全面了解鋁合金的焊接性特點

鋁合金具有良好的耐蝕性、較高的比強度和導熱性以及在低溫下能保持良好力學性能等特點,在航空航天、汽車、電工、化工、交通運輸、國防等工業部門被廣泛地應用。

掌握鋁合金的焊接性特點、焊接操作技術、接頭質量和性能、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大鋁合金的應用範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,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緻密、牢固的Al2O3保護膜,這層保護膜只有在鹵素離子或鹼離子的激烈作用下才會遭到破壞,因此具有很好的耐大氣(包括工業性大氣和海洋大氣)腐蝕和水腐蝕的能力,能抵抗多數酸和有機物的腐蝕。

採用緩蝕劑,可耐弱鹼液腐蝕;採用保護措施,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,鋁錳和鋁鎂合金屬於防鏽鋁合金,不能熱處理強化,但強度比純鋁高,並具有優秀的抗蝕性和焊接性能。

鋁合金的分類、成分和性能

(1)鋁合金的分類

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

按GB/T3190—1996和GB/T16474—1966的規定,鋁合金牌號命名的基本原則是:可直接採用國際四位數字體系牌號。

四位字元牌號的第一位、第三位、第四位為阿拉伯數字,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合金屬於防鏽鋁合金,不能熱處理強化,但非熱處理強化鋁合金通過加工硬化、固溶強化提高力學性能,特點是強度中等、塑性及耐蝕性好,又稱防鏽鋁,原先代號為LF××。強度比純鋁高,並且具有優異的抗腐蝕性和良好的焊接性,是目前焊接結構中應用最廣的鋁合金、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,為了得到高的強度,Cu含量一般應控制在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於鋁的化合物,從而促使硬鋁合金在熱處理時強化。

退火狀態下硬鋁的抗拉強度為160~220MPa,經過淬火及時效後抗拉強度增加至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純鋁保護層。

超硬鋁

合金中鋅、鎂、銅的平均總含量可達9.7%~13.5%,在當前航空航天工業中仍是強度最高和應用最多的一種輕合金材料。超硬鋁的塑性和焊接性差,接頭強度遠低於母材。由於合金中鋅含量較多,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,適於作鍛件用。具有中等強度和良好的抗蝕性,在工業中得到廣泛應用。

(2)鋁合金的性能

防鏽銅器(鋁錳合金、鋁鎂合金)主要用於要求高的塑性的焊接性、在液體或氣體介質中工作的低載荷零件,如油箱、汽油或潤滑油導管、各種液體容器和其他用深拉製作的小負荷零件等。

鋁合金被廣泛應用航空航天、建築、汽車、機械製造、電工、化學工業、商業等領域。鋁合金在飛機製造中是主要的結構材料,它約佔骨架質量的55%,而且大部分關鍵軸承部件,如渦輪發動機軸向壓縮機葉片、機翼、骨架、外殼、尾翼等是由鋁合金製造的。

鋁合金的焊接性特點

鋁合金熔化焊時有如下困難和特點:

(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遠超過鋁的熔點,這層氧化膜不溶於金屬並且妨礙被熔融填充金屬潤濕。在焊接或釺焊過程中應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)鋁合金的固態和液態色澤不易區別,焊接操作時難以控制熔池溫度。

(4)焊後焊縫易產生氣孔,焊接接頭區易發生軟化。

對鋁合金進行焊接,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。

現代科學技術的發展促進了鋁合金焊接技術的進步。可焊接的鋁合金材料範圍逐步擴大,現在不僅可以成功地焊接非熱處理強化的鋁合金,而且解決了傳統的航空航天和軍工等行業,逐步擴大到國民經濟生產和人民生活的各個領域。


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