铝及铝合金的焊接工艺特点是什么

㈠ 有一道考试题，谁能帮忙回答一下：根据铝及铝合金特点，阐述铝及铝合金的焊接工艺发展及焊接设备的发展情

铝，是一种化学元素。它的化学符号是Al，它的原子序数是13。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。 铝的应用极为广泛。
性状
铝是银白色轻金属。有延性和展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧,并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液,不溶于水。相对密度2.70。熔点660℃。沸点2327℃。
铝合金
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
纯铝的密度小（ρ=2.7g/m3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb 值分别可达 24～60kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比值 σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。
铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。
铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。
铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。
一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有简单铝硅合金（不能热处理强化，力学性能较低，铸造性能好），特殊铝硅合金（可热处理强化，力学性能较高，铸造性能良好），
1．铝及铝合金的焊接特点
（1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。
（2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。

（3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。
根据生产经验，当含硅5%～6%时可不产生热裂，因而采用SAlSi条（硅含量4.5%～6%)焊丝会有更好的抗裂性。
（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。
（5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。
（6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。
（7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。
（8） 铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。
2．焊接方法
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）。

焊接设备的发展情况

铝合金搅拌摩擦焊的发展趋势

在中国，北京航空制造工程研究所和英国TWI的搅拌试探焊技术合作中心――中国搅拌摩擦焊中心在搅拌摩擦焊的基础方法研究，材料应用研究、开发，搅拌摩擦焊设备的设计、制造和销售等方面，都取得很大的进展。

（1）目前，中心正在针对搅拌摩擦焊在航天火箭筒体制造，航空飞机框架、蒙皮和结构间的搅拌摩擦焊制造，船舶轻合金制造以及高速列车的铝合金型材的快速制造等方面正在展开全面的研究和工程攻关。另外，在承揽国防科研和总装课题的同时，还加强了和企业、大学的横向联合及技术合作。

（2）在搅拌摩擦焊设备的制造方面已经设计出3大类6类种形式的搅拌摩擦焊设备，并且在2003年3月为哈尔滨工业大学和华东船舶工业学院制造交付了2台专业化的搅拌摩擦焊设备。
（3）在工程应用方面，铝合金搅拌摩擦焊将在输变电、高速列车、新一代战斗机及新型运载火箭等方面首先得到应用。

铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。

目前，生产中常用MIG 焊、TIG 焊方法来焊接铝合金材料。虽然使用这2种方法能够得到良好的焊接接头，但是，这2种方法却有熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。近年来，很多科技工作者开始探讨焊接铝合金的新方法，如激光焊、双光束激光焊、激光-电弧复合焊及摩擦搅拌焊等，下面主要介绍前3种焊接方法的主要特点。

1 铝合金的双光束激光焊

激光单独焊接铝合金时会产生由于钥孔塌陷而产生的气孔。针对这个问题，人们又研究了双束激光焊，发现双束激光焊有相对较宽的焊宽和较低的焊缝深宽比，能提高钥孔的稳定性，可以明显地降低气孔敏感性。其原因在于双束激光焊接时第一束激光产生熔池，并对附近区域进行预热，累积的热量使第二束激光照射该处时，可以熔化更多的母材，从而形成较宽的焊缝。此外，由于第二束激光可以把第一束激光形成的钥孔后壁气化，避免了钥孔的塌陷，所以形成气孔的几率就要小一些。

2 铝合金的激光一电弧复合焊

虽然用激光焊接铝合金有许多优势，但仍存在较大的局限性，如设备成本高、接头间隙允许度小、工件准备工序要求严等。为了更有效地焊接铝合金，人们发展了激光-电弧复合焊接工艺。激光-电弧复合主要是激光与TIG 电弧、MIG 电弧及等离子体的复合。目前，该工艺在德国和日本等发达国家研究比较多，并在汽车业中已有一定的应用，如大众汽车公司的Phaeton前门上就有48处激光-MIG焊道，而且激光复合焊还可以用来焊接车体及轮轴。不过国内在该工艺的研究和应用上基本还是空白。

铝合金激光-电弧复合焊很好地解决了激光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以及深熔焊的阈值问题，是极具前景的铝合金焊接工艺之一，目前工艺还不成熟，处于研究探索阶段。

用激光和电弧复合焊接方法来焊接铝合金时，激光与电弧相互影响，可以克服单用激光或电弧焊方法自身的不足，产生良好的复合效应。能显著提高焊接效率，这主要基于2种效应：一方面是高的能量密度导致了高的焊接速度；另一方面是2种热源同时作用在一个相同区域的叠加效应。这种复合工艺的优势很多，潜力很大，在未来的汽车生产中必将具有广泛的应用前景。

3 铝合金的激光焊

随着大功率、高性能激光加工设备的不断开发，铝合金激光焊接技术发展很快，是未来焊接铝合金的主要发展方向之一。目前，铝合金激光焊接已经被使用在车体部件的连接上，在Audi A2(全铝结构)上，就有30m 激光焊缝。

与传统的TIG、MIG 焊相比，用激光来焊接铝合金具有以下优点：

(1)能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到熔化区和热影响区窄而熔深大的焊缝。

(2)冷却速度快，能得到组织微细的焊缝，故焊接接头性能良好。

(3)焊接速度快、功能多、适应性强、可靠性高且不需要真空装置，所以在焊接精度、效率、自动化等方面具有无可比拟的优势。

激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很大。但激光器功率一般都比较低，对铝合金厚板焊接困难，同时铝合金表面对激光束的吸收率很低，以及要达到深熔焊时存在阈值问题，所以工艺上有一定难度。

㈡ 铝合金采用什么焊接方法好

铝合金焊接常规抄的有如下几种焊接方式：
1、铝氩弧焊机焊接，比如采用交流铝氩弧焊焊接，这种在专业的特种焊接门市，焊接加工厂都需要具备的基本设备。
2、铝脉冲气体保护焊机，比如威欧丁MIG500或者MIG350，这种脉冲气体保护焊机焊接效率比较高，适合对于成型要求不是那么严格的铝结构件焊接。
3、铝电焊条焊接，用直流电焊机焊接，电焊条要选用起弧性能好，焊接成型美观的铝电焊条焊接，比如WEWELDING555铝电焊条焊接
4、低温铝焊接用火焰焊接，这种一般是薄料的铝合金，采用比如低温179度的M51，或者低温385的WEWELDING53低温焊丝焊接。

㈢ 铝合金焊接主要特点

1.铝在空气中及焊接时易氧化，生成的氧化层熔点高、很稳定，不易去传，阻碍母材的熔化和熔合，氧化层比重大，不易浮出表面，易生产夹杂、未熔合、未焊透等缺陷。
2.铝的热导率和比热容比较高。焊接过程中，热量容易呗消耗掉，为了活得高质量焊接接头，应尽量采用能量集中、功率大的能源，也可采用预热工艺。
3.铝的线膨胀系数高，凝固时体积收缩率较大，焊件的变形和预力较大，所以焊接时要有相对措施预防。
4.铝对光、热反射能力强，固液转换时，没有明显色泽变化焊接判断难，易焊穿。
5.铝合金元素焊接时易蒸发，使焊缝性能下降。

㈣ 铝合金焊接方法及工艺

铝及铝合金焊接
1.铝及铝合金焊接特点
(1)铝空气及焊接极易氧化氧化铝(Al2O3)熔点高、非稳定易除阻碍母材熔化熔合氧化膜比重易浮表面易夹渣、未熔合、未焊透等缺欠铝材表面氧化膜吸附量水易使焊缝产气孔焊接前应采用化或机械进行严格表面清理清除其表面氧化膜焊接程加强保护防止其氧化钨极氩弧焊选用交流电源通阴极清理作用除氧化膜气焊采用除氧化膜焊剂厚板焊接加焊接热量例氦弧热量利用氦气或氩氦混合气体保护或者采用规范熔化极气体保护焊直流接情况需要阴极清理
(2)铝及铝合金热导率比热容均约碳素钢低合金钢两倍铝热导率则奥氏体锈钢十几倍焊接程量热量能迅速传导基体金属内部焊接铝及铝合金能量除消耗于熔化金属熔池外要更热量谓消耗于金属其部位种用能量消耗要比钢焊接更显著获高质量焊接接应尽量采用能量集、功率能源采用预热等工艺措施
(3)铝及铝合金线膨胀系数约碳素钢低合金钢两倍铝凝固体积收缩率较焊件变形应力较需采取预防焊接变形措施铝焊接熔池凝固容易产缩孔、缩松、热裂纹及较高内应力产采用调整焊丝与焊接工艺措施防止热裂纹产耐蚀性允许情况采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金外铝合金铝硅合金含硅0.5%热裂倾向较随着硅含量增加合金结晶温度范围变流性显著提高收缩率降热裂倾向相应减根据产经验含硅5%~6%产热裂采用SAlSi条(硅含量4.5%~6%)焊丝更抗裂性
(4)铝光、热反射能力较强固、液转态没明显色泽变化焊接操作判断难高温铝强度低支撑熔池困难容易焊穿
(5)铝及铝合金液态能溶解量氢固态几乎溶解氢焊接熔池凝固快速冷却程氢及溢极易形氢气孔弧柱气氛水、焊接材料及母材表面氧化膜吸附水都焊缝氢气重要源氢源要严格控制防止气孔形
(6)合金元素易蒸发、烧损使焊缝性能降
(7)母材基体金属变形强化或固溶效强化焊接热使热影响区强度降
(8)
铝面立晶格没同素异构体加热与冷却程没相变焊缝晶粒易粗能通相变细化晶粒
2.焊接
几乎各种焊接都用于焊接铝及铝合金铝及铝合金各种焊接适应性同各种焊接其各自应用场合气焊焊条电弧焊设备简单、操作便气焊用于焊接质量要求高铝薄板及铸件补焊焊条电弧焊用于铝合金铸件补焊惰性气体保护焊(TIG或MIG)应用广泛铝及铝合金焊接铝及铝合金薄板采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊铝及铝合金厚板采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越越广泛(氩气或氩/氦混合气)

㈤ 铝及铝合金的焊接方法

一、几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合，以下是较普遍的焊接方法：

1、气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便，可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。

2、焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。

3、惰性气体保护焊(TIG或MIG)方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。

4、铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。

5、铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。

㈥ 铝合金焊接工艺

铝合金焊接方法很多，气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用版于对焊接质量要求权不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛。---广东南方铝业