鋁及鋁合金的焊接工藝特點是什麼

㈠ 有一道考試題，誰能幫忙回答一下：根據鋁及鋁合金特點，闡述鋁及鋁合金的焊接工藝發展及焊接設備的發展情

鋁，是一種化學元素。它的化學符號是Al，它的原子序數是13。鋁元素在地殼中的含量僅次於氧和硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。在金屬品種中，僅次於鋼鐵，為第二大類金屬。至19世紀末，鋁才嶄露頭角，成為在工程應用中具有競爭力的金屬，且風行一時。航空、建築、汽車三大重要工業的發展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨特性質，這就大大有利於這種新金屬鋁的生產和應用。 鋁的應用極為廣泛。
性狀
鋁是銀白色輕金屬。有延性和展性。商品常製成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱能猛烈燃燒,並發出眩目的白色火焰。易溶於稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液,不溶於水。相對密度2.70。熔點660℃。沸點2327℃。
鋁合金
鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械製造、船舶及化學工業中已大量應用。隨著近年來科學技術以及工業經濟的飛速發展，對鋁合金焊接結構件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展，同時焊接技術的發展又拓展了鋁合金的應用領域，因此鋁合金的焊接技術正成為研究的熱點之一。
純鋁的密度小（ρ=2.7g/m3），大約是鐵的 1/3，熔點低（660℃），鋁是面心立方結構，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易於加工，可製成各種型材、板材。抗腐蝕性能好；但是純鋁的強度很低，退火狀態 σb 值約為8kgf/mm2，故不宜作結構材料。通過長期的生產實踐和科學實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。 添加一定元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度，σb 值分別可達 24～60kgf/mm2。這樣使得其「比強度」（強度與比重的比值 σb/ρ）勝過很多合金鋼，成為理想的結構材料，廣泛用於機械製造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金製造，以減輕自重。採用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結構重量可減輕50%以上。
鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，使用量僅次於鋼。
鋁合金分兩大類：鑄造鋁合金，在鑄態下使用；變形鋁合金，能承受壓力加工，。可加工成各種形態、規格的鋁合金材。主要用於製造航空器材、建築用門窗等。
鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金。形變鋁合金又分為不可熱處理強化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金。不可熱處理強化型不能通過熱處理來提高機械性能，只能通過冷加工變形來實現強化，它主要包括高純鋁、工業高純鋁、工業純鋁以及防銹鋁等。可熱處理強化型鋁合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能，它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。
一些鋁合金可以採用熱處理獲得良好的機械性能，物理性能和抗腐蝕性能。 鑄造鋁合金按化學成分可分為鋁硅合金，鋁銅合金，鋁鎂合金，鋁鋅合金和鋁稀土合金，其中鋁硅合金又有簡單鋁硅合金（不能熱處理強化，力學性能較低，鑄造性能好），特殊鋁硅合金（可熱處理強化，力學性能較高，鑄造性能良好），
1．鋁及鋁合金的焊接特點
（1）鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點高、非常穩定，不易去除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊縫產生氣孔。焊接前應採用化學或機械方法進行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程加強保護，防止其氧化。鎢極氬弧焊時，選用交流電源，通過「陰極清理」作用，去除氧化膜。氣焊時，採用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護，或者採用大規范的熔化極氣體保護焊，在直流正接情況下，可不需要「陰極清理」。
（2）鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過程中，大量的熱量能被迅速傳導到基體金屬內部，因而焊接鋁及鋁合金時，能量除消耗於熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無謂消耗於金屬其他部位，這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著，為了獲得高質量的焊接接頭，應當盡量採用能量集中、功率大的能源，有時也可採用預熱等工藝措施。

（3）鋁及鋁合金的線膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時的體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大，因此，需採取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時容易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產中可採用調整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產生。在耐蝕性允許的情況下，可採用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5%時熱裂傾向較大，隨著硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，流動性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。
根據生產經驗，當含硅5%～6%時可不產生熱裂，因而採用SAlSi條（硅含量4.5%～6%)焊絲會有更好的抗裂性。
（4）鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉態時，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時判斷難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，容易焊穿。
（5）鋁及鋁合金在液態能溶解大量的氫，固態幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫來不及溢出，極易形成氫氣孔。弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來源。因此，對氫的來源要嚴格控制，以防止氣孔的形成。
（6）合金元素易蒸發、燒損，使焊縫性能下降。
（7）母材基體金屬如為變形強化或固溶時效強化時，焊接熱會使熱影響區的強度下降。
（8） 鋁為面心立方晶格，沒有同素異構體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過相變來細化晶粒。
2．焊接方法
幾乎各種焊接方法都可以用於焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同，各種焊接方法有其各自的應用場合。氣焊和焊條電弧焊方法，設備簡單、操作方便。氣焊可用於對焊接質量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊。焊條電弧焊可用於鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊（TIG或MIG）方法是應用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可採用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可採用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越來越廣泛（氬氣或氬/氦混合氣）。

焊接設備的發展情況

鋁合金攪拌摩擦焊的發展趨勢

在中國，北京航空製造工程研究所和英國TWI的攪拌試探焊技術合作中心――中國攪拌摩擦焊中心在攪拌摩擦焊的基礎方法研究，材料應用研究、開發，攪拌摩擦焊設備的設計、製造和銷售等方面，都取得很大的進展。

（1）目前，中心正在針對攪拌摩擦焊在航天火箭筒體製造，航空飛機框架、蒙皮和結構間的攪拌摩擦焊製造，船舶輕合金製造以及高速列車的鋁合金型材的快速製造等方面正在展開全面的研究和工程攻關。另外，在承攬國防科研和總裝課題的同時，還加強了和企業、大學的橫向聯合及技術合作。

（2）在攪拌摩擦焊設備的製造方面已經設計出3大類6類種形式的攪拌摩擦焊設備，並且在2003年3月為哈爾濱工業大學和華東船舶工業學院製造交付了2台專業化的攪拌摩擦焊設備。
（3）在工程應用方面，鋁合金攪拌摩擦焊將在輸變電、高速列車、新一代戰斗機及新型運載火箭等方面首先得到應用。

鋁合金由於重量輕、比強度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點而被廣泛地應用於各種焊接結構產品中，採用鋁合金代替鋼板材料焊接，結構重量可減輕50%以上。

目前，生產中常用MIG 焊、TIG 焊方法來焊接鋁合金材料。雖然使用這2種方法能夠得到良好的焊接接頭，但是，這2種方法卻有熔透能力差、焊接變形大、生產效率低等缺點。近年來，很多科技工作者開始探討焊接鋁合金的新方法，如激光焊、雙光束激光焊、激光-電弧復合焊及摩擦攪拌焊等，下面主要介紹前3種焊接方法的主要特點。

1 鋁合金的雙光束激光焊

激光單獨焊接鋁合金時會產生由於鑰孔塌陷而產生的氣孔。針對這個問題，人們又研究了雙束激光焊，發現雙束激光焊有相對較寬的焊寬和較低的焊縫深寬比，能提高鑰孔的穩定性，可以明顯地降低氣孔敏感性。其原因在於雙束激光焊接時第一束激光產生熔池，並對附近區域進行預熱，累積的熱量使第二束激光照射該處時，可以熔化更多的母材，從而形成較寬的焊縫。此外，由於第二束激光可以把第一束激光形成的鑰孔後壁氣化，避免了鑰孔的塌陷，所以形成氣孔的幾率就要小一些。

2 鋁合金的激光一電弧復合焊

雖然用激光焊接鋁合金有許多優勢，但仍存在較大的局限性，如設備成本高、接頭間隙允許度小、工件准備工序要求嚴等。為了更有效地焊接鋁合金，人們發展了激光-電弧復合焊接工藝。激光-電弧復合主要是激光與TIG 電弧、MIG 電弧及等離子體的復合。目前，該工藝在德國和日本等發達國家研究比較多，並在汽車業中已有一定的應用，如大眾汽車公司的Phaeton前門上就有48處激光-MIG焊道，而且激光復合焊還可以用來焊接車體及輪軸。不過國內在該工藝的研究和應用上基本還是空白。

鋁合金激光-電弧復合焊很好地解決了激光焊接的功率、鋁合金錶面對激光束的吸收率以及深熔焊的閾值問題，是極具前景的鋁合金焊接工藝之一，目前工藝還不成熟，處於研究探索階段。

用激光和電弧復合焊接方法來焊接鋁合金時，激光與電弧相互影響，可以克服單用激光或電弧焊方法自身的不足，產生良好的復合效應。能顯著提高焊接效率，這主要基於2種效應：一方面是高的能量密度導致了高的焊接速度；另一方面是2種熱源同時作用在一個相同區域的疊加效應。這種復合工藝的優勢很多，潛力很大，在未來的汽車生產中必將具有廣泛的應用前景。

3 鋁合金的激光焊

隨著大功率、高性能激光加工設備的不斷開發，鋁合金激光焊接技術發展很快，是未來焊接鋁合金的主要發展方向之一。目前，鋁合金激光焊接已經被使用在車體部件的連接上，在Audi A2(全鋁結構)上，就有30m 激光焊縫。

與傳統的TIG、MIG 焊相比，用激光來焊接鋁合金具有以下優點：

(1)能量密度高，熱輸入量小，焊接變形小，能得到熔化區和熱影響區窄而熔深大的焊縫。

(2)冷卻速度快，能得到組織微細的焊縫，故焊接接頭性能良好。

(3)焊接速度快、功能多、適應性強、可靠性高且不需要真空裝置，所以在焊接精度、效率、自動化等方面具有無可比擬的優勢。

激光焊接是一種高能密度的焊接工藝，焊接鋁合金可以有效防止傳統焊接工藝產生的缺陷，強度系數提高很大。但激光器功率一般都比較低，對鋁合金厚板焊接困難，同時鋁合金錶面對激光束的吸收率很低，以及要達到深熔焊時存在閾值問題，所以工藝上有一定難度。

㈡ 鋁合金採用什麼焊接方法好

鋁合金焊接常規抄的有如下幾種焊接方式：
1、鋁氬弧焊機焊接，比如採用交流鋁氬弧焊焊接，這種在專業的特種焊接門市，焊接加工廠都需要具備的基本設備。
2、鋁脈沖氣體保護焊機，比如威歐丁MIG500或者MIG350，這種脈沖氣體保護焊機焊接效率比較高，適合對於成型要求不是那麼嚴格的鋁結構件焊接。
3、鋁電焊條焊接，用直流電焊機焊接，電焊條要選用起弧性能好，焊接成型美觀的鋁電焊條焊接，比如WEWELDING555鋁電焊條焊接
4、低溫鋁焊接用火焰焊接，這種一般是薄料的鋁合金，採用比如低溫179度的M51，或者低溫385的WEWELDING53低溫焊絲焊接。

㈢ 鋁合金焊接主要特點

1.鋁在空氣中及焊接時易氧化，生成的氧化層熔點高、很穩定，不易去傳，阻礙母材的熔化和熔合，氧化層比重大，不易浮出表面，易生產夾雜、未熔合、未焊透等缺陷。
2.鋁的熱導率和比熱容比較高。焊接過程中，熱量容易唄消耗掉，為了活得高質量焊接接頭，應盡量採用能量集中、功率大的能源，也可採用預熱工藝。
3.鋁的線膨脹系數高，凝固時體積收縮率較大，焊件的變形和預力較大，所以焊接時要有相對措施預防。
4.鋁對光、熱反射能力強，固液轉換時，沒有明顯色澤變化焊接判斷難，易焊穿。
5.鋁合金元素焊接時易蒸發，使焊縫性能下降。

㈣ 鋁合金焊接方法及工藝

鋁及鋁合金焊接
1.鋁及鋁合金焊接特點
(1)鋁空氣及焊接極易氧化氧化鋁(Al2O3)熔點高、非穩定易除阻礙母材熔化熔合氧化膜比重易浮表面易夾渣、未熔合、未焊透等缺欠鋁材表面氧化膜吸附量水易使焊縫產氣孔焊接前應採用化或機械進行嚴格表面清理清除其表面氧化膜焊接程加強保護防止其氧化鎢極氬弧焊選用交流電源通陰極清理作用除氧化膜氣焊採用除氧化膜焊劑厚板焊接加焊接熱量例氦弧熱量利用氦氣或氬氦混合氣體保護或者採用規范熔化極氣體保護焊直流接情況需要陰極清理
(2)鋁及鋁合金熱導率比熱容均約碳素鋼低合金鋼兩倍鋁熱導率則奧氏體銹鋼十幾倍焊接程量熱量能迅速傳導基體金屬內部焊接鋁及鋁合金能量除消耗於熔化金屬熔池外要更熱量謂消耗於金屬其部位種用能量消耗要比鋼焊接更顯著獲高質量焊接接應盡量採用能量集、功率能源採用預熱等工藝措施
(3)鋁及鋁合金線膨脹系數約碳素鋼低合金鋼兩倍鋁凝固體積收縮率較焊件變形應力較需採取預防焊接變形措施鋁焊接熔池凝固容易產縮孔、縮松、熱裂紋及較高內應力產採用調整焊絲與焊接工藝措施防止熱裂紋產耐蝕性允許情況採用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金外鋁合金鋁硅合金含硅0.5%熱裂傾向較隨著硅含量增加合金結晶溫度范圍變流性顯著提高收縮率降熱裂傾向相應減根據產經驗含硅5%~6%產熱裂採用SAlSi條(硅含量4.5%~6%)焊絲更抗裂性
(4)鋁光、熱反射能力較強固、液轉態沒明顯色澤變化焊接操作判斷難高溫鋁強度低支撐熔池困難容易焊穿
(5)鋁及鋁合金液態能溶解量氫固態幾乎溶解氫焊接熔池凝固快速冷卻程氫及溢極易形氫氣孔弧柱氣氛水、焊接材料及母材表面氧化膜吸附水都焊縫氫氣重要源氫源要嚴格控制防止氣孔形
(6)合金元素易蒸發、燒損使焊縫性能降
(7)母材基體金屬變形強化或固溶效強化焊接熱使熱影響區強度降
(8)
鋁面立晶格沒同素異構體加熱與冷卻程沒相變焊縫晶粒易粗能通相變細化晶粒
2.焊接
幾乎各種焊接都用於焊接鋁及鋁合金鋁及鋁合金各種焊接適應性同各種焊接其各自應用場合氣焊焊條電弧焊設備簡單、操作便氣焊用於焊接質量要求高鋁薄板及鑄件補焊焊條電弧焊用於鋁合金鑄件補焊惰性氣體保護焊(TIG或MIG)應用廣泛鋁及鋁合金焊接鋁及鋁合金薄板採用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊鋁及鋁合金厚板採用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越越廣泛(氬氣或氬/氦混合氣)

㈤ 鋁及鋁合金的焊接方法

一、幾乎各種焊接方法都可以用於焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同，各種焊接方法有其各自的應用場合，以下是較普遍的焊接方法：

1、氣焊和焊條電弧焊方法，設備簡單、操作方便，可用於對焊接質量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊。

2、焊條電弧焊可用於鋁合金鑄件的補焊。

3、惰性氣體保護焊(TIG或MIG)方法是應用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。

4、鋁及鋁合金薄板可採用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。

5、鋁及鋁合金厚板可採用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。

㈥ 鋁合金焊接工藝

鋁合金焊接方法很多，氣焊和焊條電弧焊方法，設備簡單、操作方便。氣焊可用版於對焊接質量要求權不高的鋁薄板及鑄件的補焊。焊條電弧焊可用於鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊（TIG或MIG）方法是應用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可採用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可採用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越來越廣泛。---廣東南方鋁業