有色金屬的焊接

有色金屬的焊接第1頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五5.1鋁及鋁合金的焊接_

5.1.1鋁及鋁合金的分類、成分及性能_

1、鋁及鋁合金的分類

2、鋁及鋁合金的牌號(hào)、成分及性能

5.1.2鋁及鋁合金的焊接性_

1、焊縫中的氣孔

2、焊接熱裂紋

3、焊接接頭的“等強(qiáng)性”

4、焊接接頭的耐蝕性

5.1.3鋁及鋁合金的焊接工藝_

1、焊接方法

2、焊接材料

3、焊前清理和預(yù)熱

4、焊接工藝要點(diǎn)第2頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五5.1鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金特點(diǎn)：密度小、比強(qiáng)度高，良好耐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、低溫力學(xué)性能應(yīng)用：航空航天、汽車、電工、化工、交通運(yùn)輸、國(guó)防5.1.1鋁及鋁合金的分類、成分及性能1.鋁及鋁合金的分類1）根據(jù)合金化系列：工業(yè)純鋁、鋁銅合金、鋁錳合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁鎂硅合金、鋁鋅鎂銅合金等2）按強(qiáng)化方式：非熱處理強(qiáng)化鋁合金和熱處理強(qiáng)化鋁合金3）按鋁制產(chǎn)品形式不同：變形鋁合金和鑄造鋁合金第3頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五圖5-1鋁合金分類示意圖1—變形鋁合金2—鑄造鋁合金3—非熱處理強(qiáng)化鋁合金4—熱處理強(qiáng)化鋁合金第4頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五表5-1鋁合金分類分類合金名稱合金系性能特點(diǎn)牌號(hào)示例變形鋁合金非熱處理強(qiáng)化鋁合金防銹鋁Al-Mn抗蝕性、壓力加工性與焊接性能好、但強(qiáng)度較低3A21Al-Mg5A05熱處理強(qiáng)化鋁合金硬鋁Al-Cu-Mg力學(xué)性能高2A11超硬鋁Al-Cu-Mg-Zn強(qiáng)度最高7A04鍛鋁Al-Mg-Si-Cu鍛造性能好、耐熱性能好6A02Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70鑄造鋁合金鋁硅合金Al-Si鑄造性能好，不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低ZL102特殊鋁硅合金Al-Si-Mg鑄造性能良好，可熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高ZL101Al-Si-CuZL107鋁銅鑄造合金Al-Cu耐熱性好，鑄造性能與抗蝕性差ZL201鋁鎂鑄造合金Al-Mg力學(xué)性能高，抗蝕性好ZL301第5頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五非熱處理強(qiáng)化鋁合金：可通過加工硬化、固溶強(qiáng)化提高力學(xué)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度中等、塑性及耐蝕性好，又稱防銹鋁焊接性良好是焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣的鋁合金熱處理強(qiáng)化鋁合金：通過固溶、淬火、時(shí)效等工藝提高力學(xué)性能經(jīng)熱處理：可顯著提高抗拉強(qiáng)度焊接性較差：熔焊時(shí)產(chǎn)生焊接裂紋的傾向較大，焊接接頭的力學(xué)性能下降包括：硬鋁、超硬鋁、鍛鋁等第6頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五類別牌號(hào)主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))（%）原牌號(hào)CuMgMnFeSiZnNiCrTiBeAlFe+Si工業(yè)純鋁1A990.05——0.0030.002—————99.99—LG51A970.05——0.0150.015—————99.97—LG41A850.01——0.100.08—————99.85—LG110700.040.030.030.250.20.04——0.03—99.8——10350.05——0.350.40—————99.300.60L412000.05——0.050.050.10——0.05—99.001.00L58A060.100.100.100.500.550.10余量1.00L6防銹鋁5A020.102.0~2.80.15~0.40.40.4———0.15—余量0.6LF25A030.103.2~3.80.30~0.60.500.50~0.80.20——0.15——LF350520.12.2~2.80.10.40.250.1—0.15~0.35————50830.104.0~4.90.4~1.00.400.400.25—0.05~0.250.15——LF45A050.104.8~5.50.30~0.60.500.500.20—————LF55B050.204.7~5.70.20~0.60.40.4———0.15—0.6LF105A120.058.3~9.60.40~0.80.300.300.200.10Sb0.004~0.050.05~0.150.05—LF1230030.05~0.21.0~1.50.70.60.10——————3A210.200.051.0~1.60.700.60.10——0.15——LF21表5-2常用鋁及鋁合金的牌號(hào)及化學(xué)成分2、鋁及鋁合金的牌號(hào)、成分及性能第7頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五硬鋁2A022.6~3.22.0~2.40.45~0.70.300.300.10——0.15余量—LY22A043.2~3.72.1~2.60.5~0.80.300.300.10——0.05~0.40.001~0.005—LY42A063.8~4.31.7~2.30.5~1.00.500.500.10——0.03~0.150.001~0.005—LY62B113.8~4.50.4~0.80.40~0.80.500.500.10——0.15——LY82A103.9~4.50.15~0.30.30~0.50.200.250.10——0.15——LY102A113.8~4.80.40~0.80.40~0.80.700.700.300.10—0.15—Fe+Ni0.7LY112A123.8~4.91.2~1.80.30~0.90.500.500.300.10—0.15—Fe+Ni0.5LY122A134.0~5.00.30~0.5—0.600.700.600.10—0.15——LY13鍛鋁6A020.2~0.60.45~0.9或Cr0.15~0.350.500.50~1.20.2____0.15__余量__LD22A701.9~2.51.4~1.80.20.9~1.50.350.30.9~1.5—0.02~0.1—__LD72A903.5~4.50.4~0.80.20.5~1.00.5~1.00.31.8~2.3—0.15—__LD92A143.9~4.80.4~0.80.4~1.00.70.6~1.20.30.1—0.15____LD10超硬鋁7A031.8~2.41.2~1.60.100.200.206.0~6.7__0.050.02~0.08__余量__LC37A041.4~2.01.8~2.80.20~0.60.500.505.0~7.0__0.10~0.25______LC47A091.2~2.02.0~3.00.150.50.55.1~6.1__0.16~0.30______LC97A100.5~1.03.0~4.00.20~0.350.300.303.2~4.2__0.10~0.20.05____LC10特殊鋁4A010.20____0.64.5~6.0Zn+Sn0.10____0.15__余量__LT14A17Cu+Zn0.150.050.50.511.0~12.5______0.15__Ca0.10LT17第8頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五類別合金牌號(hào)材料狀態(tài)抗拉強(qiáng)度b/MPa屈服強(qiáng)度s

/MPa伸長(zhǎng)率

(%)斷面收縮率

(%)布氏硬度HB工業(yè)純鋁1A99固溶態(tài)450.2=105=50—178A06退火903030—251035冷作硬化14010012—32防銹鋁3A21退火冷作硬化130160501302010705530405A02退火冷作硬化200250100210236——45605A055B05退火27015023——70硬鋁2A11淬火+自然時(shí)效退火包鋁的，淬火+自然時(shí)效包鋁的，退火420210380180240110220110181818183558——10045100452A12淬火+自然時(shí)效退火包鋁的，淬火+自然時(shí)效包鋁的，退火470210430180330110300100171818183055——10542105422A01淬火+自然時(shí)效退火30016017060242450—7038鍛鋁6A02淬火+人工時(shí)效淬火退火323.4215.6127.4274.4117.660122224205065956530超硬鋁7A04淬火+人工時(shí)效退火588254.8539127.41213——150—表5.3常用鋁及鋁合金的力學(xué)性能第9頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五合金密度ρ/g·cm3比熱容C/J·g-1·℃-1熱導(dǎo)率λ/J·cm-1·s-1·℃-1線膨脹系數(shù)α/×10-6℃-1電導(dǎo)率ρ/×10-6Ω·cm100℃25℃20100℃20℃純鋁3A215A035A062A122A166A022A142.72.6932.672.642.782.702.802.850.901.000.880.920.920.880.790.832.211.801.461.171.171.381.751.5923.623.223.523.722.722.623.522.52.6653.454.966.735.796.103.704.30表5-4鋁及鋁合金的物理性能第10頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五5.1.2鋁及鋁合金的焊接性①化學(xué)活性很強(qiáng)：表面極易形成難熔氧化膜

Al2O3熔點(diǎn)2050℃，MgO熔點(diǎn)2500℃②導(dǎo)熱性強(qiáng)

——1）焊接時(shí)易造成不熔合現(xiàn)象氧化膜密度與鋁的密度接近：

——2）易成為焊縫金屬的夾雜物氧化膜(特別MgO存在不很致密氧化膜)可吸收較多水分

——3）焊縫氣孔線膨脹系數(shù)大

——4）焊接時(shí)容易產(chǎn)生翹曲變形第11頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五焊接方法焊接性及適用范圍說明工業(yè)純鋁鋁錳合金鋁鎂合金鋁銅合金適用厚度/mm1070110030033004508350565052545420142024推薦可用TIG焊(手工、自動(dòng))好好好好很差1~100.9~25填絲或不填絲，厚板需預(yù)熱。交流電源MIG焊(手工、自動(dòng))好好好好差≥8≥4焊絲為電極，厚板需預(yù)熱和保溫。直流反接脈沖MIG焊(手工、自動(dòng))好好好好差≥21.6~8適用于薄板焊接氣焊好好很差差很差0.5~100.3~25適用于薄板焊接焊條電弧焊尚好尚好很差差很差3~8—直流反接，需預(yù)熱，操作性差電阻焊(點(diǎn)焊、縫焊)尚好尚好好好尚好0.7~30.1~4需要電流大等離子弧焊好好好好差1~10—焊縫晶粒小，抗氣孔性能好電子束焊好好好好尚好3~75≥3焊接質(zhì)量好，適用于厚件表5-5部分鋁及鋁合金的相對(duì)焊接性第12頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五1、焊縫中的氣孔焊縫氣孔：熔焊時(shí)最常見缺陷，特別純鋁、防銹鋁（1）鋁及其合金熔焊時(shí)形成氣孔原因氫是鋁及其合金熔焊時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因氫的來源：①弧柱氣氛中的水分②焊材及母材所吸附的水分第13頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五①弧柱氣氛中水分的影響

由弧柱氣氛中水分分解而來的氫，溶入過熱熔融金屬中，凝固時(shí)來不及析出成為焊縫氣孔。圖5-2氫在鋁中的溶解度（pH2=101kPa）平衡條件下：沿實(shí)線變化凝固點(diǎn)時(shí)：0.69↓→0.036及：鋁導(dǎo)熱性強(qiáng)，熔合區(qū)冷卻速度快，不利于氣泡浮出原因：氫在鋁中的溶解度氣孔特征：具有白亮內(nèi)壁第14頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五不同合金系對(duì)弧柱氣氛中水分的影響：純鋁：對(duì)氣氛中的水分最為敏感Al-Mg合金：

Mg含量↗→氫的溶解度、引起氣孔的臨界氫分壓pH2↗→不太敏感即：同樣焊接條件下，純鋁焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向要大些第15頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五不同焊接方法對(duì)弧柱氣氛中水分的敏感性：TIG焊：熔池金屬表面與氣體氫反應(yīng)，因比表面積小和熔池溫度低于弧柱溫度，吸收氫的條件不如MIG焊時(shí)容易MIG焊：焊絲以細(xì)小熔滴形式通過弧柱落入熔池，由于弧柱溫度高，熔滴比表面積大，熔滴金屬易于吸收氫同時(shí)：MIG焊的熔深一般大于TIG焊的熔深→不利于氣泡的浮出因而，在同樣的氣氛條件下，MIG焊時(shí)焊縫氣孔傾向比TIG焊時(shí)大第16頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五②氧化膜中水分的影響正常焊接條件：氣氛中的水分已嚴(yán)格限制生成焊縫氣孔主要原因：焊絲或工件氧化膜中所吸附水分

氧化膜不致密、吸水性強(qiáng)的鋁合金（如Al-Mg合金），比氧化膜致密的純鋁具有更大的氣孔傾向。

Al-Li合金的氧化膜更易吸收水分而促使產(chǎn)生氣孔MIG焊由于熔深大，坡口端部的氧化膜能迅速熔化，有利于氧化膜中水分的排除，氧化膜對(duì)焊縫氣孔的影響就小得多第17頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五表5.6純鋁焊絲表面清理方法對(duì)焊縫含氫量的影響處理方法未處理不完全的機(jī)械刮削15%NaOH（2min）+15%HNO3(8min)+水洗干燥沸騰蒸餾水中加熱1h，室內(nèi)存放1d氣體總量/mL?100g-12.81.61.08.7氫量

/mL?100g-12.11.30.76.9氫體積比率

(%)74.981.370.079.3

若為Al-Mg合金焊絲，對(duì)焊縫含氫量影響更顯著嚴(yán)格限制弧柱氣氛水分的MIG條件下，用Al-Mg合金焊絲比用純鋁焊絲時(shí)具有更大氣孔傾向第18頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五TIG焊：在熔透不足的情況下，母材坡口根部未除凈的氧化膜所吸附的水分是氣孔的主要原因氧化膜：提供了氫的來源能使氣泡聚集附著坡口端部氧化膜引起的氣孔：分布：沿著熔合區(qū)原坡口邊緣分布顏色：內(nèi)壁呈氧化色Al-Mg合金：比純鋁更易于形成疏松而吸水性強(qiáng)的厚氧化膜，所以Al-Mg合金更易產(chǎn)生這種氧化膜氣孔焊接鋁鎂合金時(shí)，焊前須仔細(xì)清除坡口端部的氧化膜第19頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五皮下氣孔：Al-Mg合金氣焊或TIG焊慢速焊條件下，母材表面氧化膜也會(huì)在近縫區(qū)引起“氣孔”以表面密集的小顆粒狀的“鼓泡”形式呈現(xiàn)出來（2）防止焊縫氣孔的途徑1）減少氫的來源a、焊材要嚴(yán)格限制含水量，使用前需干燥處理b、焊前處理：焊絲及母材表面的氧化膜應(yīng)徹底清除化學(xué)或機(jī)械方法，或兩者并用（化學(xué)清洗后應(yīng)及時(shí)施焊）第20頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五表5-7鋁合金化學(xué)清洗溶液及處理方法示例

作用配方處理方法脫脂去油Na3PO450gNa2CO350gNa2SiO330gH2O1000g在60℃溶液中浸泡5~8min，然后在30℃熱水中沖洗、冷水中沖洗，用干凈的布擦干清除氧化膜NaOH（除氧化膜）

5%~8%HNO3（光化處理）

30%~50%50~60℃；NaOH中浸泡（純鋁20min，鋁鎂合金5~10min），用冷水沖洗。然后在30%HNO3中浸泡（≤1min）。最后在50~60℃熱水中沖洗，放在100~110℃干燥箱中烘干或風(fēng)干c、正反面全面保護(hù)，配以坡口刮削d、將坡口下端根部刮去一個(gè)倒角(成為倒V形小坡口)

防止根部氧化膜引起的氣孔第21頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五圖鏟根對(duì)焊縫氣孔的影響（Al-4Mg-1Mn，MIG）1—未鏟根2—鏟根e、焊接時(shí)鏟焊根f、MIG焊時(shí)，采用粗直徑焊絲氣孔傾向小第22頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2）控制焊接工藝焊接參數(shù)的影響：對(duì)熔池高溫存在時(shí)間的影響即對(duì)氫溶入時(shí)間和氫析出時(shí)間影響熔池高溫存在時(shí)間增長(zhǎng)：有利于氫的逸出，但也有利于氫的溶入；熔池高溫存在時(shí)間減少：可減少氫的溶入，但也不利于氫的逸出焊接參數(shù)不當(dāng)：如造成氫溶入量多而又不利于逸出時(shí)氣孔傾向勢(shì)必增大第23頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五TIG焊參數(shù)選擇：一方面采用小熱輸入以減少熔池存在時(shí)間，從而減少氣氛中氫的溶入，因而須適當(dāng)提高焊接速度；同時(shí)又要保證根部熔合，以利根部氧化膜中的氣泡浮出，又須適當(dāng)增大焊接電流圖5-3焊接工藝參數(shù)對(duì)氣孔傾向的影響（5A06，TIG）大電流配合較高焊速第24頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五MIG焊：焊絲氧化膜的影響更明顯增大熔池時(shí)間以利氣泡逸出圖5-5MIG焊接時(shí)焊縫氣孔傾向與焊接工藝參數(shù)的關(guān)系（板Al-2.5%Mg，焊絲Al-3.5%Mg）降低焊速和提高熱輸入第25頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五圖5-5板厚及接頭形式對(duì)焊縫氣體含量的影響（MIG）1—對(duì)接接頭2—T形接頭薄板焊接：熱輸入增大→減少焊縫中氣體含量中厚板焊接：熱輸入增大影響不明顯接頭冷卻條件：可采取預(yù)熱來降低接頭冷卻速度，以利氣體逸出，減少焊縫氣孔傾向T形接頭的冷卻速度是對(duì)接接頭的1.5倍第26頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五改變弧柱氣氛的性質(zhì)如氬弧焊時(shí)，Ar中+少量CO2或O2等氧化性氣體→使氫發(fā)生氧化而減小氫分壓→減少氣孔生成傾向CO2或O2的數(shù)量要適當(dāng)控制：數(shù)量少時(shí)無效果過多時(shí)又會(huì)使焊縫表面氧化嚴(yán)重而發(fā)黑第27頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2、焊接熱裂紋熱裂紋：焊縫凝固裂紋、近縫區(qū)液化裂紋1）鋁合金焊接熱裂紋的特點(diǎn)理論上：最大裂紋傾向與合金最大凝固溫度區(qū)間相對(duì)應(yīng)實(shí)際上：圖5-6Al-Mg合金焊縫凝固裂紋與含Mg量的關(guān)系（T形角接接頭）1—連續(xù)焊道2—斷續(xù)焊道焊縫裂紋傾向最大時(shí)成分xm：2%Mg附近并非凝固溫度區(qū)間最大（l5.36%Mg）的合金第28頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五易熔共晶的存在，是焊縫產(chǎn)生凝固裂紋的重要原因之一原因：焊接加熱和冷卻過程都很快，使合金來不及建立平衡狀態(tài)，固相與液相之間的擴(kuò)散來不及進(jìn)行，先凝固的固相中合金元素含量少，而液相中卻含較多合金元素，以致可在較少的平均濃度下就出現(xiàn)共晶

鋁合金線膨脹系數(shù)大，在拘束條件下焊接時(shí)易產(chǎn)生較大焊接應(yīng)力，是促使其具有較大裂紋傾向原因之一近縫區(qū)液化裂紋：與晶間易熔共晶有聯(lián)系，是在不平衡焊接加熱條件下因偏析而形成的第29頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2）防止焊接熱裂紋的途徑焊縫金屬的凝固裂紋：合理確定焊縫的合金成分，并配合適當(dāng)焊接工藝來進(jìn)行控制①合金系的影響Al+Cu、Mn、Si、Mg、Zn等→獲得不同性能合金→裂紋敏感性不同調(diào)整焊縫合金系的著眼點(diǎn)：從抗裂角度考慮：在于控制適量的易熔共晶并縮小結(jié)晶溫度區(qū)間第30頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五圖5-9焊絲成分對(duì)不同母材焊縫熱裂傾向的影響1—3A212—Al-2.5%Mg3—Al-3.5%Mg4—Al-5.2%MgAl-Mg合金焊接：焊絲：wMg%>3.5%

或>5%為好Al-Mn合金焊接：焊絲：wMg%>8%→改善焊縫抗裂性第31頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五高強(qiáng)鋁合金：如硬鋁，裂紋傾向大在原合金系中進(jìn)行成分調(diào)整以改善抗裂性，成效不大采用含wSi=5%的Al-Si合金焊絲（4A01）來解決抗裂問題原因：可形成較多易熔共晶，流動(dòng)性好，具有很好“愈合”作用，有很高抗裂性能第32頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五圖5-10Al-Cu-Mg及Al-Cu-Mn系合金的凝固裂紋傾向與合金組成的關(guān)系（鑄環(huán)抗裂試驗(yàn)）a）Al-Cu-Mg合金b）Al-Cu-Mn合金Al-Cu系硬鋁合金：為改善焊接性而設(shè)計(jì)硬鋁合金2A122A2A162A16：Al-Cu-Mn合金

Mg可降低Al-Cu合金中Cu的溶解度，促使增大脆性溫度區(qū)間，故取消Al-Cu-Mg中的Mg，添加少量Mn(wMn<1%)第33頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五Al-Cu-Mn合金:wCu=6%~7%時(shí)，正處裂紋傾向不大區(qū)域

Mn：能提高再結(jié)晶溫度而改善熱強(qiáng)性，可作耐熱鋁合金應(yīng)用

wTi=0.1%~0.2%：細(xì)化晶粒

wFe＞0.3%：降低強(qiáng)度和塑性

wSi＞0.2%時(shí)：增大裂紋傾向特別Si、Mg同時(shí)存在時(shí)，裂紋傾向更嚴(yán)重限制wMg＜0.05%第34頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五超硬鋁：焊接性差，尤其熔焊時(shí)易產(chǎn)生裂紋

且接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材

Cu：影響最大，在Al-6%Zn-2.5%Mg中只加入

wCu=0.2%即可引起焊接裂紋Al-Zn-Mg系合金：焊接裂紋傾向小

所用焊絲不許含Cu，且應(yīng)提高M(jìn)g含量，同時(shí)要求wMg＞wZnZn及Mg增多時(shí)，強(qiáng)度增高但耐蝕性下降

焊后僅靠自然時(shí)效，接頭強(qiáng)度即可基本恢復(fù)到母材水平高強(qiáng)鋁合金焊絲：含Ti、Zr、V、B等微量元素

→細(xì)化晶粒、改善塑性、韌性顯著提高抗裂性能第35頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五圖5-11母材與焊絲組合的抗熱裂性試驗(yàn)(剛性T形接頭；TIG)（括號(hào)中數(shù)字為母材代號(hào)，無括號(hào)的數(shù)字為焊絲代號(hào)）②焊絲成分的影響1）采用成分與母材相同焊絲時(shí)，具有較大裂紋傾向2）Al-5%Si焊絲4043、Al-5%Mg焊絲5A05或5556抗裂效果滿意3）Al-Zn-Mg合金專用焊絲X5180（Al-4%Mg-2%Zn-0.15%Zr）具有相當(dāng)高的抗裂性能第36頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五③焊接參數(shù)的影響焊接參數(shù)影響凝固過程不平衡性凝固組織狀態(tài)應(yīng)力變化影響裂紋產(chǎn)生熱能集中焊接方法：

可防止形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶→可以改善抗裂性小焊接電流：可減少熔池過熱，有利于改善抗裂性焊接速度提高：促使增大焊接接頭應(yīng)力，增大熱裂傾向大部分鋁合金的裂紋傾向都比較大即使采用合理焊絲，熔合比大時(shí)，裂紋傾向也必然增大增大焊接電流是不利的，而且應(yīng)避免斷續(xù)焊接第37頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五3、焊接接頭的“等強(qiáng)性”表5-8鋁合金母材及焊接接頭（MIG焊）的力學(xué)性能比較合金母材（最小值）接頭（焊縫余高削除）狀態(tài)σb/MPaσs/MPaδ(%)焊絲焊后熱處理σb/MPaσs/MPaδ(%)Al-Mg(5052)退2009618冷作23417865356—19382.318Al-Cu-Mg(2024)退火220109164043—207109155356—20710915固溶+自然時(shí)效427275154043—2802013.15356—2951943.9同母材—2892754同母材自然時(shí)效1個(gè)月371—4AL-Cu(2219)固溶+人工時(shí)效463383102319—2852083Al-Zn-Mg-Cu(7075)固溶+人工時(shí)效53648274043人工時(shí)效3092003.7Al-Zn-Mg(X7005)固溶+自然時(shí)效35222518X5180自然時(shí)效1個(gè)月3162147.3固溶+人工時(shí)效35230415X5180自然時(shí)效1個(gè)月3122146.2Al-Zn-Mg(7039)—461402115356—3241968Al-Cu-Li(weldalite049)固溶+人工時(shí)效—650—2319—3432373.9第38頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五非時(shí)效強(qiáng)化鋁合金如Al-Mg合金：

冷作狀態(tài)下焊接時(shí)接頭有軟化現(xiàn)象時(shí)效強(qiáng)化鋁合金：

焊后不經(jīng)熱處理，接頭強(qiáng)度均低于母材特別硬鋁：即使焊后經(jīng)人工時(shí)效處理接頭強(qiáng)度系數(shù)<60%Al-Zn-Mg合金：接頭強(qiáng)度與焊后自然時(shí)效的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)系焊后僅依靠自然時(shí)效的時(shí)間增長(zhǎng)，接頭強(qiáng)度即可提高到接近母材的水平，這是Al-Zn-Mg合金值得注意的特點(diǎn)1）強(qiáng)度第39頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2）塑性：

所有時(shí)效強(qiáng)化的鋁合金，焊后不論是否經(jīng)過時(shí)效處理，其接頭塑性均未能達(dá)到母材水平

鋁合金焊接時(shí)的不等強(qiáng)性表明焊接接頭發(fā)生了某種程度的軟化或性能上的削弱1）焊縫a、在退火狀態(tài)以及焊縫成分與母材一致條件下

強(qiáng)度可能差別不大，但焊縫塑性都不如母材b、焊縫成分不同于母材

焊縫性能將主要決定于所選用的焊接材料保證焊縫強(qiáng)度與塑性：固溶強(qiáng)化型合金系優(yōu)于共晶型合金系第40頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五c、焊接工藝條件影響：

①多層焊時(shí)，后一焊道可使前一焊道重熔一部分，會(huì)發(fā)生缺陷的積累，特別是在層間溫度過高時(shí)，可能使層間出現(xiàn)熱裂紋

②焊接熱輸入越大，焊縫性能下降的趨勢(shì)也越大2）熔合區(qū)非時(shí)效強(qiáng)化鋁合金焊接時(shí)：晶粒粗化而降低塑性時(shí)效強(qiáng)化鋁合金焊接時(shí)：晶粒粗化、因晶界液化而產(chǎn)生顯微裂紋3）熱影響區(qū)（HAZ）

非時(shí)效強(qiáng)化合金或時(shí)效強(qiáng)化合金，HAZ都表現(xiàn)出即軟化第41頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五4、焊接接頭的耐蝕性鋁合金焊接接頭耐蝕性：一般低于母材熱處理強(qiáng)化鋁合金（如硬鋁）接頭耐蝕性降低尤其明顯影響接頭耐蝕性的因素：1）接頭組織越不均勻，越易降低耐蝕性2）焊縫金屬的純度和致密性：雜質(zhì)較多、晶粒粗大以及脆性相(如FeAl3)析出等，耐蝕性會(huì)明顯下降出現(xiàn)：局部表面腐蝕、晶間腐蝕3）焊接應(yīng)力第42頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五改善接頭耐蝕性措施：1）改善接頭組織成分的不均勻性

主要通過焊材使焊縫合金化，細(xì)化晶粒并防止缺陷；同時(shí)通過限制焊接熱輸入以減小熱影響區(qū)，并防止過熱。2）消除焊接應(yīng)力

表面拉應(yīng)力可采用局部錘擊辦法來消除焊后熱處理3）采取保護(hù)措施

例如，采取陽極氧化處理或涂層等第43頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五5.1.3鋁及鋁合金的焊接工藝1、焊接方法常用的焊接方法：氬弧焊（TIG、MIG）、等離子弧焊、電阻焊和電子束焊等也可采用：冷壓焊、超聲波焊、釬焊等較為合適焊接方法：熱功率大、能量集中和保護(hù)效果好氣焊、電弧焊：僅用于修復(fù)和焊接不重要的焊接結(jié)構(gòu)在鋁合金焊接中已逐漸被氬弧焊（TIG、

MIG）取代

第44頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2、焊接材料鋁及鋁合金焊絲：同質(zhì)焊絲、異質(zhì)焊絲選擇焊絲：首先考慮焊縫成分要求其次考慮抗裂性、力學(xué)性能、耐蝕性等選擇熔化溫度低于母材的填充金屬：

可減小熱影響區(qū)液化裂紋傾向非熱處理強(qiáng)化鋁合金的焊接接頭強(qiáng)度：

按1000系、4000系、5000系焊絲的次序增大wMg>3％的5000系的焊絲：

避免在使用溫度65℃以上的結(jié)構(gòu)中采用因?yàn)檫@些合金對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋很敏感第45頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五牌號(hào)化學(xué)成分

(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%)SiFeCuMnMgCrZnV、ZrTi其他Al每種合計(jì)1070—≤0.20≤0.25≤0.04≤0.03≤0.03—≤0.04—≤0.03≤0.03—≤99.701100HS301Si+Fe≤1.00.05~0.2≤0.05——≤0.10——≤0.05≤0.15≥99.001200—Si+Fe≤1.0≤0.05≤0.05——≤0.10—≤0.05≤0.05≤0.15≥99.002319—≤0.20≤0.305.8~6.80.2~0.4≤0.02—≤0.10V0.05~0.15Zr0.10~0.250.10~0.20≤0.05≤0.15余量4043HS3114.5~6.0≤0.8≤0.30≤0.05≤0.05—≤0.10—≤0.20≤0.05≤0.15余量4047HL40011.0~13.0≤0.8≤0.30≤0.15≤0.10—≤0.20——≤0.05≤0.15余量4145HL4029.3~10.7≤0.83.3~4.7≤0.15≤0.15≤0.15≤0.20——≤0.05≤0.15余量5554—≤0.25≤0.40≤0.100.50~1.02.4~3.00.05~0.20≤0.25—0.05~0.20≤0.05≤0.15余量5654—Si+Fe≤0.45≤0.05≤0.013.1~3.90.15~0.35≤0.20—0.05~0.15≤0.05≤0.15余量5356—≤0.25≤0.40≤0.100.05~0.24.5~5.50.05~0.20≤0.10—0.06~0.20≤0.05≤0.15余量5556HS331≤0.25≤0.40≤0.100.50~1.04.7~5.50.05~0.20≤0.25—0.05~0.20≤0.05≤0.15余量5183—≤0.40≤0.40≤0.100.50~1.04.3~5.20.05~0.25≤0.25—≤0.15≤0.05≤0.15余量表5.9鋁及鋁合金焊絲的化學(xué)成分第46頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五焊接氣體：Ar、He

Ar技術(shù)要求：φAr＞99.9%，wO＜0.005%，wH＜0.005%，

w水分＜0.02mg/L，wN＜0.015%

wO

、wN

↗→惡化陰極霧化作用

wO：＞0.3%使鎢極燒損加劇

>0.1%使焊縫表面無光澤或發(fā)黑TIG焊：交流加高頻焊接選用純Ar，適用大厚板；直流正極性焊接選用Ar+He或純He第47頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五MIG焊：

板厚＜25mm時(shí)，采用純Ar；板厚=25~50mm時(shí)，10%~35%He的Ar+He混合氣體；板厚=50~75mm時(shí)，35%~50%He的Ar+He混合氣體；板厚＞75mm時(shí)，添加50%~75%He的Ar+He混合氣體3、焊前清理和預(yù)熱1）化學(xué)清理效率高，質(zhì)量穩(wěn)定適用于：清理焊絲以及尺寸不大、批量生產(chǎn)的工件第48頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五溶液濃度溫度/℃容器材料工序目的硝酸50%水50%硝酸18~24不銹鋼浸15min，在冷水中漂洗，然后在熱水中漂洗，干燥去除薄的氧化膜，供熔焊用氫氧化鈉+硝酸5%氫氧化鈉95%水70低碳鋼浸10~60s，在冷水中漂洗去除厚氧化膜，適用于所有焊接方法和釬焊方法濃硝酸18~24不銹鋼浸30s，在冷水中漂洗，然后在熱水中漂洗，干燥硫酸鉻酸硫酸CrO3水70~80襯鋁的鋼罐浸2~3min，在冷水中漂洗，然后在熱水中漂洗，干燥去除因熱處理形成的氧化膜磷酸鉻酸磷酸CrO3水93不銹鋼浸5~10min，在冷水中漂洗，然后在熱水中漂洗，干燥去除陽極化處理鍍層表5-10去除鋁表面氧化膜的化學(xué)處理方法焊絲清洗后：在150~200℃烘箱內(nèi)烘焙0.5h，然后存放在100℃

烘箱內(nèi)隨用隨取焊件清洗過：應(yīng)立即進(jìn)行裝配、焊接第49頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2）機(jī)械清理先用丙酮或汽油擦洗工件表面油污，然后根據(jù)零件形狀采用切削方法，也可使用刮刀、銼刀等。較薄的氧化膜可采用不銹鋼鋼絲刷清理，不宜采用砂紙或砂輪打磨。清理后的焊絲、工件焊前存放時(shí)間一般不要超過12h3）焊前預(yù)熱焊前最好不預(yù)熱，因?yàn)轭A(yù)熱可加大熱影響區(qū)的寬度，降低鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能。厚度>5~8mm的厚大鋁件焊前需進(jìn)行預(yù)熱：以防變形和未焊透，減少氣孔等缺陷通常預(yù)熱到90℃即足以保證在始焊處有足夠的熔深

wMg=4.0%~5.5%的鋁鎂合金的預(yù)熱溫度不應(yīng)超過90℃第50頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五4、焊接工藝要點(diǎn)1）鋁及鋁合金的氣焊用于：0.5~10mm厚的鋁及鋁合金件對(duì)質(zhì)量要求不高或補(bǔ)焊的鋁及鋁合金鑄件①氣焊的坡口形式及尺寸②氣焊溶劑的選用③氣焊操作④焊后處理第51頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2）鋁及鋁合金的鎢極氬弧焊（TIG焊）

適于：厚度<3mm的鋁及鋁合金薄板交流TIG焊：①具有去除氧化膜的清理作用②不用熔劑，避免了焊后熔劑殘?jiān)鼘?duì)接頭的腐蝕，③接頭形式不受限制，④焊縫成形良好、表面光亮

⑤氬氣流對(duì)焊接區(qū)的沖刷使接頭冷卻加快，改善了接頭的組織性能，適于全位置焊接

⑥不用熔劑，焊前清理要求比其他焊接方法嚴(yán)格第52頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五焊接鋁及鋁合金最適宜：交流TIG焊和交流脈沖TIG焊交流TIG焊：可在載流能力、電弧可控性以及電弧清理等方面實(shí)現(xiàn)最佳配合大多數(shù)采用交流電源

直流正接時(shí)：熱量產(chǎn)生于工件表面，熔深大即使厚截面也不需預(yù)熱，母材幾乎不變形直流反接時(shí)：對(duì)連續(xù)焊或補(bǔ)焊壁厚2.4mm以下的鋁合金件仍有著熔深淺、電弧易控制等優(yōu)點(diǎn)第53頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五板厚/mm鎢極直徑/mm焊接電流/A焊絲直徑/mm氬氣流量//Lmin-1噴嘴孔徑/mm焊接層數(shù)正面/背面預(yù)熱溫度/℃?zhèn)渥?240~601.67~98正1—卷邊焊22~390~1202~2.58~128~12對(duì)接焊44180~200310~1510~121~2/1—65240~280416~2014~161~2/1—10280~3404~53~4/1~2100~150145~6340~3805~620~2416~20180~20016~206340~38025~3016~222~3/2~3200~26022~256~7360~40030~3520~223~4/3~4表5-11純鋁、鋁鎂合金手工TIG焊的工藝參數(shù)

為了防止起弧處及收弧處產(chǎn)生裂紋等缺陷，有時(shí)需要加引弧板和引出板第54頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五焊件厚度/mm焊件層數(shù)鎢極直徑/mm焊絲直徑/mm噴嘴直徑/mm氬氣流量/Lmin-1焊接電流/A送絲速度/mh-1111.5~21.68~105~6120~160—231.6~212~14180~22065~7041~252~310~1414~18240~28070~756~82~35~6314~1818~2475~808~1263~4300~34080~85表5-12自動(dòng)TIG焊的工藝參數(shù)第55頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五交流脈沖TIG焊：特別適用于焊接鋁合金精密零件增加脈沖可減小熱輸入，有利于薄鋁件的焊接加熱速度快、高溫停留時(shí)間短、對(duì)熔池有攪拌作用，焊接薄板、硬鋁可得到滿意的結(jié)果對(duì)仰焊、立焊、管子全位置焊、單面焊雙面成形等，也可得到較好的焊接效果表5-13鋁及鋁合金交流脈沖TIG焊的工藝參數(shù)母材板厚/mm鎢極直徑/mm焊絲直徑/mm電弧電壓/V脈沖電流/A基值電流/A脈寬比

(%)氣體流量/Lmin-1頻率/Hz5A031.532.51480453351.72.515955025A06221083442.52A122.513140523682.6第56頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五表5-14鋁及鋁合金TIG焊的常見缺陷及防止措施缺陷產(chǎn)生原因防止措施氣孔氬氣純度低，焊絲或母材坡口附近有污物；焊接電流和焊速選擇過大或過?。蝗鄢乇Ｗo(hù)欠佳，電弧不穩(wěn)，電弧過長(zhǎng)，鎢極伸出過長(zhǎng)保證氬氣純度，選擇合適氣體流量；調(diào)整好鎢極伸出長(zhǎng)度；焊前認(rèn)真清理，清理后及時(shí)焊接；正確選擇焊接參數(shù)裂紋焊絲成分選擇不當(dāng)；熔化溫度偏高；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理；高溫停留時(shí)間長(zhǎng)；弧坑沒填滿選擇成分與母材匹配的焊絲；加入引弧板或采用電流衰減裝置填滿弧坑；正確設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)；減小焊接電流或適當(dāng)增加焊接速度未焊透

焊接速度過快，弧長(zhǎng)過大，焊件間隙、坡口角度、焊接電流均過小，鈍邊過大；工件坡口邊緣的毛刺、底邊的污垢焊前沒有除凈；焊炬與焊絲傾角不正確

正確選擇間隙、鈍邊、坡口角度和焊接參數(shù)；加強(qiáng)氧化膜、熔劑、焊渣和油污的清理；提高操作技能等焊縫夾鎢

接觸引弧所致；鎢極末端形狀與焊接電流選擇的不合理，使尖端脫落；填絲觸及到熱鎢極尖端和錯(cuò)用了氧化性氣體

采用高頻高壓脈沖引??；根據(jù)選用的電流，采用合理的鎢極尖端形狀；減小焊接電流，增加鎢極直徑，縮短鎢極伸出長(zhǎng)度；更換惰性氣體咬邊

焊接電流太大，電弧電壓太高，焊炬擺幅不均勻，填絲太少，焊接速度太快

降低焊接電流與電弧長(zhǎng)度；保持?jǐn)[幅均勻；適當(dāng)增加送絲速度或降低焊接速度第57頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五3）鋁及鋁合金的熔化極氬弧焊（MIG焊）MIG焊：采用直流反極性焊接薄、中等厚度板材時(shí)，可用純Ar作保護(hù)氣體；焊接厚大件時(shí)，采用（Ar+He）混合氣體，也可采用純He保護(hù)焊前一般不預(yù)熱，板厚較大時(shí)，也只需預(yù)熱起弧部位根據(jù)焊件厚度：選擇坡口尺寸、焊絲直徑和焊接電流等工藝參數(shù)第58頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五板材牌號(hào)焊絲型號(hào)(牌號(hào))板材厚度/mm坡口尺寸焊絲直徑/mm噴嘴直徑/mm氬氣流量/Lmin-1焊接電流/A電弧電壓/V焊接速度/mh-1備注鈍邊/mm坡口角度/(o)5A05SAlMg-5(HS331)5——2.0222824021~2242單面焊雙面成形10601050ASAl-3(HS39)6~8——2.52230~35230~26026~2725正反面均焊一層81216202548121621100300~32024~283.04.04.04.028320~34028~291540~45380~42029~3117~2050~60450~500490~55017~19—5A025A03SAlMn(HS331)121825814161203.04.04.022282830~3550~6050~60320~350450~470490~52028~3029~3029~302418.716~192A11SAlSi-5(HS311)506~875—28—450~50024~2715~18采用雙面U形坡口,鈍邊6~8mm表5-15純鋁、鋁鎂合金和硬鋁自動(dòng)MIG焊的工藝參數(shù)注：1.正面層焊完后必須鏟除焊根，然后進(jìn)行反面層的焊接；

2.焊炬向前傾斜10～15°。第59頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五板厚/mm坡口形式坡口尺寸/mm焊絲直徑/mm焊接電流/A焊接電壓/V氬氣流量/Lmin-1噴嘴直徑/mm備注6對(duì)接間隙0~22.0230~27026~2720~2520反面采用墊板僅焊一層焊縫8~12單面V形坡口間隙0~2鈍邊2坡口角度70°2.0240~32027~2925~3620正面焊兩層，反面焊一層14~18單面V形坡口間隙0~0.3鈍邊10~14坡口角度90°~100°2.5300~40029~3035~5022~24正面焊兩層，反面焊一層20~25單面V形坡口間隙0~0.3鈍邊16~21坡口角度90°~100°2.5~3.0400~45029~3150~6022~24表5-16純鋁半自動(dòng)MIG焊的工藝參數(shù)對(duì)于相同厚度的鋁錳、鋁鎂合金焊接電流：降低20~30A

氬氣流量：增大10~15L/min第60頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五脈沖MIG焊：可將熔池控制的很小，容易進(jìn)行全位置焊接，尤其焊接薄板、薄壁管的立焊縫、仰焊縫和全位置焊縫是一種較理想的焊接方法脈沖MIG焊電源是直流脈沖表5-17純鋁、鋁鎂合金半自動(dòng)脈沖MIG焊的工藝參數(shù)牌號(hào)板厚/mm焊絲直徑/mm基值電流/A脈沖電流/A焊接電壓/V脈沖頻率/Hz氬氣流量/Lmin-1備注10351.61.020110~13018~195018~20噴嘴孔徑16mm焊絲牌號(hào)10353.01.2140~16019~2020焊絲牌號(hào)10355A031.81.020~25120~14018~1920噴嘴孔徑16mm焊絲牌號(hào)5A035A054.01.2160~18019~2020~22噴嘴孔徑16mm焊絲牌號(hào)5A05第61頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五5.2銅及銅合金的焊接_

5.2.1銅及銅合金的分類、成分及性能_1、銅及銅合金的分類

2、銅及銅合金的牌號(hào)、成分及性能

5.2.2銅及銅合金的焊接性_

1、難熔合及易變形

2、熱裂紋

3、氣孔

4、焊接接頭性能的變化

5.2.3銅及銅合金的焊接工藝_

1、焊接方法和焊接材料

2、焊前準(zhǔn)備

3、焊接工藝及參數(shù)第62頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五5.2銅及銅合金的焊接5.2.1銅及銅合金的分類、成分及性能1.銅及銅合金的分類特點(diǎn)：優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、冷熱加工性能好，高的強(qiáng)度、抗氧化性、抗腐蝕性應(yīng)用：電氣、電子、動(dòng)力、化工等工業(yè)純銅：wCu%≥99.5%，紫銅黃銅：Cu-Zn二元合金，表面淡黃色青銅：Cu+Sn、Al、Si、Pb、Be等再+Zn、P、Ti等→獲得特殊性能白銅：wNi%<50%Cu-Ni合金，可+Mn、Fe、Zn等第63頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五合金名稱合金系性能特點(diǎn)牌號(hào)純銅Cu

導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好、良好的常溫和低溫塑性，對(duì)大氣、海水和某些化學(xué)藥品的耐腐蝕性好T1T2黃銅Cu-Zn

在保持一定塑性情況下，強(qiáng)度、硬度高，耐蝕性好H62H68青銅Cu-Sn

較高的力學(xué)性能、耐磨性能、鑄造性能和耐腐蝕性能，并保持一定的塑性焊接性能好QSn6.5-0.4Cu-AlQAl9-2Cu-SiQSi3-1Cu-BeQBe2.5白銅Cu-Ni

力學(xué)性能、耐蝕性能較好，在海水、有機(jī)酸和各種鹽溶液中具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)良的冷、熱加工性能B10表5-18銅及銅合金的分類第64頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五純銅：退火狀態(tài)（軟態(tài)）下塑性好，但強(qiáng)度低

——焊接結(jié)構(gòu)用經(jīng)冷加工變形后（硬態(tài)）→強(qiáng)度↗塑性↘經(jīng)550~600℃退火→塑性回復(fù)黃銅：具有比紫銅高得多的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性能，并保持一定的塑性青銅：除鈹青銅外，導(dǎo)熱性比紫銅、黃銅低幾倍至幾十倍，并具有較窄結(jié)晶區(qū)間，改善了焊接性白銅：結(jié)構(gòu)銅鎳合金：用于化工、精密機(jī)械、海洋工程電工銅鎳合金：重要電工材料焊接結(jié)構(gòu)：白銅不多，wNi=10%~30%的銅鎳合金第65頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2、銅及銅合金的牌號(hào)、成分及性能表5-19銅及銅合金的牌號(hào)、化學(xué)成分材料名稱牌號(hào)化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%)CuZnSnMnAlSiNi+Co其他雜質(zhì)≤純銅T1≤99.95———————0.05無氧銅TU1≤99.97———————0.03黃銅壓力加工黃銅H6867.0~70.0余量——————0.3C6260.5~63.5余量——————0.5鑄造黃銅ZHSi80-379~81余量———2.5~4.5——2.8ZHMn58-2-257~60余量—1.5~2.5———Pb1.5~2.52.5青銅壓力加工青銅QSn6.5-0.4余量—6.0~7.0—————0.1QBe2.5余量—————0.2~0.5Be2.3~2.60.5鑄造青銅ZQSnP10-1余量—9~11————Pb0.3~1.20.75白銅B10余量—————29~33——第66頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五材料名稱牌號(hào)材料狀態(tài)或鑄模力學(xué)性能物理性能抗拉強(qiáng)度σb/MPa伸長(zhǎng)率δ5(%)硬度HBS密度/g?cm-2線膨脹系數(shù)/10-6K-1熱導(dǎo)率/W?m-1?K-1熔點(diǎn)/℃純銅T1軟態(tài)196~25350—8.941.68395.801300硬態(tài)329~4906—黃銅H68軟態(tài)313.655—8.519.9117.04932硬態(tài)646.83150H62軟態(tài)323.449568.4320.6108.68905硬態(tài)5883164ZHSi80-3砂模245101008.317.041.8900金屬模29415110青銅QSn6.5-0.4砂模343~44160~7070~908.819.150.16995金屬模686~7847.5~12160~200QAl9-2軟態(tài)44120~4080~1007.617.071.061060硬態(tài)584~7844~5160~180QSi3-1軟態(tài)343~39250~60808.415.845.981025硬態(tài)637~7351~5180白銅B10軟態(tài)—————30.931149硬態(tài)———表5-20銅及銅合金的力學(xué)性能和物理性能第67頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五5.2.2銅及銅合金的焊接性1、難熔合及易變形焊接結(jié)構(gòu)：純銅及黃銅熔焊表5-21銅和鐵物理性能的比較金屬熱導(dǎo)率/w?(m?K)-1線膨脹系數(shù)/×10-6?K-1收縮率(%)熔點(diǎn)/℃20℃1000℃20~100℃Cu393.6326.616.44.71300Fe54.829.314.22.015801）銅導(dǎo)熱性好，熱容量大，母材和填充金屬難以熔合

——采用大功率熱源、加熱2）銅熱膨脹系數(shù)和收縮率較大，易引起內(nèi)應(yīng)力、變形

第68頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2、熱裂紋熔點(diǎn)326℃（Cu+Pb）

1064℃（Cu2O+Cu）

1067℃（Cu+Cu2S）

270℃（Cu+Bi）銅與雜質(zhì)形成低熔點(diǎn)共晶：圖5-14銅-氧相圖焊縫：wCu2O%>0.2%（wO%=0.02%）wPb>0.03%、wBi%>0.005%

會(huì)出現(xiàn)熱裂紋第69頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五

銅在高溫形成低熔點(diǎn)共晶體，分布在晶界上，在應(yīng)力作用下易產(chǎn)生熱裂紋。

采取措施避免接頭裂紋：

1）嚴(yán)格限制銅中的雜質(zhì)含量：

Pb、Bi、S等

2）增強(qiáng)對(duì)焊縫的脫氧能力通過焊絲加入Si、Mn、C、P等合金元素

C與O生成氣體逸出，其余脫氧產(chǎn)物進(jìn)入熔渣浮出

3）選用能獲得雙相組織的焊絲，使焊縫晶粒細(xì)化，使易熔共晶物分散、不連續(xù)第70頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五表5-22焊絲成分對(duì)銅焊縫熱裂紋的影響母材牌號(hào)焊絲牌號(hào)焊劑牌號(hào)焊縫組織焊縫出現(xiàn)裂紋時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)PbBiT2HSCuHJ430α0.030.005H62HSCuHJ430α0.120.006QAl9-2HSCuHJ150α0.030.005QAl9-2HSCuAlHJ150α+β6.2(仍未裂)0.088(仍未裂)3、氣孔出現(xiàn)：1）純銅、黃銅及鋁青銅埋弧焊時(shí)，只有氫及水蒸氣易使銅及其合金焊縫出現(xiàn)氣孔

2）純銅氬弧焊時(shí)，只要在氬氣中加入微量的氫和水蒸汽，焊縫即出現(xiàn)氣孔第71頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五圖5-15加入氬中水汽量對(duì)純銅氬弧焊焊縫氣孔的影響圖5-16加入氬中氫氣量對(duì)純銅氬弧焊焊縫氣孔的影響

含氧銅焊縫（試板及焊絲wO=0.03%）比無氧銅焊縫（試板及焊絲wO=0.0007%）形成氣孔的敏感性要強(qiáng)第72頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五1）擴(kuò)散氣孔：由氫引起的氣孔圖5-17氫在銅中的溶解度和溫度的關(guān)系（pH2=101kPa）

液態(tài)銅溶解氫能力強(qiáng)，凝固時(shí)溶解度急劇下降，易產(chǎn)生氫氣孔消除擴(kuò)散氣孔方法：①焊接時(shí)控制氫的來源；②降低熔池冷卻速度(如預(yù)熱)，使氣體易于析出第73頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五2）反應(yīng)氣孔：通過冶金反應(yīng)生成的氣體引起的氣孔Cu2O+2H=2Cu+H2O↑

Cu2O+CO=2Cu+CO2↑

水蒸氣和CO2不溶于銅中，銅導(dǎo)熱性強(qiáng)，熔池凝固快，水蒸氣和CO2來不及逸出而形成氣孔防止途徑：①減少O、H來源，對(duì)熔池進(jìn)行適當(dāng)脫氧②采取使熔池慢冷的措施第74頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五氬弧焊：N也是形成氣孔的原因

Ar中N2↗→焊縫氣孔數(shù)量↗防止措施：①采用含適量脫N元素(Ti、Al)的焊絲(如含wAl=0.20%及wTi=0.10%的銅焊絲）可防止氮?dú)饪注阢~合金中加入Al、Sn等元素也會(huì)獲得良好效果第75頁，共118頁，2023年，2月20日，星期五4