解读铝合金的焊接性

铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良好力学性能等特点,在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防等工业部门被广泛地应用。

掌握铝合金的焊接性特点、焊接操作技术、接头质量和性能、缺陷的形成及防止措施等,对正确制定铝合金的焊接工艺,获得良好的接头性能和扩大铝合金的应用范围具有十分重要的意义。

铝的重量轻和耐腐蚀是其性能的两大突出特点,纯铝的密度约为2.7 g/cm3,仅为铁、铜密度的1/3;铝及铝合金的表面易生成一层致密、牢固的Al2O3保护膜,这层保护膜只有在卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏,因此具有很好的耐大气(包括工业性大气和海洋大气)腐蚀和水腐蚀的能力,能抵抗多数酸和有机物的腐蚀。

采用缓蚀剂,可耐弱碱液腐蚀;采用保护措施,可以提高铝合金的耐蚀性能。在各种牌号的变形铝及铝合金中,铝锰和铝镁合金属于防锈铝合金,不能热处理强化,但强度比纯铝高,并具有优秀的抗蚀性和焊接性能。

1-铝合金的分类、成分和性能

铝合金的分类

铝合金可分为变形铝合金(又分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类)和铸造铝合金。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。

铝合金的焊接性怎么评价(解读铝合金的焊接性)(1)

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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。

铝合金的焊接性怎么评价(解读铝合金的焊接性)(2)

Al-Mn合金和Al-Mg合金属于防锈铝合金,不能热处理强化,但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××。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。

铝合金的焊接性怎么评价(解读铝合金的焊接性)(3)

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。

铝合金的焊接性怎么评价(解读铝合金的焊接性)(4)

铝合金的性能

铝合金的焊接性怎么评价(解读铝合金的焊接性)(5)

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。

铝合金的焊接性怎么评价(解读铝合金的焊接性)(6)

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。

对铝合金进行焊接,可以用多种不同的焊接方法,表1.4所列的为部分铝合金的相对焊接性。

铝合金的焊接性怎么评价(解读铝合金的焊接性)(7)

现代科学技术的发展促进了铝合金焊接技术的进步。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。

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