第十章有色金屬的焊接

第10章有色金屬的焊接第10章有色金屬的焊接主要內容主要介紹鋁合金的焊接性和焊接工藝。2023/2/6第十章有色金屬的焊接2全鋁高速列車第10章有色金屬的焊接2023/2/6第十章有色金屬的焊接3神舟飛船返回倉全焊接的鋁合金結構第10章有色金屬的焊接2023/2/6第十章有色金屬的焊接4鋁合金的激光焊

TWI應用激光焊接大厚鋼、鋁及鈦合金構件，最大厚度可達20mm，主要應用于軍用車輛。激光焊的高速度、低變形大大減少焊后處理工作，人工費用降低30%。第10章有色金屬的焊接2023/2/6第十章有色金屬的焊接5第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接一、鋁及鋁合金的性能鋁極易氧化

含有低熔點、低沸點的合金元素比熱容、電導率、熱導率比鋼大線膨脹系數比鋼大對光、熱的反射能力強，熔化前無明顯色澤變化2023/2/66第十章有色金屬的焊接氫在鋁中的溶解度（=101kPa）第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接二、鋁及鋁合金的焊接性1、焊縫的氣孔：主要為氫氣孔。2023/2/67第十章有色金屬的焊接氫在鋁中的溶解度（PH2=1atm）焊縫中的蜂窩狀氣孔溶解氫形成的氣孔氧化膜氣孔防止和減少焊縫氣孔的途徑限制氫溶入焊接熔池，或者減少氫的來源，或者減少氫同熔池的作用時間；盡量促使氫從熔池析出，即在熔池凝固之前使氫以氣泡形式及時排除。a、減少氫的來源徹底清除坡口表面的油污和氧化膜，并加強對熔池的保護；對保護氣體的含水量進行控制。第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/68第十章有色金屬的焊接鏟根對焊縫氣孔的影響（Al-4Mg-1Mn，MIG）1—未鏟根2—鏟根第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/69第十章有色金屬的焊接b、減少熔池吸氫時間c、采用氣墊塊取代水冷銅墊塊第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/610第十章有色金屬的焊接焊接熱源d、延長氣泡逸出時間第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/611第十章有色金屬的焊接焊接工藝參數對氣孔傾向的影響（5A06，TIG）MIG焊接時焊縫氣孔傾向與焊接工藝參數的關系（板Al-2.5%Mg，焊絲Al-3.5%Mg）2、焊接熱裂紋鋁合金屬于典型的共晶型合金，熔化焊時容易產生熱裂紋，包括結晶裂紋和液化裂紋。2023/2/612第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/613第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接一方面，焊接速度增大，焊縫內應力增大；另一方面，與高速焊接時焊縫組織的結晶形態(tài)有關。2023/2/614第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接氧化膜氣孔所致裂紋液化裂紋防止措施：利用Al-5%Si焊絲的“愈合”作用能量密度集中的焊接方法防止形成粗大柱狀晶小電流減少過熱適當減小焊接速度減小接頭應力2023/2/615第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接3、焊接接頭的不“等強性”：非時效強化鋁合金在冷作硬化狀態(tài)下焊接時接頭強度低于母材；時效強化鋁合金焊接接頭塑性低于母材，強度低于母材（除開Al-Zn-Mg）。焊縫：鑄造組織，強度影響不大，塑性下降。熔合區(qū)：塑性降低，晶粒粗化+晶界液化（時效強化型）HAZ：軟化（回復、再結晶、過時效）2023/2/616第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接Al-4.5Zn-1.2Mg合金焊接熱影響區(qū)硬度變化（焊前自然時效，MIG）Tm—峰值溫度1、2、3、4—表示不同的焊后自然時效時間1—3h2—4d3—30d4—90d

Al-Cu-Mg（2A12）合金焊接熱影響區(qū)的硬度變化（手工TIG）4、焊接接頭的耐蝕性一般都低于母材，主要與接頭的組織不均勻性有關。焊接應力容易引起應力腐蝕開裂。措施：改善接頭組織成分的不均勻性；消除焊接應力；采取保護措施。2023/2/617第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接5、其它焊接問題合金元素的蒸發(fā)燒損晶粒粗大2023/2/618第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接四、鋁及鋁合金的焊接工藝特點焊接工藝的一般特點必須采用能量集中的熱源；采用墊板和夾具防止變形；不易確定接縫坡口是否熔化；合金元素Mg、Zn、Mn等易于蒸發(fā)；表面極易形成難熔的氧化膜，注意焊前清理和加強保護。焊接方法的選用氬弧焊為主，激光焊研究較多。焊接工藝參數的選定主要根據接頭尺寸、形狀及焊縫成形要求，考慮對接頭質量的影響。焊絲的選用：考慮蒸發(fā)燒損和裂紋問題2023/2/619第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接五、鋁及鋁合金的焊接方法

鋁合金的氬弧焊TIG焊：焊薄板，采用交流或DCRP電源利用陰極清理作用焊大厚件，正研究采用DCSP電源利用He氣保護MIG焊：焊薄板，脈沖MIG

焊厚板，采用亞射流過渡+恒流電源

電源一般采用DCRP2023/2/620第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接鋁合金的激光焊室溫下，CO2激光照射鋁合金時，99%的激光能量被材料表面反射。2023/2/621第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/622第十章有色金屬的焊接熱導焊接深熔焊接熱導焊焊縫深熔焊焊縫

傳熱焊：小于105W/cm2，焊接?。?lt;1mm）、小件深熔焊：≥106W/cm2，焊接較厚件CO2激光深熔焊臨界功率密度低碳鋼：0.7106W/cm2

鋁合金：3.5106W/cm2第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/623第十章有色金屬的焊接提高功率密度：增大激光功率減小聚焦光斑直徑第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/624第十章有色金屬的焊接提高材料表面的吸光率第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/625第十章有色金屬的焊接填充焊絲對深熔焊臨界功率密度的影響第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/626第十章有色金屬的焊接第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/627第十章有色金屬的焊接填充焊絲對熱裂紋的影響焊接接頭與母材拉伸強度（填充焊絲AlMg4.5Mn）第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/628第十章有色金屬的焊接填充焊絲對接頭性能的影響填充焊絲對裝配間隙的影響第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/629第十章有色金屬的焊接填充焊絲對焊縫表面成形的影響第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/630第十章有色金屬的焊接（a）沒有填充焊絲（b）采用填充焊絲焊縫表面形貌（P=7kW，v=6m/min）鋁合金的填充粉末激光焊接

送絲位置和速度的控制要求嚴格；焊絲直徑限制了焊縫寬度的減小；薄板焊縫余高較大，產生較大應力集中。第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/631第十章有色金屬的焊接雙光束焊接鋁合金單光束激光焊:全熔透對接

5083鋁合金,3mm單光束激光焊:全熔透對接

1045鋁,6.35mm雙光束激光焊:全熔透對接

5083鋁合金,3mm雙光束激光焊:全熔透對接

1045鋁,6.35mm第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/632第十章有色金屬的焊接機制一：一束光進行深熔焊接，另一束光散焦或功率較小，作為熱處理熱源。焊接裂紋敏感性材料，如高碳鋼，合金鋼等，可提高焊縫的韌性。機制二：兩束光產生獨立匙孔，改變熔池流動方式，防止咬邊、焊道凸起等缺陷的產生，改善焊縫成形。機制三：兩束光產生共同匙孔，匙孔尺寸變大，不易閉合，焊接過程更加穩(wěn)定，氣體更易排出。串列雙光束第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/633第十章有色金屬的焊接并列雙光束第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/634第十章有色金屬的焊接單束光分光形成雙光束激光-電弧復合熱源焊接激光與電弧相互作用吸引和壓縮電弧、提高電流密度，提高焊接熔深。較低功率激光復合一定電流的電弧可獲得高功率等級激光的焊接熔深。激光-電弧復合熱源焊接有利于降低對間隙、對中、錯邊的敏感性。交流TIG電弧-激光焊接鋁合金有利于氧化膜破碎、小孔形成及穩(wěn)定、改善成型、降低氣孔數量。電弧的輔助加熱，可提高激光焊接速度；激光引導電弧，可實現高速TIG焊接。提高熔深低成本高適應性高效率第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/635第十章有色金屬的焊接激光-TIG復合electrodearclaserbeam旁軸激光與TIG復合

雙束激光與TIG同軸復合

多電極TIG與激光同軸復合laserbeam1lensarclaserbeam2第1節(jié)鋁及鋁合金的焊接2023/2/636第十章有色金屬的焊接激光-MIG復合利用填絲提高熔深、改善焊縫成型和接頭性能。對間隙、錯邊、對中的適應性更好，可焊接厚板。適合焊接鋁合金、鎂合金、