解讀鋁合金的焊接性

鋁合金具有良好的耐蝕性、較高的比強(qiáng)度和導(dǎo)熱性以及在低溫下能保持良好力學(xué)性能等特點(diǎn)，在航空航天、汽車、電工、化工、交通運(yùn)輸、國防等工業(yè)部門被廣泛地應(yīng)用。

掌握鋁合金的焊接性特點(diǎn)、焊接操作技術(shù)、接頭質(zhì)量和性能、缺陷的形成及防止措施等，對正確制定鋁合金的焊接工藝，獲得良好的接頭性能和擴(kuò)大鋁合金的應(yīng)用范圍具有十分重要的意義。

鋁的重量輕和耐腐蝕是其性能的兩大突出特點(diǎn)，純鋁的密度約為2.7 g/cm3,僅為鐵、銅密度的1/3；鋁及鋁合金的表面易生成一層致密、牢固的Al2O3保護(hù)膜，這層保護(hù)膜只有在鹵素離子或堿離子的激烈作用下才會遭到破壞，因此具有很好的耐大氣（包括工業(yè)性大氣和海洋大氣）腐蝕和水腐蝕的能力，能抵抗多數(shù)酸和有機(jī)物的腐蝕。

采用緩蝕劑，可耐弱堿液腐蝕；采用保護(hù)措施，可以提高鋁合金的耐蝕性能。在各種牌號的變形鋁及鋁合金中，鋁錳和鋁鎂合金屬于防銹鋁合金，不能熱處理強(qiáng)化，但強(qiáng)度比純鋁高，并具有優(yōu)秀的抗蝕性和焊接性能。

1-鋁合金的分類、成分和性能

鋁合金的分類

鋁合金可分為變形鋁合金（又分為非熱處理強(qiáng)化鋁合金、熱處理強(qiáng)化鋁合金兩類）和鑄造鋁合金。變形鋁合金是指經(jīng)不同的壓力加工方法制成的板、帶、管、型、條等半成品材料；鑄造鋁合金以合金鑄錠供應(yīng)。

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按GB/T3190—1996和GB/T16474—1966的規(guī)定，鋁合金牌號命名的基本原則是：可直接采用國際四位數(shù)字體系牌號。

四位字符牌號的第一位、第三位、第四位為阿拉伯?dāng)?shù)字，第二位為英文大寫字母。2×××為Al－Cu系，3×××為Al－Mn系，4×××為Al－Si系，5×××為Al－Mg系，6×××為Al－Mg－Si系，7×××為Al－Zn系，8×××為Al－其他元素，9×××為Al－備用系。這樣，我國變形鋁合金的牌號表示法與國際上的通用方法基本一致。

Al－Mn合金和Al－Mg合金屬于防銹鋁合金，不能熱處理強(qiáng)化，但非熱處理強(qiáng)化鋁合金通過加工硬化、固溶強(qiáng)化提高力學(xué)性能，特點(diǎn)是強(qiáng)度中等、塑性及耐蝕性好，又稱防銹鋁，原先代號為LF××。強(qiáng)度比純鋁高，并且具有優(yōu)異的抗腐蝕性和良好的焊接性，是目前焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣的鋁合金、超硬鋁、鍛鋁等。

硬鋁

硬鋁的牌號是按銅的增加順序編排的。Cu是硬鋁的主要成分，為了得到高的強(qiáng)度，Cu含量一般應(yīng)控制在4.0%～4.8%。Mn也是硬鋁的主要成分，主要作用是消除鐵對抗蝕性的不利的影響，還能細(xì)化晶粒、加速時效硬化。在硬鋁合金中，銅、硅、鎂等元素能形成溶解于鋁的化合物，從而促使硬鋁合金在熱處理時強(qiáng)化。

退火狀態(tài)下硬鋁的抗拉強(qiáng)度為160～220MPa，經(jīng)過淬火及時效后抗拉強(qiáng)度增加至312～460MPa。但硬鋁的耐蝕性能差，為了提高合金的耐蝕性，常在硬鋁板表面覆蓋一層工業(yè)純鋁保護(hù)層。

超硬鋁

合金中鋅、鎂、銅的平均總含量可達(dá)9.7%～13.5%，在當(dāng)前航空航天工業(yè)中仍是強(qiáng)度最高和應(yīng)用最多的一種輕合金材料。超硬鋁的塑性和焊接性差，接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材。由于合金中鋅含量較多，形成晶間腐蝕及焊接熱裂紋的傾向較大。

鍛鋁

具有良好的熱塑性，而且銅含量越少熱塑性越好，適于作鍛件用。具有中等強(qiáng)度和良好的抗蝕性，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

鋁合金的性能

防銹銅器（鋁錳合金、鋁鎂合金）主要用于要求高的塑性的焊接性、在液體或氣體介質(zhì)中工作的低載荷零件，如油箱、汽油或潤滑油導(dǎo)管、各種液體容器和其他用深拉制作的小負(fù)荷零件等。

鋁合金被廣泛應(yīng)用航空航天、建筑、汽車、機(jī)械制造、電工、化學(xué)工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。鋁合金在飛機(jī)制造中是主要的結(jié)構(gòu)材料，它約占骨架質(zhì)量的55%，而且大部分關(guān)鍵軸承部件，如渦輪發(fā)動機(jī)軸向壓縮機(jī)葉片、機(jī)翼、骨架、外殼、尾翼等是由鋁合金制造的。

鋁合金的焊接性特點(diǎn)

鋁合金熔化焊時有如下困難和特點(diǎn)：

（1）鋁和氧的親和力很大，因此在鋁及鋁合金表面總有一層難熔的氧化鋁膜遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋁的熔點(diǎn)，這層氧化膜不溶于金屬并且妨礙被熔融填充金屬潤濕。在焊接或釬焊過程中應(yīng)將氧化膜清除或破壞掉。

（2）熔焊時，鋁合金的焊接性首先體現(xiàn)在抗裂性上。在鋁中加入銅、錳、硅、鎂、鋅等合金元素可獲得不同性能的合金，各種合金元素對鋁合金焊接裂紋的影響不同。

（3）鋁合金的固態(tài)和液態(tài)色澤不易區(qū)別，焊接操作時難以控制熔池溫度。

（4）焊后焊縫易產(chǎn)生氣孔，焊接接頭區(qū)易發(fā)生軟化。

對鋁合金進(jìn)行焊接，可以用多種不同的焊接方法，表1.4所列的為部分鋁合金的相對焊接性。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的進(jìn)步?？珊附拥匿X合金材料范圍逐步擴(kuò)大，現(xiàn)在不僅可以成功地焊接非熱處理強(qiáng)化的鋁合金，而且解決了傳統(tǒng)的航空航天和軍工等行業(yè)，逐步擴(kuò)大到國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和人民生活的各個領(lǐng)域。