第十二章 有色金属（非铁金属）焊接.pptx

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1、焊接工艺制定与评定7.有色金属的焊接Contents 目录7.1铝及铝合金的焊接 7.2铜及铜合金的焊接7.3钛及钛合金的焊接7.1.1铝及铝合金的分类、成分及性能7.1.2 铝及铝合金的焊接性7.1.3 铝及铝合金的焊接工艺7.2.1 焊接接头白口及淬硬组织 7.2.2 焊接裂纹7.3.3 球墨铸铁的焊接性特点7.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点 7.3.2 球墨铸铁的焊接工艺特点7.3.3 其他铸铁的焊接特点3 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接7.1 铝及铝合金的焊接7.1.1 铝及铝合金的分类、成分及性能根据合金化系列工业纯铝、铝铜合金、铝锰合金

2、、铝硅合金、铝镁合金、铝镁硅合金、铝锌镁铜合金等按强化方式非热处理强化铝合金和热处理强化铝合金按铝制产品形式不同变形铝合金和铸造铝合金01铝及铝合金的分类铝及铝合金特点应用密度小、比强度高，良好耐蚀性、导电性、导热性、低温力学性能航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防4 图7-1 铝合金分类示意图1变形铝合金 2铸造铝合金3非热处理强化铝合金 4热处理强化铝合金 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接5 表7-1 铝合金分类分类合金名称合金系性能特点牌号示例变形铝合金非热处理强化铝合金防锈铝Al-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接性能好、但强度较低3A21Al-

3、Mg5A05热处理强化铝合金硬铝Al-Cu-Mg力学性能高2A11超硬铝Al-Cu-Mg-Zn强度最高7A04锻铝Al-Mg-Si-Cu锻造性能好、耐热性能好6A02Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70铸造铝合金铝硅合金Al-Si铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低ZL102特殊铝硅合金Al-Si-Mg铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高ZL101Al-Si-CuZL107铝铜铸造合金Al-Cu耐热性好，铸造性能与抗蚀性差ZL201铝镁铸造合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好ZL3017.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接6 经热处理：可显著提高抗拉强度

4、焊接性较差：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包括：硬铝、超硬铝、锻铝等铝及铝合金的牌号、成分及性能详见书本表12-17.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接非热处理强化铝合金热处理强化铝合金可通过加工硬化、固溶强化提高力学性能通过固溶、淬火、时效等工艺提高力学性能强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝焊接性良好,是焊接结构中应用最广的铝合金7 7.1.2 铝及铝合金的焊接性7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接化学活性很强表面极易形成难熔氧化膜Al2O3熔点2050，MgO熔点2500导热性强4）焊接时容易产生

5、翘曲变形1）焊接时易造成不熔合现象 氧化膜密度与铝的密度接近2）易成为焊缝金属的夹杂物氧化膜(特别MgO存在不很致密氧化膜)可吸收较多水分3）焊缝气孔线膨胀系数大8 焊接方法焊接性及适用范围说 明工业纯铝铝锰合金铝镁合金铝铜合金适用厚度/mm1070110030033004508350565052545420142024推荐可用TIG焊(手工、自动)好好好好很差110 0.925 填丝或不填丝，厚板需预热。交流电源MIG焊(手工、自动)好好好好差84焊丝为电极，厚板需预热和保温。直流反接脉冲MIG焊(手工、自动)好好好好差21.68适用于薄板焊接气焊好好很差差很差0.5100.325适用于薄板

6、焊接焊条电弧焊尚好尚好很差差很差38直流反接，需预热，操作 性差电阻焊(点焊、缝焊)尚好尚好好好尚好0.730.14需要电流大等离子弧焊好好好好差110焊缝晶粒小，抗气孔性能好电子束焊好好好好尚好3753焊接质量好，适用于厚件表7-5 部分铝及铝合金的相对焊接性 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接9 1、焊缝中的气孔焊缝气孔：熔焊时最常见缺陷，特别纯铝、防锈铝氢的来源：弧柱气氛中的水分焊材及母材所吸附的水分7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接（1）铝及其合金熔焊时形成气孔原因氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因正常焊接

7、条件生成焊缝气孔主要原因气氛中的水分已严格限制焊丝或工件氧化膜中所吸附水分10 同时：MIG焊的熔深一般大于TIG焊的熔深 不利于气泡的浮出因而，在同样的气氛条件下，MIG焊时焊缝气孔倾向比TIG焊时大7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接不同焊接方法对弧柱气氛中水分的敏感性TIG焊MIG焊熔池金属表面与气体氢反应，因比表面积小和熔池温度低于弧柱温度，吸收氢的条件不如MIG焊时容易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11 2、焊接热裂纹热裂纹：焊缝凝固裂纹、近缝区液化裂纹l易熔共晶的存在，是焊缝产生凝固裂纹的重

8、要原因之一l铝合金线膨胀系数大，在拘束条件下焊接时易产生较大焊接应力，是促使其具有较大裂纹倾向原因之一7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接（1）铝合金焊接热裂纹的特点焊接加热和冷却过程都很快，使合金来不及建立平衡状态，固相与液相之间的扩散来不及进行，先凝固的固相中合金元素含量少，而液相中却含较多合金元素，以致可在较少的平均浓度下就出现共晶 原因12 焊缝金属的凝固裂纹：合理确定焊缝的合金成分，并配合适当焊接工艺来进行控制近缝区液化裂纹：与晶间易熔共晶有联系，是在不平衡焊接加热条件下因偏析而形成的7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合

9、金的焊接（2）防止焊接热裂纹的途径13 3、焊接接头的“等强性”表7-8 铝合金母材及焊接接头（MIG焊）的力学性能比较 合 金母 材（最小值）接头（焊缝余高削除）状 态b/MPas/MPa(%)焊 丝焊后热处理b/MPas/MPa(%)Al-Mg(5052)退 火173662053562009618冷 作2341786535619382.318Al-Cu-Mg(2024)退 火22010916404320710915535620710915固溶+自然时效4272751540432802013.153562951943.9同母材2892754同母材自然时效1个月3714AL-Cu(2219)固

10、溶+人工时效4633831023192852083Al-Zn-Mg-Cu(7075)固溶+人工时效53648274043人工时效3092003.7Al-Zn-Mg(X7005)固溶+自然时效35222518X5180自然时效1个月3162147.3固溶+人工时效35230415X5180自然时效1个月3122146.2Al-Zn-Mg(7039)4614021153563241968Al-Cu-Li(weldalite049)固溶+人工时效65023193432373.97.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接14 1）强度2）塑性：所有时效强化的铝合金，焊后不

11、论是否经过时效处理，其接头塑性均未能达到母材水平 铝合金焊接时的不等强性表明焊接接头发生了某种程度的软化或性能上的削弱7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接接头强度系数3的5000系的焊丝避免在使用温度65以上的结构中采用19 牌 号化 学 成 分(质量分数)(%)SiFeCuMnMgCrZnV、ZrTi其他Al每种合计10700.200.250.040.030.030.040.030.0399.701100HS301Si+Fe1.00.050.20.050.100.050.1599.001200Si+Fe1.00.050.050.100.050.050.15

12、99.0023190.200.305.86.80.20.40.020.10V0.050.15Zr0.100.250.100.200.050.15余量4043HS3114.56.00.80.300.050.050.100.200.050.15余量4047HL40011.013.00.80.300.150.100.200.050.15余量4145HL4029.310.70.83.34.70.150.150.150.200.050.15余量55540.250.400.100.501.02.43.00.050.200.250.050.200.050.15余量5654Si+Fe0.450.050.013

13、.13.90.150.350.200.050.150.050.15余量53560.250.400.100.050.24.55.50.050.200.100.060.200.050.15余量5556HS3310.250.400.100.501.04.75.50.050.200.250.050.200.050.15余量51830.400.400.100.501.04.35.20.050.250.250.150.050.15余量表7.9 铝及铝合金焊丝的化学成分 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接20 Ar技术要求：Ar99.9%，wO0.005%，wH0.00

14、5%，w水分0.02mg/L，wN0.015%wO、wN 恶化阴极雾化作用wO：0.3%使钨极烧损加剧0.1%使焊缝表面无光泽或发黑TIG焊：交流加高频焊接选用纯Ar，适用大厚板；直流正极性焊接选用Ar+He或纯HeMIG焊：板厚25mm时，采用纯Ar；板厚=2550mm时，10%35%He的Ar+He混合气体；板厚=5075mm时，35%50%He的Ar+He混合气体；板厚75mm时，添加50%75%He的Ar+He混合气体7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接焊接气体：Ar、He21 溶液浓度温度/容器材料工序目的硝酸50%水 50%硝酸1824不锈钢浸1

15、5min，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥去除薄的氧化膜，供熔焊用氢氧化钠+硝酸5%氢氧化钠 95%水70低碳钢浸1060s，在冷水中漂洗去除厚氧化膜，适用于所有焊接方法和钎焊方法浓硝酸1824不锈钢浸30s，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥硫酸铬酸硫酸 CrO3 水7080衬铝的钢罐浸23min，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥 去除因热处理形成的氧化膜磷酸铬酸磷酸 CrO3 水93不锈钢浸510min，在冷水中漂洗，然后在热水中漂洗，干燥 去除阳极化处理镀层表7-10 去除铝表面氧化膜的化学处理方法 焊丝清洗后：在150200烘箱内烘焙0.5h，然后存放在100烘箱内随用随取焊

16、件清洗过：应立即进行装配、焊接3、焊前清理和预热7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接化学清理效率高，质量稳定适用于：清理焊丝以及尺寸不大、批量生产的工件22 l较薄的氧化膜可采用不锈钢钢丝刷清理，不宜采用砂纸或砂轮打磨。l清理后的焊丝、工件焊前存放时间一般不要超过12h7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接机械清理l先用丙酮或汽油擦洗工件表面油污，然后根据零件形状采用切削方法，也可使用刮刀、锉刀等。l厚度58mm的厚大铝件焊前需进行预热：以防变形和未焊透，减少气孔等缺陷通常预热到90即足以保证在始焊处有足够的熔深wMg=4.

17、0%5.5%的铝镁合金的预热温度不应超过90焊前预热l焊前最好不预热，因为预热可加大热影响区的宽度，降低铝合金焊接接头的力学性能。23 4、焊接工艺要点1）铝及铝合金的气焊用于：0.510mm厚的铝及铝合金件对质量要求不高或补焊的铝及铝合金铸件 2）铝及铝合金的钨极氩弧焊（TIG焊）适于：厚度3mm的铝及铝合金薄板交流TIG焊7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接不用熔剂，焊前清理要求比其他焊接方法严格氩气流对焊接区的冲刷使接头冷却加快，改善了接头的组织性能，适于全位置焊接焊缝成形良好、表面光亮接头形式不受限制，不用熔剂，避免了焊后熔剂残渣对接头的腐蚀，具有去

18、除氧化膜的清理作用 气焊的坡口形式及尺寸气焊溶剂的选用气焊操作焊后处理132424 焊接铝及铝合金最适宜：交流TIG焊和交流脉冲TIG焊交流TIG焊：可在载流能力、电弧可控性以及电弧清理等方面实现最佳配合大多数采用交流电源为了防止起弧处及收弧处产生裂纹等缺陷，有时需要加引弧板和引出板7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接直流正接时直流反接时l热量产生于工件表面，熔深大l即使厚截面也不需预热，母材几乎不变形l对连续焊或补焊壁厚2.4mm以下的铝合金件l仍有着熔深浅、电弧易控制等优点25 板厚/mm钨极直径/mm焊接电流/A焊丝直径/mm氩气流量/Lmin-1喷嘴

19、孔径/mm焊接层数正面/背面预热温度/备注1240601.6798正1卷边焊2239012022.5812812对接焊4418020031015101212/16524028041620141612/1102803404534/1210015014563403805620241620180200162063403802530162223/232002602225673604003035202234/34表7-11 纯铝、铝镁合金手工TIG焊的工艺参数 焊件厚度/mm焊件层数钨极直径/mm焊丝直径/mm喷嘴直径/mm氩气流量/Lmin-1焊接电流/A送丝速度/mh-1111.521.681056

20、120160231.621214180220657041252310141418240280707568235631418182475808126343003408085表7-12 自动TIG焊的工艺参数 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接26 交流脉冲TIG焊：特别适用于焊接铝合金精密零件增加脉冲可减小热输入，有利于薄铝件的焊接加热速度快、高温停留时间短、对熔池有搅拌作用，焊接薄板、硬铝可得到满意的结果对仰焊、立焊、管子全位置焊、单面焊双面成形等，也可得到较好的焊接效果表7-13 铝及铝合金交流脉冲TIG焊的工艺参数 母材板厚/mm钨极直径/mm焊丝直径

21、/mm电弧电压/V脉冲电流/A基值电流/A脉宽比(%)气体流量/Lmin-1频率/Hz5A031.532.51480453351.72.515955025A06221083442.52A122.513140523682.67.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接27 表7-14 铝及铝合金TIG焊的常见缺陷及防止措施 缺 陷产生原因防止措施气孔l氩气纯度低，焊丝或母材坡口附近有污物；l焊接电流和焊速选择过大或过小；l熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长l保证氩气纯度，选择合适气体流量；l调整好钨极伸出长度；l焊前认真清理，清理后及时焊接；l正确选择焊接

22、参数裂纹l焊丝成分选择不当；l熔化温度偏高；l结构设计不合理；l高温停留时间长；弧坑没填满l选择成分与母材匹配的焊丝；l加入引弧板或采用电流衰减装置填满弧坑；正确设计焊接结构；l减小焊接电流或适当增加焊接速度未焊透l焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、坡口角度、焊接电流均过小，钝边过大；l工件坡口边缘的毛刺、底边的污垢焊前没有除净；l焊炬与焊丝倾角不正确l正确选择间隙、钝边、坡口角度和焊接参数；l加强氧化膜、熔剂、焊渣和油污的清理；l提高操作技能等焊缝夹钨l接触引弧所致；l钨极末端形状与焊接电流选择的不合理，使尖端脱落；l填丝触及到热钨极尖端和错用了氧化性气体l采用高频高压脉冲引弧；l根据选用的

23、电流，采用合理的钨极尖端形状；l减小焊接电流，增加钨极直径，缩短钨极伸出长度；l更换惰性气体咬 边l 焊接电流太大，电弧电压太高，l焊炬摆幅不均匀，填丝太少，焊接速度太快l降低焊接电流与电弧长度；l保持摆幅均匀；l适当增加送丝速度或降低焊接速度7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接28 3）铝及铝合金的熔化极氩弧焊（MIG焊）MIG焊：采用直流反极性7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接可用纯Ar作保护气体；根据焊件厚度：选择坡口尺寸、焊丝直径和焊接电流等工艺参数采用（Ar+He）混合气体，也可采用纯He保护，焊前一般不预热，

24、板厚较大时，也只需预热起弧部位。焊接厚大件时焊接薄、中等厚度板材时29 板材牌号焊丝型号(牌号)板材厚度/mm坡口尺寸焊丝直径/mm喷嘴直径/mm氩气流量/Lmin-1焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mh-1备 注钝边/mm坡口角度/()5A05SAlMg-5(HS331)52.02228240212242单面焊双面成形10601050ASAl-3(HS39)682.5223035230260262725正反面均焊一层8121620254812162110030032024283.04.04.04.02832034028291540453804202931172050604505004905

25、5017195A025A03SAlMn(HS331)121825814161203.04.04.02228283035506050603203504504704905202830293029302418.716192A11SAlSi-5(HS311)5068752845050024271518采用双面U形坡口,钝边68mm表7-15 纯铝、铝镁合金和硬铝自动MIG焊的工艺参数 注：1.正面层焊完后必须铲除焊根，然后进行反面层的焊接；2.焊炬向前倾斜1015。7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接30 板厚/mm坡口形式坡口尺寸/mm焊丝直径/mm焊接电流/A焊

26、接电压/V氩气流量/Lmin-1喷嘴直径/mm备 注6对接间隙022.02302702627202520反面采用垫板仅焊一层焊缝812单面V形坡口间隙02钝边2坡口角度702.02403202729253620正面焊两层，反面焊一层1418单面V形坡口间隙00.3钝边1014坡口角度901002.5300400293035502224正面焊两层，反面焊一层2025单面V形坡口间隙00.3钝边1621坡口角度901002.53.0400450293150602224表7-16 纯铝半自动MIG焊的工艺参数 对于相同厚度的铝锰、铝镁合金焊接电流：降低2030A氩气流量：增大1015L/min7.1

27、 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接31 脉冲MIG焊：可将熔池控制的很小，容易进行全位置焊接，尤其焊接薄板、薄壁管的立焊缝、仰焊缝和全位置焊缝是一种较理想的焊接方法脉冲MIG焊电源是直流脉冲表7-17 纯铝、铝镁合金半自动脉冲MIG焊的工艺参数 牌号板厚/mm焊丝直径/mm基值电流/A脉冲电流/A焊接电压/V脉冲频率/Hz氩气流量/Lmin-1备 注10351.61.0201101301819501820喷嘴孔径16mm焊丝牌号10353.01.2140160192020焊丝牌号10355A031.81.02025120140181920喷嘴孔径16mm焊丝牌号

28、5A035A054.01.216018019202022喷嘴孔径16mm焊丝牌号5A057.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接Contents 目录7.1铝及铝合金的焊接 7.2铜及铜合金的焊接7.3钛及钛合金的焊接7.1.1铝及铝合金的分类、成分及性能7.1.2 铝及铝合金的焊接性7.1.3 铝及铝合金的焊接工艺7.2.1 焊接接头白口及淬硬组织 7.2.2 焊接裂纹7.3.3 球墨铸铁的焊接性特点7.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点 7.3.2 球墨铸铁的焊接工艺特点7.3.3 其他铸铁的焊接特点33 7.2 铜及铜合金的焊接7.2.1 铜及铜合金的分类

29、、成分及性能1.铜及铜合金的分类特点：l工业纯铜：wCu%99.5%，紫铜l黄铜：Cu-Zn二元合金，表面淡黄色l青铜：Cu+Sn、Al、Si、Pb、Be 再+Zn、P、Ti等获得特殊性能l白铜：wNi%99b176MPa在大气及海水介质中具有良好的耐蚀性，用于焊接脱氧或无氧铜构件ECuSi低氢型直流反接硅青铜Si 3Mn1.5Sn1.5Cu余量b340MPa520%110130HV适用于纯铜、硅青铜及黄铜的焊接，以及化工管道等内衬的堆焊ECuSnB低氢型直流反接Sn 8磷青铜P0.3Cu余量b270MPa520%80115HV适用于焊纯铜、黄铜、磷青铜，堆焊磷青铜轴衬、船舶推进器叶片等ECu

30、Al低氢型直流反接Al 8铝青铜Mn2Cu余量b410MPa515%120160HV用于铝青铜及其他铜合金，铜合金与钢的焊接以及铸件焊补47 2、焊前准备1）焊丝及焊件表面的清理表7-27 铜及铜合金的焊前清理及清洗方法 目的清 理 内 容 及 工 艺 措 施去油污1）去氧化膜之前，将待焊处坡口及两侧各30mm内的油、污、脏物等杂质用汽油、丙酮等有机溶剂进行清洗2）用10%氢氧化钠水溶液加热到3040对坡口除油用清水冲洗干净置于35%40%(或硫酸10%15%)的硝酸水溶液中浸渍23min清水洗刷干净，烘干去除氧化膜机械清理用风动钢丝轮或钢丝刷或砂布打磨焊丝和焊件表面，直至露出金属光泽化学清理

31、置于70ml/L HNO3+100ml/L H2SO4+1ml/L HCl混合溶液中进行清洗后，用碱水中和，再用清水冲净，然后用热风吹干7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接经清洗合格的焊件应及时施焊48 2）接头形式及坡口制备尽可能不采用：搭接接头、丁字接头、内角接接头原因：散热快，不易焊透，焊后清除焊件缝隙中的熔剂和焊渣很困难采用：对接接头、端接接头原因：散热条件对称铜及铜合金工件不易实现立焊和仰焊根据母材厚度和焊接方法的不同，制备相应坡口7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接49 3、焊接工艺及参数1）焊条电弧焊工艺要点

32、焊条能使铜及铜合金焊缝中含氧量、含氢量增加，其中Zn蒸发严重，容易形成气孔焊条烘干：2002502h去除药皮中吸附的水分焊前和多层焊层间：对工件进行预热预热温度：根据材料的热导率和工件厚度等确定焊后：对焊缝和接头进行热态和冷态的锤击 为了改善焊接接头的性能，同时减小焊接应力性能要求较高接头：采用焊后高温热处理消除应力和改善接头韧性7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接50 材料板厚/mm坡口形式焊条直径/mm焊接电流/A说 明紫铜24形3.2,4110220铜及铜合金采用焊条电弧焊时所选用的电流一般可按公式 I(3.54.5)d(其中d为焊条直径)来确定，并要

33、求：随着板厚增加，热量损失大，焊接电流选用上限，甚至可能超过直径的5倍；在一些特殊的情况下，工件的预热 受限制，也可适当提高焊接电流予以补充510形47180380黄铜23形2.5,3.25090铝青铜24形3.2,460150612形5,6230300锡青铜1.53形3.2,460150412形3.26150350白铜67形3.2110120平焊67形3.2100150平焊和仰焊表7-28 铜及铜合金焊条电弧焊的工艺参数 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接51 2）埋弧焊工艺要点板厚375080036382025双面焊表7-29 铜及铜合金埋弧焊的工艺参

34、数 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接53 3）氩弧焊工艺（TIG、MIG）要点TIG：电弧能量集中、保护效果好、热影响区窄、操作灵活应用最广，特别适合中、薄板和小件的焊接和补焊表7-30 铜及铜合金TIG焊的工艺参数 材料板厚/mm钨极直径/mm焊丝直径/mm焊接电流/A氩气流量/Lmin-1预热温度/备 注纯铜33422002401416不预热不开坡口对接645342803601824400450钝边1.0mm105645340400450500正面焊2层，反面焊一层，V形坡口硅青铜33231201601216不预热不开坡口对接956342503001

35、822形坡口对接1242703302024锡青铜1.53.031.52.51001801216不预热不开坡口对接7442102501620形坡口对接12552603002024铝青铜3441301601216不预热形坡口对接95634210330162412250325白铜3mm铝青铜、硅青铜和铜镍合金 MIG焊的熔化效率高，熔深大，焊速快焊丝的选用与TIG焊几乎相同7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接55 4）等离子弧焊工艺要点更高的能量密度和温度，很适合于焊接高热导率和过热敏感的铜及铜合金微束等离子弧焊接厚度0.11mm的超薄件可使工件的变形减到最小程度

36、表7-32 铜及铜合金管件微束等离子弧焊的工艺参数 金属管子规格/mm气体流量/Lmin-1焊接电流/A焊接速度/mh-1 离子气保护气反面保护气T16.00.50.51.50.42960H628.80.30.41.70.226140H688.80.30.41.50.228135H908.80.30.41.40.329110QSn4-38.80.30.21.50.326907.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接56 材料板厚/mm钨极直径/mm保护气体流量/Lmin-1离子气体流量/Lmin-1焊接电流/A送丝速度/cmmin-1说 明纯铜651214正44.

37、5反4.55正140170反160170不开坡口对接，正反面各焊一层8611.66707.2焊速48cm/min氩气压力0.15MPa喷嘴端部与聚焦孔间距45mm1052022正44.5反4.55正210220反220240 V形坡口60，钝边(20.5)mm，正反面各焊三层165212355.5正210240反240260正面焊四层，反面焊三层黄铜6正25反1044.5280290 无坡口，无间隙，不加丝，不预热表7-33 纯铜和黄铜的等离子弧焊的工艺参数 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接Contents 目录7.1铝及铝合金的焊接 7.2铜及铜合金的

38、焊接7.3钛及钛合金的焊接7.1.1铝及铝合金的分类、成分及性能7.1.2 铝及铝合金的焊接性7.1.3 铝及铝合金的焊接工艺7.2.1 焊接接头白口及淬硬组织 7.2.2 焊接裂纹7.3.3 球墨铸铁的焊接性特点7.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点 7.3.2 球墨铸铁的焊接工艺特点7.3.3 其他铸铁的焊接特点58 7.3 钛及钛合金的焊接钛及钛合金：密度小、比强度高、耐热耐蚀性好，可加工性好，结构材料7.3.1 钛及钛合金的分类和性能1、工业纯钛工业纯钛中的杂质有H2、O2、Fe、Si、C、N2等工业纯钛：根据杂质（主要是氧和铁）含量以及强度差别 分为TA1、TA2、TA3几个牌号随着

39、牌号顺序数字增大，杂质含量增加，强度增加，塑性降低7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接钛885时发生同素异构转变在885以下：密排六方晶格，称为钛在885以上：体心立方晶格，称为钛航空航天化工造船冶金仪器仪表59 表7-34 钛的主要物理性能（20）密度/gcm-3熔点/比热容/J(kgK)-1热导率/J(msK)-1电阻率/cm热膨胀系数/10-6K-1弹性模量/10-5MPa4.51668522 1642 8.416l钛及钛合金：比强度很高，是很好的热强合金材料l钛：热膨胀系数很小，在加热和冷却时产生热应力较小，导热性差，摩擦系数大，切削、磨削加工性能和

40、耐磨性较差2、钛合金根据其退火组织：钛合金、钛合金和+钛合金其牌号分别以T加A、B、C和顺序数字表示TA4TA10：钛合金TB2TB4：钛合金TC1TC12：+钛合金7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接60 7.3.2 钛及钛合金的焊接性1、焊接接头区的脆化焊接区易受气体等杂质的污染而产生脆化造成脆化的主要元素：O2、N2、H2、C等图7-19 钛吸收氧、氮、氢的强烈程度与温度时间的关系（质量增加是用试件单位面积上增加的毫克表示）7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接61 2、焊接区裂纹倾向钛及钛合金中含S、P、C等杂质较少

41、，很少有低熔点共晶在晶界处生成，而且结晶温度区间很窄，焊缝凝固时收缩量小，因此热裂纹敏感性低l冷裂纹：焊缝含氧、氮量较高时，焊缝性能变脆，在较大的焊接应力作用下出现l延迟裂纹：热影响区出现，氢引起7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接热裂纹冷裂纹和延迟裂纹62 3、焊缝气孔防止焊接区气孔产生的关键：杜绝气体的来源，防止焊接区被污染7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接O2、N2、H2、CO2、H2O都可能引起气孔材质的影响工艺因素的影响 主要是氩气及母材、焊丝中的不纯气体,如O2、H2、N2、H2O等。材质表面对生成气孔也有影

42、响氢是钛及钛合金焊接时形成气孔的主要气体紧密接触对接端面表面层是形成气孔的重要原因63 7.3.3 钛及钛合金的焊接工艺1、焊接方法及焊接材料1）焊接方法钛及钛合金的性质活泼，溶解氮、氢、氧的能力很强焊条电弧焊、气焊、CO2气体保护焊不适用于钛及钛合 金的焊接应用最多：钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊（见下表）2）焊接材料填充金属：与母材的成分相似保护气体：纯氩（Ar99.99%）深熔焊：氦气增加熔深 仰焊位置：氦气改善保护7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接64 表7-37 钛及钛合金的主要焊接方法及其特点 焊接方法特 点钨极氩弧焊1)可以用于薄板及厚板的焊接，板

43、厚3mm以上时可以采用多层焊2)熔深浅，焊道平滑3)适用于修补焊接熔化极氩弧焊1)熔深大，熔敷量大2)飞溅较大3)焊缝外形较钨极氩弧焊差等离子弧焊1)熔深大2)10mm的厚板可以一次焊成3)手工操作困难电子束焊1)熔深大，污染少2)焊缝窄，热影响区小，焊接变形小3)设备价格高扩散焊1)可以用于异种金属或金属与非金属的焊接2)形状复杂的工件可以一次焊成3)变形小7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接65 2）坡口的制备与装配坡口形式 板厚/mm 坡口尺寸 间隙/mm 钝边/mm 角度 /()不开坡口 0.252.3 0 0.83.2 00.1 V形 1.66.4

44、 01.0 0.10.25 3060 3.013 3090 X形 6.438 3090 U形 6.425 1530 双U形 1951 1530 表7-38 钛及钛合金TIG焊的坡口形式及尺寸 钛表面张力大、粘度小，焊前须对焊件进行仔细装配:定位焊所用的焊丝、工艺参数及保护气体等与焊接时相同，装配时应严禁敲击和划伤待焊工件表面2、焊前准备1）焊前清理 认真清理坡口及其附近区域 清理不彻底会在焊件和焊丝表面形成吸气层，导致焊接接头形成裂纹和气孔7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接66 3、焊接工艺及参数1）钨极氩弧焊TIG：钛及钛合金最常用的方法，用于焊接厚度3

45、mm以下薄板氩气流量 氩气流量：以达到良好焊接表面色泽为准，焊缝和热影响区的表面色泽是保护效果的标志，一般要求焊后表面最好为银白色，其次为金黄色=多层、多道焊时，不能单凭盖面层焊缝的色泽来评价接头的保护效果7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接67 表7-39 工业纯钛焊缝表面颜色与接头冷弯角的关系 焊缝表面颜色温度/保护效果污染程度焊接质量冷弯角/()银白色350400良好小大良好110金黄色500尚好合格88深黄色70浅蓝色较差不合格66深蓝色520570差20暗灰色600极差0气体保护 钛及钛合金对空气中的氧、氮、氢等气体具有很强亲和力，因此须在焊接区采

46、取良好的保护措施，以确保焊接熔池及温度超过350的热影响区正反面与空气隔绝 钛及钛合金TIG焊的保护措施及特点见书本表12-13 7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接68 工艺参数 采用较小的焊接热输入表7-41 钛及钛合金手工TIG焊的工艺参数 板厚/mm坡口形式钨极直径/mm焊丝直径/mm焊接层数焊接电流/A氩气流量/Lmin-1喷嘴孔径/mm备 注主喷嘴拖罩背面0.51.52.02.5I型坡口对接1.52.02.03.0121211308080120812121414161620610101210121214对接接头的间隙为0.5mm，不加钛丝时的间隙

47、为1.0mm344678V形坡口对接3.04.03.04.04.0232434122334120150130160140180121614161416162520262528101412141214142018202022坡口间隙23mm，钝边0.5mm焊缝反面加钢垫板，坡口角度6065101320222530对称双Y形坡口4.04.04.03434354810161218160240200250200260141615181618182420382630121418262026202220222022坡口角度60，钝边1mm；坡口角度55，钝边1.52.0mm。间隙1.5mm适用于对接焊缝及

48、环焊缝7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接69 一般采用具有恒流特性的直流弧焊电源，直流正接，以获得较大的熔深和较窄的熔宽多层焊时，应保持层间温度尽可能的低，等到前一层焊道冷却至室温后再焊下一道焊缝，以防止过热脉冲氩弧焊：厚度0.12.0mm的纯钛及钛合金板材、对焊接热循环敏感性强的钛合金以及薄壁钛管焊接时7.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接70 板厚/mm焊接电流/A钨极直径/mm脉冲时间/s休止时间/s电弧电压/V弧长/mm焊接速度/mh-1氩气流量/Lmin-1脉冲基值0.850804620.10.20.20.310

49、111.21825681.0661004520.140.220.20.3410111.21825681.51201704620.160.240.20.3611121.216248102.01602106820.160.240.20.3611121.21.514221012表7-42 钛及钛合金脉冲TIG焊的工艺参数 焊后热处理 焊接后须进行消除应力处理材料工业纯钛TA7TC4TC10加热温度/482593533649538593482649保温时间/h0.511421147.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接71 2）熔化极氩弧焊（MIG）对于钛及钛合金厚板，

50、采用熔化极氩弧焊（MIG）可减少焊接层数，提高焊接速度和生产率表7-44 TC4钛合金MIG焊的工艺参数 材料焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/cms-1送丝速度/cms-1焊枪至工件距离/mm坡口形式氩气流量/Lmin-1焊枪拖罩背面纯钛1.62803003031114.427Y形702020303040钛合金1.628030031320.814.425Y形7020203030407.1 铝及铝合金的焊接7.2 铜及铜合金的焊接7.3 钛及钛合金的焊接72 3）等离子弧焊液态钛的表面张力大、密度小，有利于采用小孔法等离子弧焊一次焊透厚度较小，3mm以上厚板一般需开坡口厚度/mm