铝及铝合金的焊接
铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料， 在 航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。 随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结 构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合 金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发 展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研 究的热点之一。
有色金属 non-ferrous metal，狭义的有色金属又称为非铁金属， 是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合 金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于 50%） ，加入一种 或几种其他元素而构成的合金。随着科学技术的发展，有色金属的应 用日趋广泛。虽然有色金属只占金属总量的 5%左右，但有色金属在 工程应用中的重要作用确实钢铁或其他材料无法代替的。 有色金属具 有特殊的性能，比常规钢铁材料的焊接更复杂，这给焊接工作带来很 大的困难。
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、 航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来 科学技术以及工业经济的飞速发展， 对铝合金焊接结构件的需求日益 增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了 铝合金焊接技术的发展， 同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用 领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
什么是金属盒非金属，什么是黑色金属和有色金属，什么事合 什么是金属盒非金属，什么是黑色金属和有色金属， 金？ 目前，已知的的化学元素有 118 种，其中自然界只存在 92 种， 科学家成功研制出并已经得到承认和命名的元素有 18 种，有 8 种元 素没有得到承认和命名。 人们通常把这些元素分成金属和非金属两大 类。从物理性能上来看，具有导电性、导热性、可塑性以及特殊光泽 的元素叫金属，反之是非金属。常见的金属有铁、铝、铜、镁、锌等。 在非金属中， 常温下呈气态的有氢、 氧、 氩等； 常温下呈液态的有溴； 常温下呈固态的有碳、硼等。
金属又可分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属通常是指 铁、铬、锰和铁基合金，其他的金属合金称为有色金属。
合金是有两种或两种以上的金属元素与非金属元素所组合成的 具有合金性质的物质。 3A21 就是由铝和锰组成的以铝为基的合金。 有色金属的分类 有色金属按其性质、用途、产量及其在地壳中的储量状况一般分为有 色轻金属、有色重金属、贵金属、稀有金属和半金属五大类。在稀有 金属中，根据其物理化学性质、原料的共生关系、生产工艺流程等特 点，又分稀有轻金属、稀有重金属、稀有难熔金属、稀散金属、稀土 金属、稀有放射性金属。
铝合金的分类、成分和性能 铝合金的分类、
（1）铝合金的分类 铝合金可分为变形铝合金（双分为非热处理强化铝合金、热处理 强化铝合金两类）铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方 法制成的板、带、管、型、条等 半成品材料；铸造铝合金以合金 铸锭供应。铝合金的分类及性能特点.按 GB/T3190 — 1996 和 GB/T16474—1966 的规定，铝合 金牌号命名的基本原则是：可直 接采用国际四位数字体系牌号。 四位字符牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英 文大写字母。2×××为 Al－Cu 系，3×××为 Al－Mn 系，4××× 为 Al－Si 系，5×××为 Al－Mg 系，6×××为 Al－Mg－Si 系，7 ×××为 Al－Zn 系，8×××为 Al－其他元素，9×××为 Al－备用 系。这样，我国变形铝合金的牌号表示法与国际上的通用方法基本一 致。
非 热 处 理 强 化 变 铝 形 合 铝 金 合 热 金 处 理 强 化 铝 合 金 合 金 名 称 铝合金的分类及性能特点 合 金 系 Al-Mn 性 能 特 点 示 例 3A21 防锈铝 Al-Mg 抗 蚀 性、压 力 加 工 性 与 焊 接 性 能好， 强 度 较 低 但 5A05 硬 铝 超 硬 铝 Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn Al-Mg-Si-Cu 力 学 性 能 高 硬 度 强 度 最 高 锻 铝 Al-Cu-Mg-Fe-Ni 简 单 铝 硅 合 金 Al-Si Al-Si-Mg Al-Si-Cu 特 殊 铝 硅 合 金 锻 造 性 能 好 耐 热 性 能 好 铸 造 性 能 好，不 能 热 处 理 强化 ，力学 性 能 较 低 铸 造 性 能 良 好，可 热 处 理 强 化， 力 学 性 能 较 高 耐 热 性 好，铸 造 性 能 与 抗 蚀 性 差 力 学 性 能 高，抗 蚀 性 好 能 自 动 淬 火，宜 于 压 铸 耐 热 性 能 好 2A11,2A1 2 7A04,7A0 9 2A14,2A5 0 2A70,2A8 0 ZL102 ZL101 ZL107 ZL105,ZL 110 ZL109 ZL201 ZL301 ZL401 — 铸造 铝合 金 Al-Si-Mg-Cu Al-Si-Mg-Cu-Ni 铝 铜 铸 造 合 金 铝 镁 铸 造 合 金 铝 锌 铸 造 合 金 铝 稀 土 铸 造 合 金 Al-Cu Al-Mg Al-Zn Al-Re 非热处理强化铝合金 非热处理强化铝合金通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特 点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，原先代号为 LF××。 Al－Mn 合金和 Al－Mg 合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强 度比纯铝高，并且具有优异的抗腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接
结构中应用最广的铝合金、超硬铝、锻铝等。 硬铝 硬铝的牌号是按铜的增加顺序编排的。Cu 是硬铝的主要 成分，为了得到高的强度，Cu 含量一般应控制在 4.0%～4.8%。Mn 也 是硬铝的主要成分，主要作用是消除铁对抗蚀性的不利的影响，还能 细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，铜、硅、镁等元素能形成 溶解于铝的化合物，从而促使硬铝合金在热处理时强化。 退火状态下硬铝的抗拉强度为 160～220MPa，经过淬火及时效后 抗拉强度增加至 312～460MPa。但硬铝的耐蚀性能差，为了提高合金 的耐蚀性，常在硬铝板表面覆盖一层工业纯铝保护层。 超硬铝 合金中锌、镁、铜的平均总含量可达 9.7%～13.5%，在 当前航空航天工业中仍是强度最高和应用最多的一种轻合金材料。 超 硬铝的塑性和焊接性差，接头强度远低于母材。由于合金中锌含量较 多，形成晶间腐蚀及焊接热裂纹的倾向较大。 锻铝 具有良好的热塑性，而且铜含量越少热塑性越好，适于作 锻件用。具有中等强度和良好的抗蚀性，在工业中得到广泛应用。
防 锈铝 合金 — 5A02 5A03 5A05 5A06 5B05 5083 5056 3A21 3003 LF1 LF2 LF3 LF5 LF6 LF10 LF4 LF5-1 LF21 — 锻 铝 合 金 6A02 2A50 2B50 2A70 2A80 2A90 2A14 6061 6063 LD2 LD5 LD6 LD7 LD8 LD9 LD10 LD30 LD31 硬 铝合 金 2A01 2A02 —
2A04 2A06 2B11 2B12 2A10 2A11 2A12 2A13 2A16 2A17 LY1 LY2 LY3 LY4 LY6 LY8 LY9 LY10 LY11 LY12 LY13 LY16 LY17 超 硬 铝 合 金 7A03 7A04 — 7A09 7A10 7003 LC3 LC4 LC5 LC9 LC10 LC12 （2）铝合金的性能 1.3。 铝合金的物理性能见表 1.3。 线 胀 系 数 （20～ 100 ℃） /10-6K-1 合 金 密 度 /g·cm-1 比 热 容 （100 ℃） /J·kg-1·K-1 热 导 率 （25 ℃） /W·m-1·K-1 电 阻 率 （20 ℃） /10-6 ·m 备 注 （原 牌号 ）
3A21 5A03 5A06 2A12 2A16 6A02 2A10 7A04 2.73 2.67 2.64 2.78 2.84 2.70 2.80 2.85 1009 880 921 921 880 795 836 — 180.0 146.5 117.2 117.2 138.2 175.8 159.1 159.1 23.2 23.5 23.7 22.7 22.6 23.5 22.5 23.1 3.45 4.96 6.73 5.79 6.10 3.70 4.30 4.20 防 锈 铝 LF21 防 锈 铝 LF3 防 锈 铝 LF6 硬 铝 LY12 硬 铝 LY16 锻 铝 LD2 锻 铝 LD10 超 硬 铝 LC4 防锈铜器（铝锰合金、铝镁合金）主要用于要求高的塑性的焊接 性、在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如油箱、汽油或润滑油 导管、各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件等。铝合金被广 泛应用航空航天、建筑、汽车、机械制造、电工、化学工业、商业等 领域。铝合金在飞机制造中是主要的结构材料，它约占骨架质量的 55%，而且大部分关键轴承部件，如涡轮发动机轴向压缩机叶片、机 翼、骨架、外壳、尾翼等是由铝合金制造的。
铝合金的焊接性特点 铝合金熔化焊时有如下困难和特点： （1）铝和氧的亲和力很大，因此在铝及铝合金表面总有一层难熔 的氧化铝膜远远超过铝的熔点， 这层氧化膜不溶于金属并且妨碍被熔 融填充金属润湿。在焊接或钎焊过程中应将氧化膜清除或破坏掉。 （2）熔焊时，铝合金的焊接性首先体现在抗裂性上。在铝中加入 铜、锰、硅、镁、锌等合金元素可获得不同性能的合金，各种合金元 10 素对铝合金焊接裂纹的影响不同。 （3）铝合金的固态和液态色泽不易区别，焊接操作时难以控制熔 池温度。 （4）焊后焊缝易产生气孔，焊接接头区易发生软化。可焊接的铝 合金材料范围逐步扩大， 现在不仅可以成功地焊接非热处理强化的铝 合金，而且解决了传统的航空航天和军工等行业，逐步扩大到国民经 济生产和人民生活的各个领域。
铝合金的焊接方法
铝及铝合金的焊接工艺方法 铝及铝合金的焊接工艺方法 工艺 铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。除了传 统的熔焊、 电阻焊、 气焊方法外， 其他一些焊接方法 （如等离子弧焊、 电子束焊、真空扩散焊等）也可以容易地将铝合金焊接在一起。
根据铝及铝 合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。
（1）气焊 氧－乙炔气焊火焰的热功率低，热量较分散，因此焊件变形大、 生产率低。用气焊焊接较厚的铝焊件时需预热，焊后的焊缝金属不但 晶粒粗大、 组织疏松， 而且容易产生氧化铝夹杂、 气孔及裂缝等缺陷。 12 这种方法只用于厚度范围在 0.5～10 ㎜的不重要铝结构件和铸件的 焊补上。
（2）钨极氩弧焊 这种方法是在氩气保护下施焊，热量比较集中，电弧燃烧稳定， 焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性高，在工业中获得起来越广泛 的应用。钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完善的焊接方法，但钨极氩 弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下操作。
（3）熔化极氩弧焊 自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大，热量集中，热量影响 区小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高 2～3 倍。可以焊接厚度在 50 ㎜以下的纯铝及铝合金板。 例如， 焊接厚度 30 ㎜的铝板不必预热， 只焊接正、反两层就可获得表面光滑、质量优良的焊缝。半自动熔化 极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短焊缝及结构形状不规则的焊件， 用半自动氩弧焊焊炬可方便灵活地进行焊接， 但半自动焊的焊丝直径 较细，焊缝的气孔敏感性较大。
（4）脉冲氩弧焊 1）钨极脉冲氩弧焊 用这种方法可明显改善小电流焊接过程的稳定性， 便于通过调节 各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。 焊件变形小、 热影响区小， 特别适用于薄板、 全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、 硬铝、 超硬铝等的焊接。
（5）电阻点焊、缝焊 可用来焊接厚度在 4 ㎜以下的铝合金薄板。 对于质量要求较高的 产品可采用直流冲击波点焊、缝焊机焊接。焊接时需要用较复杂的设 备，焊接电流大、生产率较高，特别适用于大批量生产的零、部件。
（6）搅拌摩擦焊 搅拌摩擦焊是一种可用于各种合金板焊接的固态连接技术。 与传 统熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟尘，不需要添加焊丝和保 护气体，接头无气孔、裂纹。与普通摩擦相比，它不受轴类零件的限 制，可焊接直焊缝。这种焊接方法还有一系列其它优点，如接头的力 学性能好、节能、无污染、焊前准备要求低等。由于铝及铝合金熔点 低，更适于采用搅拌摩擦焊。