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1、第10章 有色金属的焊接,第10章 有色金属的焊接,主要内容主要介绍铝合金的焊接性和焊接工艺。,全铝高速列车,第10章 有色金属的焊接,2023/6/29,第十章 有色金属的焊接,3,神舟飞船返回仓全焊接的铝合金结构,第10章 有色金属的焊接,2023/6/29,第十章 有色金属的焊接,4,铝合金的激光焊,TWI 应用激光焊接大厚钢、铝及钛合金构件，最大厚度可达20mm，主要应用于军用车辆。激光焊的高速度、低变形大大减少焊后处理工作，人工费用降低30%。,第10章 有色金属的焊接,2023/6/29,第十章 有色金属的焊接,5,第1节 铝及铝合金的焊接,一、铝及铝合金的性能 铝极易氧化 含有低
2、熔点、低沸点的合金元素 比热容、电导率、热导率比钢大 线膨胀系数比钢大 对光、热的反射能力强，熔化前无明显色泽变化,2023/6/29,6,第十章 有色金属的焊接,氢在铝中的溶解度（=101kPa）,第1节 铝及铝合金的焊接,二、铝及铝合金的焊接性1、焊缝的气孔：主要为氢气孔。,氢在铝中的溶解度（PH2=1atm）焊缝中的蜂窝状气孔,溶解氢形成的气孔 氧化膜气孔,防止和减少焊缝气孔的途径限制氢溶入焊接熔池，或者减少氢的来源，或者减少氢同熔池的作用时间；尽量促使氢从熔池析出，即在熔池凝固之前使氢以气泡形式及时排除。a、减少氢的来源 彻底清除坡口表面的油污和氧化膜，并加强对熔池的保护；对保护气体的
3、含水量进行控制。,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,8,第十章 有色金属的焊接,铲根对焊缝气孔的影响（Al-4Mg-1Mn，MIG）1未铲根 2铲根,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,9,第十章 有色金属的焊接,b、减少熔池吸氢时间,c、采用气垫块取代水冷铜垫块,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,10,第十章 有色金属的焊接,焊接热源,d、延长气泡逸出时间,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,11,第十章 有色金属的焊接,焊接工艺参数对气孔倾向的影响（5A06，TIG）,MIG焊接时焊缝气孔倾向与焊接工艺参数的关系（板Al-2.5%Mg，焊丝Al-
4、3.5%Mg）,2、焊接热裂纹 铝合金属于典型的共晶型合金，熔化焊时容易产生热裂纹，包括结晶裂纹和液化裂纹。,2023/6/29,12,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,13,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,一方面，焊接速度增大，焊缝内应力增大；另一方面，与高速焊接时焊缝组织的结晶形态有关。,2023/6/29,14,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,氧化膜气孔所致裂纹 液化裂纹防止措施：利用Al-5%Si焊丝的“愈合”作用 能量密度集中的焊接方法防止形成粗大柱状晶 小电流减少过热 适当减小焊接速度减小接头应力,2023/6
5、/29,15,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,3、焊接接头的不“等强性”：非 时效强化铝合金在冷作硬化状 态下焊接时接头强度低于母材；时效强化铝合金焊接接头塑性 低于母材，强度低于母材（除 开Al-Zn-Mg）。焊缝：铸造组织，强度影响不 大，塑性下降。熔合区：塑性降低，晶粒粗化+晶界液化（时效强化型）HAZ：软化（回复、再结晶、过时效）,2023/6/29,16,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,Al-4.5Zn-1.2Mg合金焊接热影响区硬度变化（焊前自然时效，MIG）Tm峰值温度1、2、3、4表示不同的焊后自然时效时间 13h 24d 330d 490d
6、,Al-Cu-Mg（2A12）合金焊接热影响区的硬度变化（手工TIG）,4、焊接接头的耐蚀性一般都低于母材，主要与接头的组织不均匀性有关。焊接应力容易引起应力腐蚀开裂。措施：改善接头组织成分的不均匀性；消除焊接应力；采取保护措施。,2023/6/29,17,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,5、其它焊接问题 合金元素的蒸发烧损 晶粒粗大,2023/6/29,18,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,四、铝及铝合金的焊接工艺特点焊接工艺的一般特点 必须采用能量集中的热源；采用垫板和夹具防止变形；不易确定接缝坡口是否熔化；合金元素Mg、Zn、
7、Mn等易于蒸发；表面极易形成难熔的氧化膜，注意焊前清理和加强保护。焊接方法的选用 氩弧焊为主，激光焊研究较多。焊接工艺参数的选定 主要根据接头尺寸、形状及焊缝成形要求，考虑对接头质量的影响。焊丝的选用：考虑蒸发烧损和裂纹问题,第1节 铝及铝合金的焊接,五、铝及铝合金的焊接方法 铝合金的氩弧焊TIG焊：焊薄板，采用交流或DCRP电源利用阴极清理作用 焊大厚件，正研究采用DCSP电源利用He气保护MIG焊：焊薄板，脉冲MIG 焊厚板，采用亚射流过渡+恒流电源 电源一般采用DCRP,2023/6/29,20,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,铝合金的激光焊室温下，CO2激光照射铝合金
8、时，99%的激光能量被材料表面反射。,2023/6/29,21,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,22,第十章 有色金属的焊接,热导焊接 深熔焊接 热导焊焊缝 深熔焊焊缝,传热焊：小于105W/cm2，焊接薄（1mm）、小件深熔焊：106W/cm2，焊接较厚件,CO2激光深熔焊临界功率密度 低碳钢：0.7106W/cm2 铝合金：3.5106W/cm2,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,23,第十章 有色金属的焊接,提高功率密度：增大激光功率 减小聚焦光斑直径,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,24,第十章 有色金属的焊接,提高材料表
9、面的吸光率,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,25,第十章 有色金属的焊接,填充焊丝对深熔焊临界功率密度的影响,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,26,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,27,第十章 有色金属的焊接,填充焊丝对热裂纹的影响,焊接接头与母材拉伸强度（填充焊丝AlMg4.5Mn）,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,28,第十章 有色金属的焊接,填充焊丝对接头性能的影响,填充焊丝对装配间隙的影响,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,29,第十章 有色金属的焊接,填充焊丝对焊缝表面成形的影响,第1节 铝及
10、铝合金的焊接,2023/6/29,30,第十章 有色金属的焊接,（a）没有填充焊丝（b）采用填充焊丝焊缝表面形貌（P=7kW，v=6m/min）,铝合金的填充粉末激光焊接 送丝位置和速度的控制要求严格；焊丝直径限制了焊缝宽度的减小；薄板焊缝余高较大，产生较大应力集中。,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,31,第十章 有色金属的焊接,双光束焊接铝合金,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,32,第十章 有色金属的焊接,机制一：一束光进行深熔焊接，另一束光散焦或功率较小，作为热处理热源。焊接裂纹敏感性材料，如高碳钢，合金钢等，可提高焊缝的韧性。机制二：两束光产生独立匙孔，改变熔
11、池流动方式，防止咬边、焊道凸起等缺陷的产生，改善焊缝成形。机制三：两束光产生共同匙孔，匙孔尺寸变大，不易闭合，焊接过程更加稳定，气体更易排出。,串列双光束,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,33,第十章 有色金属的焊接,并列双光束,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,34,第十章 有色金属的焊接,单束光分光形成双光束,激光-电弧复合热源焊接,激光与电弧相互作用吸引和压缩电弧、提高电流密度，提高焊接熔深。,较低功率激光复合一定电流的电弧可获得高功率等级激光的焊接熔深。,激光-电弧复合热源焊接有利于降低对间隙、对中、错边的敏感性。交流TIG电弧-激光焊接铝合金有利于氧化膜破碎
12、、小孔形成及稳定、改善成型、降低气孔数量。,电弧的辅助加热，可提高激光焊接速度；激光引导电弧，可实现高速TIG焊接。,提高熔深,低 成 本,高适应性,高 效 率,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,35,第十章 有色金属的焊接,激光-TIG复合,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,36,第十章 有色金属的焊接,激光-MIG复合,利用填丝提高熔深、改善焊缝成型和接头性能。对间隙、错边、对中的适应性更好，可焊接厚板。适合焊接铝合金、镁合金、铜合金材料,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/6/29,37,第十章 有色金属的焊接,第2节 镁及镁合金的焊接,和铝相比，镁具有以下特性：镁熔点、沸点更低镁更易被氧化，氧化膜更疏松，密度大；镁与氮生成氮化物镁的膨胀系数为铝的1.2倍镁的表面张力小,2023/6/29,38,第十章 有色金属的焊接,第2节 镁及镁合金的焊接,焊接方法：氩弧焊等离子弧焊电子束焊激光焊,2023/6/29,39,第十章 有色金属的焊接,镁合金,镁合金激光焊接头中的气孔,镁合金激光焊接头中的裂纹,
