表表表表面面面面极极极极易易易易形形形形成成成成难难难难熔熔熔熔氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜（AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3熔熔熔熔点点点点约约约约为为为为2050205020502050，MgOMgOMgOMgO熔熔熔熔点点点点约约约约为为为为2500250025002500），加之铝及其合金导热性强，焊接时易造成加之铝及其合金导热性强，焊接时易造成加之铝及其合金导热性强，焊接时易造成加之铝及其合金导热性强，焊接时易造成不熔合不熔合不熔合不熔合现象。现象。现象。现象。由由由

7、由于于于于氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜密密密密度度度度与与与与铝铝铝铝的的的的密密密密度度度度接接接接近近近近，也也也也易易易易成成成成为为为为焊焊焊焊缝缝缝缝金金金金属属属属的的的的夹杂物夹杂物夹杂物夹杂物。氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜（特特特特别别别别是是是是有有有有MgOMgOMgOMgO存存存存在在在在的的的的不不不不很很很很致致致致密密密密的的的的氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜）可可可可吸收较多水分而成为焊缝吸收较多水分而成为焊缝吸收较多水分而成为焊缝吸收较多水分而成为焊缝气孔气孔气孔气孔的重要原因至一。的重要原因至一。的重要原因至一。的重要原因至一。三、铝及铝合金的焊接性分析铝铝铝铝及及及及其其

8、其其合合合合金金金金的的的的线线线线膨膨膨膨胀胀胀胀系系系系数数数数大大大大，焊焊焊焊接接接接时时时时容容容容易易易易产产产产生生生生翘翘翘翘曲曲曲曲变变变变形形形形。这些都是焊接生产中颇感困难的问题。这些都是焊接生产中颇感困难的问题。这些都是焊接生产中颇感困难的问题。这些都是焊接生产中颇感困难的问题。第7页/共138页 气孔气孔气孔气孔 铝是活性元素，本身能脱氧，不象钢焊接过程中铝是活性元素，本身能脱氧，不象钢焊接过程中铝是活性元素，本身能脱氧，不象钢焊接过程中铝是活性元素，本身能脱氧，不象钢焊接过程中会形成会形成会形成会形成COCOCOCO或或或或CO2CO2CO2CO2气孔，所以主要是氢

9、气孔。气孔，所以主要是氢气孔。气孔，所以主要是氢气孔。气孔，所以主要是氢气孔。1.1.1.1.气孔的分布特征气孔的分布特征气孔的分布特征气孔的分布特征 临近焊缝表层的临近焊缝表层的临近焊缝表层的临近焊缝表层的“皮下气孔皮下气孔皮下气孔皮下气孔”焊缝中部或根部的焊缝中部或根部的焊缝中部或根部的焊缝中部或根部的“密集气孔密集气孔密集气孔密集气孔”熔合区边界的熔合区边界的熔合区边界的熔合区边界的“氧化膜气孔氧化膜气孔氧化膜气孔氧化膜气孔”第8页/共138页2.2.2.2.气孔的成因气孔的成因气孔的成因气孔的成因 (1)(1)(1)(1)焊接区内存在氢的来源焊接区内存在氢的来源焊接区内存在氢的来源焊接

10、区内存在氢的来源 (2)(2)(2)(2)铝合金中氢的溶解度存在突变铝合金中氢的溶解度存在突变铝合金中氢的溶解度存在突变铝合金中氢的溶解度存在突变 (3)3)3)3)导热系数大导热系数大导热系数大导热系数大熔池结晶速度快熔池结晶速度快熔池结晶速度快熔池结晶速度快 (4)4)4)4)密度低密度低密度低密度低氢的来源氢的来源氢的来源氢的来源弧柱气氛弧柱气氛弧柱气氛弧柱气氛焊接材料吸附水分焊接材料吸附水分焊接材料吸附水分焊接材料吸附水分母材吸附水分母材吸附水分母材吸附水分母材吸附水分气泡不易上浮气泡不易上浮气泡不易上浮气泡不易上浮第9页/共138页氢在铝中的溶解度氢在铝中的溶解度氢在铝中的溶解度氢在

11、铝中的溶解度氢在铝合金的凝固点时从0.69突降到0.036ml/100g，相差约20倍，这是产生气孔的重要原因。第10页/共138页 冷却速度很大时，在凝固点以上溶解度差形成的气孔虽然不多，但来不及逸出，形成粗大孤立的皮下气孔。铝合金焊接中的“皮下气孔”（LF6，TIG）第11页/共138页铝合金的焊接 冷却速度较小，在凝固点溶解度发生突变，沿结晶的层状线形成均布形式的“结晶层气孔”。铝合金焊缝中均布形式的“结晶层气孔”（Al-Zn-Mg,TIG）第12页/共138页铝合金的焊接 3.3.3.3.焊缝气孔的影响因素焊缝气孔的影响因素焊缝气孔的影响因素焊缝气孔的影响因素 1）焊接方法的影响 MI

12、G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。所以，在同样的气氛条件下，MIG焊时焊缝气孔倾向比TIG焊时大。第13页/共138页铝合金的焊接 2）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。第14页/共138页 3）焊接工艺参数 焊接规范主要影响

13、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接线能量来增大溶池存在时间，有利于减少焊缝中的气孔。第15页/共138页4）保护气体中的水分和氧化性影响 采用高纯Ar或采用Ar+He改变（即提高）热容量，改变溶池形状，使尖“V”型变为圆底型，延长溶池停留时间，有利于气孔逸出；或者采用Ar+0.51%O2，Ar+25%CO2，增强保护气氛的氧化性，减少氢。第16页/共138页铝合金的焊接 5）表面状

14、态的影响 不同的焊材、母材，其氧化膜性质不同，对气孔的影响有差别。MgO疏松，易吸水，产生气孔倾向大；MnO致密，不易吸水，气孔倾向小。第17页/共138页 氧化膜中水分的影响氧化膜中水分的影响氧化膜中水分的影响氧化膜中水分的影响 在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分已严格限制，这时，焊丝或工件氧化膜中所吸已严格限制，这时，焊丝或工件氧化膜中所吸已严格限制，这时，焊丝或工件氧化膜中所吸已严格限制，这时，焊丝或工件氧化膜中所吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。附的水分将是生成焊缝气孔的主

15、要原因。附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。氧化氧化氧化氧化膜不致密、吸水性强的铝合金（如膜不致密、吸水性强的铝合金（如膜不致密、吸水性强的铝合金（如膜不致密、吸水性强的铝合金（如Al-MgAl-MgAl-MgAl-Mg合金）合金）合金）合金），比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。，比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。，比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。，比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。MIG MIG MIG MIG焊焊焊焊由于熔深大，坡口端部的氧化膜能迅速由于熔深大，坡口端部的氧化膜能迅速由于熔深大，坡口端部的氧化膜能迅速由于熔深大，坡口端部

16、的氧化膜能迅速熔化，有利于氧化膜中水分的排除，熔化，有利于氧化膜中水分的排除，熔化，有利于氧化膜中水分的排除，熔化，有利于氧化膜中水分的排除，氧化膜对氧化膜对氧化膜对氧化膜对焊缝气孔的影响就小得多。焊缝气孔的影响就小得多。焊缝气孔的影响就小得多。焊缝气孔的影响就小得多。第18页/共138页 TIGTIGTIGTIG焊焊焊焊时时时时，在在在在熔熔熔熔透透透透不不不不足足足足的的的的情情情情况况况况下下下下，母母母母材材材材坡坡坡坡口口口口根根根根部部部部未未未未除除除除净净净净的的的的氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜所所所所吸吸吸吸附附附附的的的的水水水水分分分分是是是是产产产产生生生生焊焊焊焊缝缝缝缝

17、气气气气孔孔孔孔的的的的主主主主要要要要原原原原因因因因。这这这这种种种种氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜不不不不仅仅仅仅提提提提供供供供了了了了氢氢氢氢的的的的来来来来源源源源，而而而而且且且且能能能能使使使使气气气气泡泡泡泡聚聚聚聚集集集集附附附附着着着着。刚刚刚刚形形形形成成成成熔熔熔熔池池池池时时时时，如如如如果果果果坡坡坡坡口口口口附附附附近近近近的的的的氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜未未未未能能能能完完完完全全全全熔熔熔熔化化化化而而而而残残残残存存存存下下下下来来来来，则则则则氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜中中中中水水水水分分分分因因因因受受受受热热热热而而而而分分分分解解解解出出出出氢氢氢氢，并并

18、并并在在在在氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜上上上上萌萌萌萌生生生生气气气气泡泡泡泡；由由由由于于于于气气气气泡泡泡泡是是是是附附附附着着着着在在在在残残残残留留留留氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜上上上上，不不不不易易易易脱脱脱脱离离离离浮浮浮浮出出出出，且且且且因因因因气气气气泡泡泡泡是是是是在在在在熔熔熔熔化化化化早早早早期形成的，有条件期形成的，有条件期形成的，有条件期形成的，有条件第19页/共138页 长长长长大大大大，所所所所以以以以常常常常造造造造成成成成集集集集中中中中的的的的大大大大气气气气孔孔孔孔。这这这这种种种种气气气气孔孔孔孔在在在在焊焊焊焊缝缝缝缝根根根根部部部部未未未未熔熔熔熔合合

19、合合时时时时就就就就更更更更严严严严重重重重。坡坡坡坡口口口口端端端端部部部部氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜引引引引起起起起的的的的气气气气孔孔孔孔，常常常常沿沿沿沿着着着着熔熔熔熔合合合合区区区区原原原原坡坡坡坡口口口口边边边边缘缘缘缘分分分分布布布布，内内内内壁壁壁壁呈呈呈呈氧氧氧氧化化化化色色色色，这这这这是是是是其其其其重重重重要要要要特特特特征征征征。由由由由于于于于Al-MgAl-MgAl-MgAl-Mg合合合合金金金金比比比比纯纯纯纯铝铝铝铝更更更更易易易易于于于于形形形形成成成成疏疏疏疏松松松松而而而而吸吸吸吸水水水水性性性性强强强强的的的的厚厚厚厚氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜，所所所所

20、以以以以Al-MgAl-MgAl-MgAl-Mg合合合合金金金金比比比比纯纯纯纯铝铝铝铝更更更更容容容容易易易易产产产产生生生生这这这这种种种种集集集集中中中中的的的的氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜气气气气孔孔孔孔。因因因因此此此此，焊焊焊焊接接接接铝铝铝铝镁镁镁镁合合合合金金金金时时时时，焊焊焊焊前前前前须须须须仔仔仔仔细细细细清清清清除除除除坡坡坡坡口口口口端端端端部部部部的氧化膜。的氧化膜。的氧化膜。的氧化膜。第20页/共138页母材氧化膜引起的气孔（LF6，TIG)第21页/共138页 6）环境因素的影响环境因素主要是指温度和湿度。0 C以下，湿度不影响气孔的产生；0 C以上，温度越高，湿度

21、越大，越易对气孔敏感。另外，表面油污也可以导致气孔。第22页/共138页4.4.4.4.气孔的防止气孔的防止气孔的防止气孔的防止(1)(1)(1)(1)减少氢的来源减少氢的来源减少氢的来源减少氢的来源 a a a a 对焊接材料干燥处理，降低气氛中的水分对焊接材料干燥处理，降低气氛中的水分对焊接材料干燥处理，降低气氛中的水分对焊接材料干燥处理，降低气氛中的水分 使使使使用用用用的的的的焊焊焊焊接接接接材材材材料料料料（包包包包括括括括保保保保护护护护气气气气体体体体、焊焊焊焊丝丝丝丝、焊焊焊焊条条条条等等等等）要要要要严严严严格格格格限限限限制制制制含含含含水水水水量量量量，使使使使用用用用前

22、前前前需需需需干干干干燥燥燥燥处处处处 理理理理。一一一一 般般般般 认认认认 为为为为，氩氩氩氩 气气气气 中中中中 的的的的 含含含含 水水水水 量量量量 小小小小 于于于于0.08%0.08%0.08%0.08%时时时时不不不不易易易易形形形形成成成成气气气气孔孔孔孔。氩氩氩氩气气气气的的的的管管管管路路路路也也也也要要要要保保保保持干燥。持干燥。持干燥。持干燥。b b b b 焊前清除焊丝及母材表面的氧化膜和污染物焊前清除焊丝及母材表面的氧化膜和污染物焊前清除焊丝及母材表面的氧化膜和污染物焊前清除焊丝及母材表面的氧化膜和污染物 第23页/共138页 焊焊焊焊前前前前处处处处理理理理十十

23、十十分分分分重重重重要要要要。焊焊焊焊丝丝丝丝及及及及母母母母材材材材表表表表面面面面的的的的氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜应应应应彻彻彻彻底底底底清清清清除除除除，采采采采用用用用化化化化学学学学方方方方法法法法或或或或机机机机械械械械方法均可，若两者并用效果更好。方法均可，若两者并用效果更好。方法均可，若两者并用效果更好。方法均可，若两者并用效果更好。例例例例如如如如对对对对铝铝铝铝合合合合金金金金母母母母材材材材化化化化学学学学清清清清洗洗洗洗后后后后，焊焊焊焊前前前前可可可可用用用用细细细细钢钢钢钢丝丝丝丝刷刷刷刷再再再再全全全全面面面面刷刷刷刷一一一一遍遍遍遍近近近近缝缝缝缝区区区区，并并

24、并并用用用用刮刮刮刮刀刀刀刀刮刮刮刮削削削削坡坡坡坡口口口口端端端端面面面面和和和和焊焊焊焊缝缝缝缝两两两两侧侧侧侧20mm20mm20mm20mm范范范范围围围围的的的的母母母母材材材材；将将将将坡坡坡坡口口口口下下下下端端端端（根根根根部部部部)刮刮刮刮去去去去一一一一个个个个倒倒倒倒角角角角，成成成成为为为为倒倒倒倒V V V V形形形形小小小小坡坡坡坡口口口口（铲铲铲铲根根根根，防防防防止止止止根根根根部部部部氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜引引引引起起起起的的的的气气气气孔孔孔孔）；装装装装配配配配时时时时要要要要防防防防止止止止再再再再度度度度弄弄弄弄脏脏脏脏。机机机机械械械械清清清清理理

25、理理后后后后表面氧化速度很快，应及时进行焊接。表面氧化速度很快，应及时进行焊接。表面氧化速度很快，应及时进行焊接。表面氧化速度很快，应及时进行焊接。第24页/共138页图图图图 清根对焊缝气孔的影响清根对焊缝气孔的影响清根对焊缝气孔的影响清根对焊缝气孔的影响（Al-4Mg-1MnAl-4Mg-1MnAl-4Mg-1MnAl-4Mg-1Mn，MIGMIGMIGMIG）1 1 1 1未清根未清根未清根未清根 2 2 2 2清根清根清根清根第25页/共138页(2)(2)控制焊接工艺控制焊接工艺 焊焊接接参参数数的的影影响响可可归归结结为为对对熔熔池池在在高高温温存存在在时时间间的的影影响响，也也就

26、就是是对对氢氢溶溶入入时时间间和和氢氢析析出出时时间间的的影影响响。熔熔池池高高温温存存在在时时间间增增长长，有有利利于于氢氢的的逸逸出出，但但也也有有利利于于氢氢的的溶溶入入；反反之之，熔熔池池高高温温存存在在时时间间减减少少，可可减减少少氢氢的的溶溶入入，但但也也不不利利于于氢氢的的逸逸出出。焊焊接接参参数数不不当当时时，如如造造成成氢氢的的溶溶入入量量多多而而又不利于逸出时，气孔倾向势必增大。又不利于逸出时，气孔倾向势必增大。第26页/共138页 对对于于TIGTIG焊焊参参数数的的选选择择，一一方方面面采采用用小小热热输输入入以以减减少少熔熔池池存存在在时时间间，从从而而减减少少气气氛

27、氛中中氢氢的的溶溶入入，因因而而须须适适当当提提高高焊焊接接速速度度；同同时时又又要要保保证证根根部部熔熔合合，以以利利根根部部氧氧化化膜膜中中的的气气泡泡浮浮出出，又又须须适适当当增增大大焊焊接接电流。电流。图 焊接工艺参数对气孔倾向的影响（5A065A06，TIGTIG）第27页/共138页 在在在在MIGMIGMIGMIG焊焊焊焊条条条条件件件件下下下下，焊焊焊焊丝丝丝丝氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜的的的的影影影影响响响响更更更更明明明明显显显显，减减减减少少少少熔熔熔熔池池池池存存存存在在在在时时时时间间间间，难难难难以以以以有有有有效效效效地地地地防防防防止止止止焊焊焊焊丝丝丝丝氧氧氧氧

28、化化化化膜膜膜膜分分分分解解解解出出出出来来来来的的的的氢氢氢氢向向向向熔熔熔熔池池池池侵侵侵侵入入入入。因因因因此此此此希希希希望望望望增增增增大大大大熔熔熔熔池池池池时时时时间间间间以以以以利利利利气气气气泡泡泡泡逸出。逸出。逸出。逸出。图图 5 MIG5 MIG5 MIG5 MIG焊接时焊缝气孔倾向与焊接工艺参数的关系焊接时焊缝气孔倾向与焊接工艺参数的关系（板（板Al-2.5%MgAl-2.5%MgAl-2.5%MgAl-2.5%Mg，焊丝，焊丝Al-3.5%MgAl-3.5%MgAl-3.5%MgAl-3.5%Mg）第28页/共138页图图5 5 5 5 板厚及接头形式对焊缝气体含量的

29、影响（板厚及接头形式对焊缝气体含量的影响（MIGMIGMIGMIG）1 1 1 1对接接头对接接头 2 2 2 2T T T T型接头型接头第29页/共138页 因因因因此此此此，在在在在MIGMIGMIGMIG焊焊焊焊条条条条件件件件下下下下，接接接接头头头头冷冷冷冷却却却却条条条条件件件件对对对对焊焊焊焊缝缝缝缝气气气气体体体体含含含含量量量量有有有有较较较较明明明明显显显显的的的的影影影影响响响响。必必必必要要要要时时时时可可可可采采采采取取取取预预预预热热热热来来来来降降降降低低低低接接接接头头头头冷冷冷冷却却却却速速速速度度度度，以以以以利利利利气气气气体体体体逸逸逸逸出出出出，这这

30、这这对减少焊缝气孔倾向有一定好处。对减少焊缝气孔倾向有一定好处。对减少焊缝气孔倾向有一定好处。对减少焊缝气孔倾向有一定好处。改改改改变变变变弧弧弧弧柱柱柱柱气气气气氛氛氛氛的的的的性性性性质质质质，对对对对焊焊焊焊缝缝缝缝气气气气孔孔孔孔倾倾倾倾向向向向也也也也有有有有一一一一些些些些影影影影响响响响。例例例例如如如如，在在在在氩氩氩氩弧弧弧弧焊焊焊焊时时时时，ArArArAr中中中中加加加加入入入入少少少少量量量量COCOCOCO2 2 2 2或或或或O O O O2 2 2 2等等等等氧氧氧氧化化化化性性性性气气气气体体体体，使使使使氢氢氢氢发发发发生生生生氧氧氧氧化化化化而而而而减减减减

31、小小小小氢氢氢氢分分分分压压压压，能能能能减减减减少少少少气气气气孔孔孔孔的的的的生生生生成成成成倾倾倾倾向向向向。但但但但是是是是COCOCOCO2 2 2 2或或或或O O O O2 2 2 2的的的的数数数数量量量量要要要要适适适适当当当当控控控控制制制制，数数数数量量量量少少少少时时时时无无无无效效效效果果果果，过多时又会使焊缝表面氧化严重而发黑。过多时又会使焊缝表面氧化严重而发黑。过多时又会使焊缝表面氧化严重而发黑。过多时又会使焊缝表面氧化严重而发黑。第30页/共138页 热裂纹热裂纹热裂纹热裂纹 铝铝铝铝及及及及其其其其合合合合金金金金焊焊焊焊接接接接时时时时，常常常常见见见见的的

32、的的热热热热裂裂裂裂纹纹纹纹主主主主要要要要是是是是焊焊焊焊缝缝缝缝凝凝凝凝固固固固裂纹和近缝区液化裂纹。裂纹和近缝区液化裂纹。裂纹和近缝区液化裂纹。裂纹和近缝区液化裂纹。铝合金是典型的二元或多元共晶合金，在焊接加热和冷却过程很迅速，合金来不及建立平衡状态，固相和液相之间的扩散来不及进行，先结晶的为高熔点组元，后结晶的为低熔点组元被排挤到焊缝中心，在焊接应力作用下发生开裂，形成焊缝中心结晶裂纹。第31页/共138页 铝合金接头中的结晶裂纹第32页/共138页 铝合金接头热影响区中的液化裂纹第33页/共138页 液化裂纹的说明 在母材的热影响区中，成分为XC的铝合金在平衡状态下，t1温度下组织为

33、+，t2时 中的组元开始向 固溶体溶解，t3时全部转化为 固溶体。第34页/共138页 液化裂纹的说明 在焊接快速加热条件下，在t2 来不及溶解，达不到平衡，到t3时仍可能为+两相状态，t4时已超过共晶温度，中的组元还未完全溶入 固溶体，则在 和 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”。第35页/共138页1.1.1.1.热裂纹的形成原因热裂纹的形成原因热裂纹的形成原因热裂纹的形成原因 1）拘束度的影响；2）液固相距离宽，生成柱状晶，柱状晶之间产生成分偏析，导致容易产生裂纹；3）材料因素的影响：a）铝合金为共晶合金，裂纹倾向与合金结晶温度区间大小有关系；第36

34、页/共138页几种铝合金热裂倾向最大时的合金组元浓度(x m)：Al-Mg：x m=2%Mg；Al-Zn：x m=1012%Zn；Al-Si：x m=0.72%Si；Al-Cu：x m=2%Cu。如果存在其他元素或杂质时，可能出现三元共晶，其熔点比二元更低，结晶温度区间更大，更容易产生热裂纹。第37页/共138页铝合金的焊接 b)线膨胀系数大，是钢的1倍，在拘束条件下焊接，容易产生较大的焊接应力，增大裂纹倾向；c)铝合金焊接过程中无相变，柱状晶粗大，容易偏析。第38页/共138页 2 2 2 2 防止焊接热裂纹的途径防止焊接热裂纹的途径防止焊接热裂纹的途径防止焊接热裂纹的途径 母材的合金系对焊

35、接热裂纹有重要的影响。母材的合金系对焊接热裂纹有重要的影响。母材的合金系对焊接热裂纹有重要的影响。母材的合金系对焊接热裂纹有重要的影响。对对对对于于于于焊焊焊焊缝缝缝缝金金金金属属属属的的的的凝凝凝凝固固固固裂裂裂裂纹纹纹纹，主主主主要要要要是是是是通通通通过过过过合合合合理理理理确确确确定定定定焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的合合合合金金金金成成成成分分分分，并并并并配配配配合合合合适适适适当当当当的的的的焊焊焊焊接接接接工工工工艺来进行控制。艺来进行控制。艺来进行控制。艺来进行控制。1 1 1 1）合金系的影响）合金系的影响）合金系的影响）合金系的影响 在在在在铝铝铝铝中中中中加加加加入入入入Cu

36、CuCuCu、MnMnMnMn、SiSiSiSi、MgMgMgMg、ZnZnZnZn等等等等合合合合金金金金元元元元素素素素可可可可获获获获得得得得不不不不同同同同性性性性能能能能的的的的合合合合金金金金，各各各各种种种种合合合合金金金金元元元元素素素素对对对对铝合金焊接裂纹的影响如图所示。铝合金焊接裂纹的影响如图所示。铝合金焊接裂纹的影响如图所示。铝合金焊接裂纹的影响如图所示。第39页/共138页图图5 Al-Mg5 Al-Mg5 Al-Mg5 Al-Mg合金焊缝凝固裂纹与含合金焊缝凝固裂纹与含MgMgMgMg量量的关系（的关系（T T T T形角接接头）形角接接头）1 1 1 1连续焊道连

37、续焊道 2 2 2 2断续焊道断续焊道第40页/共138页 调调调调整整整整焊焊焊焊缝缝缝缝合合合合金金金金系系系系的的的的着着着着眼眼眼眼点点点点，从从从从抗抗抗抗裂裂裂裂角角角角度度度度考考考考虑虑虑虑，在在在在于于于于控控控控制制制制适适适适量量量量的的的的易易易易熔熔熔熔共共共共晶晶晶晶并并并并缩缩缩缩小小小小结结结结晶晶晶晶温温温温度度度度区区区区间间间间。由由由由于于于于铝铝铝铝合合合合金金金金为为为为共共共共晶晶晶晶型型型型合合合合金金金金，少少少少量量量量易易易易熔熔熔熔共共共共晶晶晶晶会会会会增增增增大大大大凝凝凝凝固固固固裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向，所所所所以以以以，

38、一一一一般般般般都都都都是是是是使使使使主主主主要要要要合合合合金金金金元元元元素素素素含含含含量量量量超超超超过过过过x x x xm m m m，以以以以便便便便能能能能产产产产生生生生“愈合愈合愈合愈合”作用作用作用作用。000020242219(a)Al-Cu焊丝40434343(b)Al-Si545450525083焊丝5356、5183(c)Al-Mg60636061(d)Al-Mg2Si焊缝合金元素 /%裂纹敏感性 /%图 铝合金的裂纹敏感性第41页/共138页 对对对对于于于于裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向大大大大的的的的硬硬硬硬铝铝铝铝之之之之类类类类高高高高强强强强铝铝铝

39、铝合合合合金金金金，在在在在原原原原合合合合金金金金系系系系中中中中进进进进行行行行成成成成分分分分调调调调整整整整以以以以改改改改善善善善抗抗抗抗裂裂裂裂性性性性，往往往往往往往往成成成成效效效效不不不不大大大大。生生生生产产产产中中中中不不不不得得得得不不不不采采采采用用用用含含含含w w w wSi=5%Si=5%Si=5%Si=5%的的的的Al-SiAl-SiAl-SiAl-Si合合合合金金金金焊焊焊焊丝丝丝丝（4A014A014A014A01）来来来来解解解解决决决决抗抗抗抗裂裂裂裂问问问问题题题题。因因因因为为为为可可可可以以以以形形形形成成成成较较较较多多多多的的的的易易易易熔熔

40、熔熔共共共共晶晶晶晶，流流流流动动动动性性性性好好好好，具具具具有有有有很很很很好好好好的的的的“愈愈愈愈合合合合”作作作作用用用用，有有有有很很很很高高高高的的的的抗抗抗抗裂裂裂裂性性性性能能能能，但但但但强强强强度度度度和和和和塑塑塑塑性性性性不不不不理理理理想想想想，不不不不能能能能达达达达到母材的水平。到母材的水平。到母材的水平。到母材的水平。第42页/共138页 Al-CuAl-CuAl-CuAl-Cu系系系系硬硬硬硬铝铝铝铝合合合合金金金金2A162A162A162A16是是是是为为为为了了了了改改改改善善善善焊焊焊焊接接接接性性性性而而而而设设设设计计计计的的的的硬硬硬硬铝铝铝铝

41、合合合合金金金金。MgMgMgMg可可可可降降降降低低低低Al-CuAl-CuAl-CuAl-Cu合合合合金金金金中中中中CuCuCuCu的的的的溶溶溶溶解解解解度度度度，促促促促使使使使增增增增大大大大脆脆脆脆性性性性温温温温度度度度区区区区间间间间。为为为为此此此此，应应应应取取取取消消消消Al-Cu-MgAl-Cu-MgAl-Cu-MgAl-Cu-Mg（硬硬硬硬铝铝铝铝）中中中中的的的的MgMgMgMg，添添添添加加加加少少少少量量量量MnMnMnMn（w w w wMn1%Mn1%Mn1%Mn1%），得到，得到，得到，得到Al-Cu-MnAl-Cu-MnAl-Cu-MnAl-Cu-Mn

42、合金（合金（合金（合金（2A162A162A162A16）。）。）。）。第43页/共138页 如如如如图图图图5-95-95-95-9所所所所示示示示，w w w wCu=Cu=Cu=Cu=6 6 6 6%7%7%7%7%时时时时，正正正正好好好好处处处处在在在在裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向不不不不大大大大的的的的区区区区域域域域。由由由由于于于于MnMnMnMn能能能能提提提提高高高高再再再再结结结结晶晶晶晶温温温温度度度度而而而而改改改改善善善善热热热热强强强强性性性性，所所所所以以以以Al-Al-Al-Al-Cu-MnCu-MnCu-MnCu-Mn合合合合金金金金也也也也可可可可作作

43、作作为为为为耐耐耐耐热热热热铝铝铝铝合合合合金金金金应应应应用用用用。为为为为了了了了细细细细化化化化晶晶晶晶粒粒粒粒，加加加加入入入入w w w wTi=0.1%0.2%Ti=0.1%0.2%Ti=0.1%0.2%Ti=0.1%0.2%是是是是有有有有效效效效的的的的。w w w wFeFeFeFe0.3%0.3%0.3%0.3%时时时时，降降降降低低低低强强强强度度度度和和和和塑塑塑塑性性性性；w w w wSiSiSiSi0.2%0.2%0.2%0.2%时时时时，增增增增大大大大裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向。特特特特别别别别是是是是SiSiSiSi、MgMgMgMg同同同同时时时时存

44、存存存在在在在时时时时，裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向更更更更为为为为严严严严重重重重，因因因因CuCuCuCu与与与与MgMgMgMg不不不不能能能能共共共共存存存存，MgMgMgMg含含含含量量量量越越越越少少少少越越越越好好好好，一般限制一般限制一般限制一般限制w w w wMgMgMgMg0.05%0.05%0.05%0.05%。图5-9 5-9 焊丝成分对不同母材焊缝热裂倾向的影响1 13A21 23A21 2Al-2.5%Mg 3Al-2.5%Mg 3Al-3.5%Mg 4Al-3.5%Mg 4Al-5.2%MgAl-5.2%Mg第44页/共138页 大大大大部部部部分分分分高高

45、高高强强强强铝铝铝铝合合合合金金金金焊焊焊焊丝丝丝丝中中中中几几几几乎乎乎乎都都都都有有有有TiTiTiTi、ZrZrZrZr、V V V V、B B B B等等等等微微微微量量量量元元元元素素素素，一一一一般般般般是是是是作作作作为为为为变变变变质质质质剂剂剂剂加加加加入入入入的的的的。不不不不仅仅仅仅可可可可以以以以细细细细化化化化晶晶晶晶粒粒粒粒而而而而且且且且可可可可以以以以改改改改善善善善塑塑塑塑性性性性、韧性，并可显著提高抗裂性能。韧性，并可显著提高抗裂性能。韧性，并可显著提高抗裂性能。韧性，并可显著提高抗裂性能。第45页/共138页 2 2 2 2）焊丝成分的影响）焊丝成分的影响

46、）焊丝成分的影响）焊丝成分的影响 不不不不同同同同的的的的母母母母材材材材配配配配合合合合不不不不同同同同的的的的焊焊焊焊丝丝丝丝，在在在在刚刚刚刚性性性性T T T T形形形形接接接接头头头头试试试试样样样样上上上上进进进进行行行行TIGTIGTIGTIG焊焊焊焊，具具具具有有有有不不不不同同同同的的的的裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向，如如如如图图图图5-105-105-105-10所所所所示示示示。采采采采用用用用成成成成分分分分与与与与母母母母材材材材相相相相同同同同的的的的焊焊焊焊丝丝丝丝时时时时，具具具具有有有有较较较较大大大大的的的的裂裂裂裂纹纹纹纹倾倾倾倾向向向向，不不不不如如

47、如如改改改改用用用用其其其其他他他他合合合合金金金金组组组组成成成成的的的的焊焊焊焊丝丝丝丝。采采采采用用用用Al-5%SiAl-5%SiAl-5%SiAl-5%Si焊焊焊焊丝丝丝丝（国国国国外外外外牌牌牌牌号号号号4043404340434043）和和和和Al-5%MgAl-5%MgAl-5%MgAl-5%Mg焊焊焊焊丝丝丝丝（5A055A055A055A05或或或或5556555655565556）的的的的抗抗抗抗裂裂裂裂效效效效果果果果是是是是令人满意的。令人满意的。令人满意的。令人满意的。Al-Zn-MgAl-Zn-MgAl-Zn-MgAl-Zn-Mg合合合合 金金金金 专专专专 用用

48、用用 焊焊焊焊 丝丝丝丝 X5180X5180X5180X5180（Al-Al-Al-Al-4%Mg-2%Zn-0.15%Zr4%Mg-2%Zn-0.15%Zr4%Mg-2%Zn-0.15%Zr4%Mg-2%Zn-0.15%Zr）也也也也具具具具有有有有相相相相当当当当高高高高的的的的抗抗抗抗裂裂裂裂性性性性能。能。能。能。第46页/共138页图图 5-10 Al-Cu-Mg5-10 Al-Cu-Mg5-10 Al-Cu-Mg5-10 Al-Cu-Mg及及Al-Cu-MnAl-Cu-MnAl-Cu-MnAl-Cu-Mn系合金的凝固裂纹倾向与合金系合金的凝固裂纹倾向与合金组成的关系（铸环抗裂试验

49、）组成的关系（铸环抗裂试验）a a a a）Al-Cu-MgAl-Cu-MgAl-Cu-MgAl-Cu-Mg合金合金 b b b b）Al-Cu-MnAl-Cu-MnAl-Cu-MnAl-Cu-Mn合金合金第47页/共138页 3 3 3 3）焊接参数的影响）焊接参数的影响）焊接参数的影响）焊接参数的影响 焊焊焊焊接接接接参参参参数数数数影影影影响响响响凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程的的的的不不不不平平平平衡衡衡衡性性性性和和和和凝凝凝凝固固固固的的的的组组组组织织织织状状状状态态态态，也也也也影影影影响响响响凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程中中中中的的的的应应应应力力力力变变变变化化化化，

50、因而影响裂纹的产生。因而影响裂纹的产生。因而影响裂纹的产生。因而影响裂纹的产生。热热热热能能能能集集集集中中中中的的的的焊焊焊焊接接接接方方方方法法法法，可可可可防防防防止止止止形形形形成成成成方方方方向向向向性性性性强强强强的的的的粗粗粗粗大大大大柱柱柱柱状状状状晶晶晶晶，因因因因而而而而可可可可以以以以改改改改善善善善抗抗抗抗裂裂裂裂性性性性。采采采采用用用用小小小小焊焊焊焊接接接接电电电电流流流流，可可可可减减减减少少少少熔熔熔熔池池池池过过过过热热热热，也也也也有有有有利利利利于于于于改改改改善善善善抗抗抗抗裂裂裂裂性性性性。焊焊焊焊接接接接速速速速度度度度的的的的提提提提高高高高，促