铝及铝合金的钎焊
摘要：综述了近年来铝及铝合金钎焊在钎焊方法、钎料及钎剂三个方面的技术发展现状，分别介绍了它们各自的发展方向。指出铝及铝合金的钎焊问题是近年来研究较多、发展较快的研究领域之一，铝及铝合金钎焊技术应用前景广阔。
1 铝及铝合金钎焊的研究现状
铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，设备复杂，且对焊工的技术要求也比较严格。铝钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有钎焊件变形小。尺寸精度高等优点，近年来在我国得到广泛的应用。铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。
铝及铝合金的钎焊问题,是近年来研究较多、发展较快的领域之一。这主要是因为其具备一系列优良性能,如强度大、耐蚀性好、电导性及热导性高,因此在航天、航空、电子、冶金、机械制造和轻工业等部门的应用日趋广泛。特别是随着铜材料的大幅度涨价,以及为了减轻质量、提高功效、增强美观,以铝代铜、以铝代钢技术在某些领域成功应用。最典型的就是汽车铜水箱被铝水箱的替代。我国大规模生产铝焊剂的厂家很少,目前使用的铝焊剂多为国外进口。因铝及铝合金的熔点较低、化学活性强、氧化膜熔点高和稳定性大,并能牢固、致密地粘附在铝或铝合金的表面,所以一般通用的钎剂均不能满足钎焊铝及铝合金的要求,必须采用专用钎剂- 铝及铝合金用钎剂。此外,铝及其合金的钎焊接头的耐蚀性易受钎料和钎剂的影响,这主要是因为钎料和母材之间的电极电位差别极大,使接头耐蚀性降低,尤其是对软钎焊接头的影响更为明显。通常,为了能很好去除铝及其合金表面的氧化膜,大部分钎剂中都添加了具有强烈腐蚀性的材料,而这些材料即使在钎焊后进行清理,也难全部除去对接头耐蚀性的影响。
2 钎焊方法
铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比较好的铝钎焊加热热源。但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。
盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其不足之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比较高，而盐浴钎焊后工件内残留
大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。另外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。
空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件表面容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中，钎剂会因空气中的水分而失效。针对这种情况，现在发展了干燥空气炉中钎焊。
真空钎焊和保护气氛炉中钎焊由于其各自独特而优良的工艺，在铝和铝合金的钎焊中应用比较多，而且发展也比较快，下面重点介绍。
2.1 真空钎焊
铝比较活泼，容易在表面形成一层致密的氧化膜。钎焊时，单纯依靠真空条件难以去除氧化物，必须同时借助于某些金属活化剂，如Mg、Bi等。一般认为活化剂的去膜机理：一方面，活化剂与真空中残留的O和HO反应，消除了它们对铝钎焊时的有害作用；另一方面，Mg蒸气渗入膜下表材层与扩散的Si一起形成低熔点的Al-Si-Mg合金，钎焊时，该合金熔化从而破坏了氧化膜与母材的结合，使熔化的钎料得以润湿母材，在膜下母材上铺展，并将表面膜浮起而去除。铝合金真空钎焊时，应根据生产率、成本、焊件尺寸以及结构选择真空炉。在钎焊前需要仔细的清洗焊件。可以用酸或碱洗去表面的氧化物。如果表面有油污，可以用酒精擦拭。对钎料的处理，一般先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用酒精擦掉油污。对于较大的工件，在焊接前进行预热，以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热。由于铝合金的真空钎焊主要依靠Mg活化剂去膜，对于结构复杂的焊件，为了保证母材受到Mg蒸气的充分作用，国内有一些单位采用局部屏蔽的补充工艺措施，取得了比较好的效果。其中通用的方法是将工件放入不锈钢罩内，在其中放人Mg屑，然后置于真空钎焊炉中进行钎焊，这样可以大大提高钎焊质量。真空钎焊当中最重要也是最难控制的工艺参数是真空度，要得到高质量的接头，很大程度上取决于真空度的大小。根据一些工作人员多年的经验，如果钎焊设备较长时间没有使用过，应该让真空炉运行数小时后再使用。使用时，尤其是批量生产时，两次使用的时间间隔应尽量缩短，这样真空炉的真空度容易较快地达到要求。真空钎焊是一种优良的钎焊方法，但也存在着设备复杂、昂贵，真空系统的维修技术难度大等缺点。我国铝合金真空钎焊的发展已初具水平，今后发展的难点和关键主要放在研制熔点较低且具有较高的力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料方面。
2.2 保护气氛中钎焊
铝的真空钎焊由于设备昂贵，技术比较复杂，其应用受到一定的限制。为了解决这个问题，我们可以用一个中性气氛环境来代替真空。这样，对系统渗漏率的要求降低，设备比较简单，而且减少了挥发元素沉积引起的设备维修问题，生产成本较低。这种方法的加热主要依靠电流，加热速度较快且均匀，既能保证产品质量又能提高生产率。近年来，中性气体保护铝钎焊受到重视，发展较快，是一种很有前途的铝钎焊方法。铝合金的气体保护钎焊，其去膜机理跟铝真空钎焊的一样，主要靠Mg活化剂来完成。这里不再赘叙。在钎料中添加Bi，可以提高钎焊质量。对于铝合金气体保护钎焊的气氛一般采用氩气和纯氮气，氮气的纯度必须大于99．99％。有报道，对于Al/Al、Al/Cu等接头，有一种连接方法是利用扩散钎焊的原理，在接近于大气压的氮气气氛中，在铝表面喷涂由Si和钾-氟化铝钎剂组成的混合粉末进行钎焊，效果较理想。其中的Si可以用Cu、Ge、Zn等与Al形成低熔点共晶的金属来代替。
3 钎料
钎焊时，焊件是依靠熔化的钎料凝固后连接起来的。因此，焊缝的质量在很大程度上取决于钎料。铝钎料主要以Al-Si合金为主。有时加入Cu、Zn、Ge等元素以满足工艺性能的要求。经过多年的实践摸索，现已形成几个系列的铝钎料，其中许多钎料配合合适的工艺，均得到了令人满意的钎焊效果。下面主要介绍几种新的和常用的铝合金硬钎料。
3.1 Al-Si系钎料
Al-Si系钎料是以Al-Si共晶成分为基的钎料，同时也包括亚共晶、过共晶及添加元素不高于5％的Al-Si合金。该系列钎料的钎焊性强度和母材色泽性、镀覆性及抗腐蚀性能都比较好，是一种较好的钎料。而且该系列钎料还能进行变质处理，可以大大增加钎料和钎缝的韧性及折弯性能。现在利用快速凝固技术发展起来一种新型的Al-Si合金钎料，与普通晶态的钎料相比，这种钎料的液相点约比同成分普通晶态钎料的低3-5℃，润湿系数提高18％，强度提高28.4％，且其波动小，具有一定的加工柔性。
3.2 铜钎料
铜是利用接触反应钎焊原理进行焊接的。目前铝接触反应钎焊被认为是解决铝钎焊问题较理想的方法。该方法有如下优点：①不加钎剂，对环境无污染，钎焊产品无需清洗，钎缝无化学腐蚀；②选择合适的共晶反应合金层可以降低钎焊温度，这不仅降低了能耗，使钎焊过程易于控制，而且对设备要求不高，Cu在铝基体上的接触反应有明显的表面优先铺展，可以破除氧化膜，有利于接触反应钎焊过程中接头界面间均匀液相填充层的形成；另一方面接触反应在铝基体的深度方向的晶界优先渗透，可以保证钎焊接头的结合强度。有资料表明，以Cu作为中间层材料进行铝接触反应钎焊的合适工艺参数为：钎焊温度570-580℃，保温时间15-20min。但是Cu焊接头的抗电化学腐蚀性能较差，且共晶反应层较脆，为了改善单独Cu作为钎料的性能，可以在其中加入一些其他元素。与铝合金接触反应钎焊的钎料金属有Ag、Ni、Si、Zn、Ti等。
3.3 铜、锌复合层作为反应钎料
为了弥补Zn、Cu单独作为钎料带来的不足，可以采用两者的复合层。采用Cu、Zn复合层进行接触共晶反应钎焊，Cu/Zn界面发生包晶反应，Cu/Al界面发生共晶反应，并形成共晶液相，破除铝表面的氧化膜。Cu、Zn复合层作为铝钎焊反应钎料，Cu、Zn含量必须合适，有资料提出，当δ(Zn)=0.2mm，δ(Cu)＜0．1 mm时，钎焊结果比较理想。此时，反应层不仅具有破除氧化膜的作用，同时接头具有较强抗电化学腐蚀性能和较高的的抗剪切强度。
3.4 Al-Si-Cu-Zn系钎料
该系钎料液相点温度范围为500-577℃。在Al-Si钎料中加入Cu后，钎料的流动性显著增强，此三元共晶钎料由于CuAl
金属间化合物含量很高，因而很脆，
2
只适于铸成条使用而难以加工成丝或箔。在Al-Si钎料中加入Zn后，钎料的润湿性和流动性都加强。随着Zn的浓度增加，Si的溶解度迅速下降。由于此钎料中没有化合物生成，其热加工性能比Al-Si-Cu系的好。
3.5 Al-Cu-Ag-Zn系钎料
该系钎料的液相点温度范围为400-500℃，接近于铝合金软钎料的范围。Al-Cu-Ag三元共晶成分使其色泽与Al母材的很接近，钎焊的流动性比较好．但是比较脆。另一三元系是Al-Cu-Zn，这种钎料的色泽也比较接近母材的，且加
工件能比较好。在此钎料中添加0.05％-0.08％(质量分数，下同)的Mg，0.05％的Ni或Cr，能提高钎料的抗腐蚀性能。较理想的铝用钎料还有很多。总的来讲，现有大多数铝用钎料的熔点与铝合金的熔点比较接近。因此寻找熔点较低、工艺性能更好的钎料，是摆在广大焊接工作者面前的课题。
4 铝用钎剂
铝比较活泼，其表面容易生成一层致密且化学性质稳定的氧化物，它是铝及铝合金钎焊时的主要障碍之一。为了得到高质量的接头，必须去掉表面的氧化物。在铝及其合金钎焊时使用钎剂可清除铝表面的氧化膜，并降低钎料与母材之间的界面张力。铝用钎剂分为软钎剂和硬钎剂，通常钎焊温度高于450℃所用钎剂为硬钎剂，低于450℃的钎剂为软钎剂。下面对发展比较快的铝硬钎剂尤其是Nocolok钎剂予以介绍。传统铝用硬钎剂以氯盐钎剂为主，一般是以LiC1-KC1或LiC1-KC1-NaC1系统为基础。这种钎剂具有活性高、加热时稳定不易失效等优点。而且可使用各种加热热源，方便、价格低廉。该钎剂的缺点是由于Cl离子的存在，对母材产生强烈的电化学腐蚀，吸湿性强，钎剂不易保存，所以使用这类钎剂钎焊时对残留物的清洗比较重要。在20世纪70年代后期迅速发展起来一种无腐蚀、不溶性钎剂。该钎剂是利用A -KF共晶合成，在水中的溶解度很小，它避开了氯化物钎剂易吸潮的缺点，而且它的腐蚀性也很小，因此也被称为Nocolok钎剂。
4.1 钎剂的性质
Nocolok钎剂是一种精细的白色粉末，其主要成分为氟铝酸钾盐的混合物，其中可能含有一个结晶水，熔融钎剂会溶解铝表面的氧化物并防止重新被氧化。在钎剂的作用下，填充金属通过毛细作用自由的渗入接合面，冷却后，钎剂在部件表面形成一层附着力很强的糊膜，钎剂残留层不吸潮，无腐蚀性，不溶于水性溶剂。虽然氟铝酸钾钎剂在水中的溶解度很小，但其热稳定性并不好，在空气中加热时会发生化学反应。
4.2 Nocolok钎剂的改进和新进展
近年来，有大量文献对改进的Nocolok方法作了报道，主要有两个方面：一是在氟铝酸钾钎剂中加入第三种或更多种盐，以增加钎剂的活性及其他性能；另一是发展氟铝酸钾钎剂新的应用方法。Si可以提高氟铝酸钾钎剂的活性，比较
理想的方式是以K
2SiF
6
的形式加入，但要计算多余的KF量。W(Si)>2％时可以
自钎。加入K
2GeF
6
、SnF
2
、znF
2
等都能提高钎剂的活性，尤其以K
2
GeF
6
为最佳。
在Nocolok的改进方面，有人将钎料粉末与该种钎剂混合使用。还有人将KA1F
4
当作气相进行钎接的方法：一种是直接在低压非氧气氛中混入KA1F
4
蒸气进行铝
合金钎接；另一种则是在铝零件外面用真空沉积一层KA1F
4
，然后再根据需要拼
装组合再钎焊。Al—Si共晶钎料粉的表面沉积一层KA1F
4
钎剂而形成的复合钎料，可以用有机溶剂调成焊膏使用。
5 结束语
铝及铝合金的钎焊是近年来研究较多、发展较快的研究领域之一。近年来国外学者通过研究液相Sn—Zn共晶合金与Al的界面反应，解释了Sn—Zn共晶钎料(8．9％)在350℃以下钎焊铝合金时特殊的结合强度。铝的扩散钎焊在近几年也受到了较大的关注。这当中有一种是在Al表面喷涂由Si和钾一氟化铝钎剂组
成的混合粉末，在接近于大气压的N
2
氛围中钎焊。其中的Si可以用Cu、Ge、Zn
等能与铝形成低熔点共晶的金属代替。这种方法可以用来钎焊Al／Al、A1／Cu、Cu／Cu、Cu／黄铜等接头。扩散钎焊还用来焊接Al—Si系合金铸件，这样就解决了Al合金铸件在熔化钎料中易腐蚀且润湿不佳的问题。还有报道，北京航空航天大学、北京大学研制出了一种适于Al—Al以及Al与其他金属异种接头的有机钎剂和一种固体钎剂以及Sn—Zn—M钎料，这种钎料和钎剂质量水平超过了世界上某些最优良厂家的产品。铝及铝合金钎焊技术方面的研究进展还有很多，而且有的已应用到实际的生产中。国内铝及铝合金钎焊技术的应用，主要针对铝散热器、铝一不锈钢异种材料、微波器的铝合金门框等产品。另一个研究和应用领域是铝一不锈钢复合锅底的钎焊。铝及铝合金钎焊是一种优良的连接技术，但目前还有很多问题亟待解决。
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（ 二 〇 一 三 年 十 二 月 本科科研训练论文 题 目：铝合金的钎焊工艺 学生姓名：/// 学 院：材料科学与工程 系 别：材料成型及 控制工程 专 业：材料成型及控制工程 班 级：材///班 指导教师：///
内蒙古工业大学本科科研训练论文 摘要 焊接是制造业的重要组成部分，应用广泛，发展迅速，在制造行业占有重要的地位。我国是世界产钢、用钢大国，也是焊接大国。随着高新技术和新工艺的不断出现，机械制造、安装、维修业也逐步向精细方向发展，对焊接技术的要求也越来越高。近几年来，焊接的使用量迅速增加；焊接机械化自动化技术改造加快；焊接自动化率快速提高。钎焊是用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接过程，这篇论文对钎焊焊接前的准备和焊接方法的做了设计，介绍了焊接所需的钎料和钎剂，给出了钎接接头形式以及接头的质量检测方法，在钎焊操作中应该注意的安全问题。 关键词:焊料，焊剂，钎焊接头，钎焊装置，钎焊气体
Abstract Welding is an important part of the manufacturing industry, widely used, rapid development in the manufacturing industry occupies an important position. China is the world steel production, steel big country, but also the welding power. With the emergence of high-tech and new technology, machinery manufacturing, installation and maintenance industry is also gradually to the fine direction of welding technology requirements are also increasing. In recent years, the rapid increase in the amount of welding; welding mechanization and automation to accelerate technological innovation; welding automation rate rapidly increased. Brazing with a lower melting point than the base metal material is used as brazing filler metal, wetted with a liquid base material and the solder filling the gap and the interface to the work piece during welding and the base material inter diffusion, the paper prior to brazing welding preparation and welding methods to do the design, introduces the required solder and soldering flux, solder joints is given in the form of joint detection methods and the quality of the brazing operation should p ay attention to security issues. Key words: Solder, Flux, Solder joints, Soldering equipment, Soldering gas
焊接金相 铝合金钎焊缺 陷 哈尔滨焊接研究所金相室(150080) 于 捷 孙秀芳 郭力力 山东省淄博学院机电系(255091)姜 英 焊接方法 钎焊 母 材 L F3铝合金 焊 材 铝硅及铝硅镁钎料 图1 钎缝中各种缺陷 (50×)2/3图2 钎缝发生轻微溶蚀现象 400× 会)已在2000年1月巴黎会议上取消。两者原有职能 全部移交给IAB B组(实施与授权)。 EWF Committee2,3和IIW Commission今后只能 从事IIW IAB还没有的项目开发工作。 被IIW接受的培训规程在大约五年内将同时印制 EWF和IIW文件号。培训规程中规定了IIW和EWF 证书等效。同时,由于EWF人员资格仍被许多欧洲标 准采用,EWF证书在一定时期有很高的市场价值,所 以EWF证书仍将继续发放约五年。 1.4 授权的国家团体Authorised National Body(ANB) ANB是Authorised National Body(授权的国家团 体)的缩写,是指由IIW授权的在某一IIW成员国实施 IIW人员资格认证体系的唯一合法机构。其作用是: (1)评估和验收培训机构,批准授权的培训机构 (A TB)按照IIW规程举办各类培训课程; (2)进行考试; (3)颁发各类焊接人员的资格证书并管理焊接人 员档案。 一个IIW成员国只能有一个ANB。某个成员国 的ANB如果要在其它无ANB国家开展IIW课程,应 受到代表该国的国家焊接学会的邀请,在课程培训中, 必须解决语言障碍的问题。 根据EWF和IIW之间的协议,1999年,19个 EWF的ANB自动成为IIW的ANB。我国于2000年 1月取得欧洲以外的第一个ANB资格,美国、日本和澳 大利亚已于2001年1月召开的IAB B组巴黎工作会 通过,成为正式的ANB。到2001年1月底为止,已正 式授权下列国家的ANB组织:奥地利、比利时、中国、 克罗地亚、捷克、丹麦、芬兰、法国、德国、匈牙利、意大 利、荷兰、挪威、波兰、葡萄牙、罗马尼亚、斯洛伐克、斯 洛维尼亚、西班牙、瑞典、瑞士、英国、美国、澳大利亚和 日本,共计25个。 加拿大计划在2002年末进行验收,俄罗斯、乌克 兰和南斯拉夫已向IIW提出了申请。(未完待续) ? 5 4 ?焊接 2001(6)
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着，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％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0.5． 着提高，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
铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光- 电弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。 关键词:铝合金搅拌摩擦焊激光焊激光- 电弧复合焊电子束焊 1 铝合金焊接的特点 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。 铝合金焊接有几大难点: ①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍; ②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺; ③铝合金焊接容易产生气孔; ④铝合金焊接易产生热裂纹; ⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形; ⑥铝合金热导率大(约为钢的4 倍) ,相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大2～4 倍。 因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。 2 铝合金的先进焊接工艺 针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。 2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接 搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1～2 ] 。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ] 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。 铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。 搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:
铝及铝合金焊接方法指导 铝及铝合金由于具有独特的物理化学性能，因此在焊接过程中会产生一系列的困难，具体来说，主要有以下几点: 一、强的氧化能力 铝与氧的亲和力很强，在空气中极易与氧结合生成致密而结实的Al2O3薄膜，厚度约为0.1μm，熔点高达2050?，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度很大，约为铝的1.4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。这些缺陷，都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护，这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。具体的保护措施是:1、焊前用机械或化学方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物; 2、焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护; 3、在气焊时，采用熔剂，在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。 二、铝的热导率和比热大，导热快 尽管铝及铝合金的熔点远比钢低，但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源，有时需采用预热等工艺措施，才能实现熔焊过程。 三、线膨胀系数大 铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6.5%-6.6%，因此易产生焊接变形。防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外，采用适宜的焊接工装也是非常重要的，焊接薄板时尤其如此。另外，某些铝及
铝合金焊接时，在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。这是铝合金，尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。在实 际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计，选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序，采用适应母材特点的焊接填充材料等。 四、容易形成气孔 焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因，这已为实践所证明。氢的来源，主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，以焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。 铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温下溶入的大量气体，在由液态凝固时，溶解度急剧下降，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。为了防止气孔的产生，以获得良好的焊接接头，对氢的来源包括焊丝、焊条、熔剂、要加以严格控制，焊前必须严格限制所使用焊接材料( 保护气体)的含水量，使用前要进行干燥处理。清理后的母材及焊丝最好在2-3小时内焊接完毕，最多不超过24小时。TIG焊时，选用大的焊接电流配合较高的焊接速度。MIG焊时，选用大的焊接电流慢的焊接速度，以提高熔池的存在时间。Al-Li合金焊接时，加强正、背面保护，配合坡口刮削，清除概况氧化膜，可有效地防止气孔。 五、焊接接头容易软化 焊接可热处理强化的铝合金时，由于焊接热的影响，焊接接头中热影响区会出现软化，即强度降低，使基体金属近缝区部位的一些力学性能变坏。对于冷作硬化的合金也是如此，使接头性能弱化，并且焊接线能量越大，性能降低的程序也愈严
xx职业技术学院 毕业设计（论文）题目铝及铝合金焊接工艺适应性研究 系别材料工程系 学生姓名xxxx 学号1002040135 专业名称焊接技术及自动化 指导教师xx 2012年12月4日
摘要 铝及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。掌握铝合金的焊接性特点、焊接操作技术、接头质量和性能、缺陷的形成及防止措施等, 对正确制定铝合金的焊接工艺, 获得良好的接头性能和扩大铝合金的应用范围具有十分重要的意义。铝的重量轻和耐腐蚀是其性能的两大突出特点, 纯铝的密度约为2.7 g/cm3, 仅为铁、铜密度的1/3；铝及铝合金的表面易生成一层致密、牢固的Al2O3保护膜，这层保护膜只有在卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏，因此具有很好的耐大气（包括工业性大气和海洋大气）腐蚀和水腐蚀的能力，能抵抗多数酸和有机物的腐蚀。采用缓蚀剂，可耐弱碱液腐蚀；采用保护措施，可以提高铝合金的耐蚀性能。在各种牌号的变形铝及铝合金中，铝锰和铝镁合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并具有优秀的抗蚀性和焊接性能。 铝及铝合金焊接特性氩弧焊
绪论 有色金属non-ferrous metal，狭义的有色金属又称为非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。随着科学技术的发展，有色金属的应用日趋广泛。虽然有色金属只占金属总量的5%左右，但有色金属在工程应用中的重要作用确实钢铁或其他材料无法代替的。有色金属具有特殊的性能，比常规钢铁材料的焊接更复杂，这给焊接工作带来很大的困难。 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。
铝及铝合金焊接材料应用 纯铝焊丝ER1100 性能特点：纯铝焊丝，铝含量≥99.5%,有极好的抗腐蚀性能，很高的导热与导电性能，以及极好的可加工性能。对经阳极化处理的材料，需要配色时十分理想，推荐用于焊接1000系列铝合金。 典型化学成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003，AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食品等行业。 铝硅合金焊丝ER4047 性能特点：本品为含硅12％的合金焊丝，适合焊接各种铸造及挤压成型铝合金。低熔点及良好的流动性使母材焊接变形很小。 典型化学成份：Si 12、Mg≤0.10、Fe≤0.80、Cu≤0.03、Zn≤0.20、Mn≤0.15，AL余量 用途：焊接或堆焊轻质合金加工业。 铝硅合金焊丝ER4043 性能特点：本品为含硅5％的合金焊丝，适合焊接铸铝合金 典型化学成份：Si 5、Mg≤0.10、Fe≤0.04、Cu≤0.05 ，AL余量 用途：船舶、机车、化工、食品、运动器材、模具、家具、容器、集装箱 铝镁合金焊丝ER5356 性能特点：本品为含镁5％的合金焊丝，是一种用途广泛的通用型焊材，适合焊接或表面堆焊5％镁的铸锻铝合金，强度高，可锻性好，有良好的抗腐蚀性。本品也能为经阳极化处理的焊接提供良好的配色。 典型化学成份：Mg 5、Cr 0.10、（Fe＋Si）0.3、Cu≤0.05、Zn 0.05、Mn 0.15、Ti 0.1，AL余量 用途：自行车、铝滑板车等运动器材，机车车厢、化工压力容器、兵工生产、造船、航空等行业。 铝镁合金焊丝ER5183 性能特点：本品为含镁3％的合金焊丝，适用于焊接或表面堆焊同等级的铝合金材料。 典型化学成份：Mg 3.5,Cr 0.2,Fe 0.15,C u≤0.05, Zn 0.10,Mn 0.05,Ti 0.1，AL余量 用途：化工压力容器、核工业、造船、制冷行业、锅炉、航空航天工业等 铝合金焊丝及焊条成分 国标牌号主要成份(%) 特性和用途相当AWS S 301 Al≥99.5 塑性好、耐蚀。纯铝气焊、氩弧焊用ER1100 S 311 Si5 Al Rem. 抗裂性好，通用性大。铝合金气焊、氩弧焊用。不宜用高镁合金ER4043 S 321 Mn1.3 Al Rem. 良好的耐蚀性、可焊性及塑性。铝合金气焊、氩弧焊用ER3003 S 331 Mg5 Mn0.4 Al Rem. 耐蚀，强度高。铝合金氩弧焊用ER5183 5356 Mg5 Al Rem. 耐蚀、强度高，通用性大。铝合金氩弧焊用ER5356 Al 109 TAl 纯铝，耐蚀性好，但强度不高，纯铝焊接用E1100 Al 209 TAlSi 铝硅，抗裂性好，通用性大。铝合金焊接用，不宜焊接铝镁合金E4043 Al 309 TAMn 铝锰，强度高，耐蚀。铝合金焊接用E3003
铝及铝合金的焊接
铝及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。 有色金属non-ferrous metal，狭义的有色金属又称为非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。随着科学技术的发展，有色金属的应用日趋广泛。虽然有色金属只占金属总量的5%左右，但有色金属在工程应用中的重要作用确实钢铁或其他材料无法代替的。有色金属具有特殊的性能，比常规钢铁材料的焊接更复杂，这给焊接工作带来很大的困难。 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。 什么是金属盒非金属，什么是黑色金属和有色金属，什么事合什么是金属盒非金属，什么是黑色金属和有色金属，金？目前，已知的的化学元素有118 种，其中自然界只存在92 种，科学家成功研制出并已经得到承认和命名的元素有18 种，有8 种元素没有得到承认和命名。人们通常把这些元素分成金属和非金属两大类。从物理性能上来看，具有导电性、导热性、可塑性以及特殊光泽的元素叫金属，反之是非金属。常见的金属有铁、铝、铜、镁、锌等。在非金属中，常温下呈气态的有氢、氧、氩等；常温下呈液态的有溴；常温下呈固态的有碳、硼等。 金属又可分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属通常是指铁、铬、锰和铁基合金，其他的金属合金称为有色金属。 合金是有两种或两种以上的金属元素与非金属元素所组合成的具有合金性质的物质。3A21 就是由铝和锰组成的以铝为基的合金。 有色金属的分类有色金属按其性质、用途、产量及其在地壳中的储量状况一般分为有色轻金属、有色重金属、贵金属、稀有金属和半金属五大类。在稀有金属中，根据其物理化学性质、原料的共生关系、生产工艺流程等特点，又分稀有轻金属、稀有重金属、稀有难熔金属、稀散金属、稀土金属、稀有放射性金属。
铝合金系列简介 铝合金概述：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/cm3），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，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形变铝合金、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）。 铝合金的分类
钛合金焊接技术 日期：08-12-10 09:00:09 作者：鲜雪强川航机务部 由于钛合金低重量、强度高、耐腐蚀性优异，又具有与先进复合材料在热学、电化学方面的相容性，一直是航空、宇航工业上应用的重要结构材料。焊接作为钛合金加工中的重要手段，在提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本等方面有独特的优势，因此有必要研究飞机结构修理中的钛合金焊接技术。关键词：焊接、疲劳性能、残余应力、疲劳寿命 一、钛合金焊接的重要性 疲劳断裂是材料在交变载荷（或应力）作用下发生的破损断裂。国内外研究表明，飞机结构疲劳破坏是飞机主要破坏形式。早期设计的飞机只考虑静强度问题，直到上个世纪五十年代，随着航空事业的不断发展，飞机性能不断提高，飞机的使用要求不断严格，飞机在使用过程中疲劳破坏与安全可靠性之间的矛盾逐渐暴露出来。 焊接是一种运用（多种情况下为局部）加热或加压手段、添加或不添加填充材料将构件不可拆卸的连接在一起，或在基材表面堆敷覆盖层的加工工艺。焊接技术广泛的应用于国民经济的各个部门，如机械工程、桥梁工程、压力容器船舶工程、航空航天等领域。焊接结构在现代工业中应用越来越广泛，无论是在航天领域还是在一般的工程领域，无论是小部件还是大型结构，都在不断扩大焊接结构的比重。例如，飞机中央翼焊接下壁板是关键承力构件，承受机翼传来的弯矩、扭矩、剪力和油箱压力的作用；在国外第四代战斗机中钛合金含量已达到40%左右。而对于钛合金焊接结构疲劳特性与寿命评估技术的研究则是为实现钛合金结构在先进飞机上的合理使用，所必不可少的前提条件之一。 二、焊接区域材料性能的确定 焊接接头由焊缝、热影响区、母材组成，是一种非均质材料，各向异性。热影响区是焊缝到母材的过渡区域，其材料性能也介于焊缝和母材之间。
铝合金软、硬钎焊研究 班级： 学号： 姓名： 年月日
钎焊是利用熔点比母材熔点低的填充金属（称为钎料或焊料）在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝，与母材相互溶解与扩散，从而实现零件间连接的焊接方法。和传统的熔焊相比，钎焊时母材不熔化，仅钎料和钎剂熔化。美国焊接学会（AWS）对钎焊的定义是：“一组焊接方法，它通过把各种材料加热到适当的温度，通过使用具有液相温度高于450℃但低于母材固相线温度的钎料完成材料连接。钎料依靠毛细管吸附作用分布到接头紧密配合面上。”通常按照所采用钎料的熔点可将钎焊分为两类，钎料熔点低于450℃时称为软钎焊，高于450℃时称为硬钎焊。 铝到目前为止仍然是重量轻、加工性好和经过时效硬化能提高强度的优良金属材料，尤其是经过阳极氧化等表面处理后，不但提高了抗蚀性能而且表面也变得美观了。在添加铜、硅、镁、锌、锰以及镍、铁、钛、铬、锂等元素后，铝合金凭其密度低、强度高（接近或超过优质钢）、塑性好以及优良的导电性、导热性和抗蚀性，已经成为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。 目前，我们接触到的用来焊接铝合金的方式有钎焊、搅拌摩擦焊、TIG焊和激光焊接技术。和其他金属（如铜、铁和镍等）材料相比，铝的钎焊较困难，工艺钎焊性较差，其主要原因[1]是： (1) 铝的自由能值很小，对氧的亲和力极大，因此铝合金很容易生成氧化物，这一层表面致密的氧化膜严重阻碍钎料和母材之间的原子扩散，大大影响了钎焊时的润湿、反应及结合。 (2) 为清除铝合金表面的氧化膜而使用的钎剂，往往具有很强的腐蚀性，如果钎焊结束后清理不及时或不彻底，很容易就将焊接接头腐蚀破坏。 (3) 软钎焊铝合金时，软钎料与母材的电极电位相差较大，降低钎焊接头的抗腐蚀性能。 (4) 硬钎焊铝合金时，钎料的熔化和活性温度与铝合金的熔点很接近，钎焊时铝合金母材晶粒很容易长大，或造成母材过量溶解的溶蚀缺陷。 一、钎焊前后的准备和清理工作 通常，钎焊前要对铝及铝合金表面做好清洁工作，母材表面存在油污和较厚的氧化膜，会妨碍钎料的流动及其与母材金属的结合，导致钎焊缺陷，如接头强度差、容易渗漏以及完全焊接不牢等。若采用无熔剂真空钎焊，则焊前工件的清洗要求更为严格。目前常用的去膜方法分物理方法和化学方法[2]两种。 物理方法是利用机械刮擦作用破碎并去除母材表面氧化膜，使液态钎料与母材直接接触发生润湿。主要的作用方式有： (1) 利用坚硬的物体，在液态钎料层下沿母材表面用力往复刮擦； (2) 直接用钎料棒端头在加热到钎焊温度下的母材表面往复拖动。 但是机械打磨并不能彻底去掉母材表面的全部氧化膜，而且去膜后润湿角仍然较大，不能实现液态钎料毛细填缝过程。因此，往往还要采用化学清洗的方式，即用清洗液清洗，焊前清洗液分以碱或酸为主要成份的两大类洗液。因为铝是一种两性元素, 所以它和它的氧化物（即氧化铝）既能和碱液又能和酸液作用而达溶除氧化膜的目的。 碱液清洗液的主要成份一般是氢氧化钠，使用浓度在5%左右。清洗过程为：65℃的氢氧化钠溶液浸渍30秒→冷水冲净→浓硝酸浸渍1分钟→用水冲刷干净。若铝材表面油脂较多较厚，可使用浓度更高的氢氧化钠溶液、提高碱液温度、延长洗涤时间；或者可以在提高氢氧化钠浓度的同时添加水玻璃、磷酸钠和表面活性剂，乳化并去除油脂，但这种操作需要
铝及铝合金的焊接性。 ⑴强的氧化能力铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄，厚度约0.1μm。Al2O3的熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点（约660℃），而且体积质量大，约为铝的1.4倍。焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易形成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并加强焊接区域的保护。 ⑵较大的热导率和比热容铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍，焊接过程中大量的热量被迅速传导到基体金属内部。因此，焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的热量，焊前常需采取预热等工艺措施。 ⑶热裂纹倾向大线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%左右，因此焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而产生热裂纹。生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹，如使用焊丝HS311。 ⑷容易形成气孔形成气孔的气体是氢。氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g，而在660℃凝固温度时，氢的溶解度突降至0.04ml/100g，使原来溶解于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。同时，铝和铝合金的密度小，气泡在熔池中的上升速度较慢，加上铝的导热性强，熔池冷凝快，因此，上升的气泡往往来不及逸出，留在焊缝内成为气孔。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氢的主要来源，因此焊前必须严格做好焊件的表面清理工作。 ⑸接头不等强度铝及铝合金的热影响区由于受热而发生软化、强度降低使接头与母材无法达到等强度。纯铝及非热处理强化铝合金接头的强度约为母材的75%～100%；热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材的40%～505。 ⑹焊穿铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至焊穿。
铝及铝合金焊接过程详解 - 焊前要求 一、持证焊工应按焊接工艺文件和其它文件焊接。 二、在焊接环境出现下列情况之一时，应采取及时防护措施，否则不准施焊： 1)焊接环境不清洁，有灰尘、烟雾； 2)焊接环境风速大于或等于1.5m/s； 3)焊接环境相对湿度大于百分之80； 4)下雨、下雪的室外作业； 5)焊接温度低于5℃； 三、铝材产品焊接设在专门的场地，场地应铺设橡胶或绒布；焊接时应远离通风口和门窗以避免影响气体保护效果。 四、用手工钨极氩弧焊焊接铝材一般都使用交流，以便产生阴极雾化的作用；熔化极氩弧焊则用直流反接。当由于设备所限采用直流焊接时，焊缝表面一般有一层氧化膜甚至是黑灰，这时可用钢丝刷或抹布擦去。对焊缝表面由于焊剂熔剂残留物或氧化而形成的白色膜可用钢丝刷或抹布醮热水擦去。 五、焊前预热：由于铝材导热性能很强，因此一般手工钨极氩弧焊焊接大于10mm厚度时，焊前都应预热，但不超过100℃，焊时层间温度也不超过100℃。可视具体情况用火焰或远红外线板进行加热。
六、在焊接过程中焊丝的填入点不应位于电弧正下方，而应位于熔池边部，距电弧圆心线约0.5-1.0mm处，焊丝填入点不得高于熔池表面或在电弧下横向摆动，以避免影响母材熔化，破坏气体保护而使金属氧化；焊丝回撤时勿使焊丝未端露出气体保护区外，以免焊丝未端被氧化后再度送进时随之带入熔池。焊接时若钨极碰到焊缝金属应立即停止焊接，用金属磨头抹掉污染，并修磨钨极；无论焊前还是焊接过程中，都应先切除焊丝端部已氧化的部分再焊。 七、一条焊缝应尽量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接时，应重叠10-20 mm。多层焊缝在进行下一道焊缝前，对前道焊缝进行表面颜色检查，只允许银白色；并彻底抹掉表面污染、夹渣等缺陷。弧坑应填满，接弧处应熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法：收弧时匀速抬高电弧，同时加速填充焊丝，直至电弧熄灭，使熄弧处焊缝局部凸出，必要时打磨超标的余高。在焊机上有衰减装置时，此熄弧方法效果更好。 八、接管与壳体的D类焊缝当壳体厚度≤12mm时，一般应将壳体扳边对接焊，扳边高度为25-30mm。 九、C、D类接头的焊缝厚度t，在图样上无其他规定时，应不小于组成角焊缝两边构件厚度δ1、δ2较小值的0.7倍，且不应小于3mm，在一般情况下不超过10 mm（按下图）；在衬里或复合板复合采用盖板搭接角焊缝时，盖板厚度构成了角焊缝的一侧边长度L2一般较薄，使得焊脚长度受到侧边长度的限制，当L2≤4mm时，应要求t≥0.7 L2。
铝及铝合金的钎焊 08材控 邢钧魁 20080607131 摘 要 本文主要论述了铝及铝合金的分类、性能，以及铝及铝合金钎焊的研究现状、钎焊过程中有可能出现的问题以及在具体实施钎焊时钎剂、钎料的选择与搭配，还介绍了施焊前如何对表面进行清理、准备以及焊后的清理与处理工作、注意事项等。 关键词 钎焊 铝合金 钎剂 钎料 1 铝及铝合金 1.1铝及铝合金钎焊的研究现状 铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，设备复杂，且对焊工的技术要求也比较严格。铝钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有钎焊件变形小。尺寸精度高等优点，近年来在我国得到广泛的应用。铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。 1.2 铝及铝合金的分类及性能 铝及铝合金可以分为工业纯铝、变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金。 铝是一种轻金属，密度小，仅为3/7.2cm g ，约为铜或钢的3/1；具有优良的导电性、导热性，良好的耐蚀性以及优良的塑性和加工性能等。铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多。经热处理后铝合金的力学性能要求可以和钢铁材料相媲美。 1.3 铝及铝合金钎焊的问题 铝及铝合金的钎焊与其他合金相比比较难，是由于其表面有一层极为致密的氧化膜，这一层氧化膜的性能非常稳定，能够充分抵抗大气的腐蚀，又能在旧摸上随时生成新膜。铝及铝合金在焊接的时候需要破坏这一层膜，否则熔化的钎料不能与母材润湿；焊后又需要维持保护膜的完整，否则接头将产生严重的腐蚀。 铝能极缓慢地溶于中等浓度的硝酸，但在浓硝酸中是稳定的，硝酸的浓度越高越稳定。运输发烟硝酸的槽罐是用纯铝做的。铝的抗碱能力较弱，易溶于NaOH 、KOH 。 无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果，是铝铜钎焊用料的升级换代产品。其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成，其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。 2 铝及铝合金的钎焊方法 铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、盐浴钎焊和炉中钎焊等方法[1]。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化
铝及其合金钎焊知识培训 钎焊概念 钎焊是采用液相线温度比母材固相线温度低的金属材料做钎料，将零件和钎料加热到钎料熔化，利于液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互溶解和扩散而实现连接零件的方法。与熔焊相比，钎焊具有以下优点： 1）钎焊接头平整光滑，外形美观； 2）钎焊加热相对温度较低，对母材组织和性能的影响较小； 3）焊件变形较小，尤其是采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减少到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度。 4）某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产效率高； 5）可以实现异种金属或合金，金属和非金属的连接。 缺点是钎焊接头强度比较低，耐热能力比较差，装配要求比较高等。 根据使用钎料的不同，钎焊一般分为： 1）软钎焊——钎料液相线温度低于450℃； 2）硬钎焊——钎料液相线温度高于450℃。 铝及其合金钎焊存在困难： 1、由于纯铝不能在空气中存在，铝表面会形成一层致密的氧化膜，钎焊时氧化膜将妨碍液态 钎料在母材表面润湿，因此焊前要清理母材表面，焊接时要配合使用化学钎剂，经过多年的不断研究开发，对一般材料都可以成功焊接，但对母材中Mg含量超过1％的铝镁合金及含Si超过3％的铝硅合金尚难克服。 2、在钎焊过程，由于钎料与铝及铝合金的液相线温度相差不大，且铝及铝合金在加热过程中 颜色不变，因此不容易判断温度，母材容易发生过热，使母材严重软化甚至过烧，这需要操作者要十分小心，用丰富的经验来掌控钎焊温度及热力分布。 3、钎焊接头耐腐蚀性差，接头腐蚀是因为在钎缝的不同位置，电极电位不同形成电势差，从 而造成接头腐蚀，通过钎料优化选择，使母材钎缝的电极电位过渡为平缓，从而提高抗蚀性。 钎料选择：GB/T13815-1992 BAl88Si （料400）成份含量：Si11.0～13.0％Cu＜0.30％Zn＜0.20％Fe＜0.80％Mg ＜0.10％Mn＜0.05％其他≤0.15％ BAl90Si 成份含量：Si9.0～11.0％Cu＜0.30％Zn＜0.10％Fe＜0.80％Mg＜0.50％Mn＜0.05％Ti＜0.20％其他≤0.15％ 熔化温度： BAl88Si （HL400）固相线577℃液相线580℃ 钎焊温度：582～640℃ BAl90Si 固相线577℃液相线590℃ 美国钎料 BAlSi-2 Si 6.8～8.2％Cu 0.25％Zn 0.20％Mn 0.1％Fe 0.80％ BAlSi-3 Si9.3～10.7％Cu 3.3~4.7％Mg 0.15％Zn 0.20％Mn 0.15％Fe 0.80％
铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比较好的铝钎焊加热热源[sup][5][/sup]。但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。 盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其不足之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比较高，而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。另外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件表面容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中，钎剂会因空气中的水分而失效。针对这种情况，现在发展了干燥空气炉中钎焊。 真空钎焊和保护气氛炉中钎焊由于其各自独特而优良的工艺，在铝和铝合金的钎焊中应用比较多，而且发展也比较快，下面重点介绍。 [B]1．1 真空钎焊[/B] 铝比较活泼，容易在表面形成一层致密的氧化膜。钎焊时，单纯依靠真空条件难以去除氧化物，必须同时借助于某些金属活化剂，如Mg、Bi等。一般认为活化剂的去膜机理：一方面，活化剂与真空中残留的O[sub]2[/sub]和H[sub]2[/sub]O反应，消除了它们对铝钎焊时的有害作用；另一方面，Mg蒸气渗入膜下表材层与扩散的Si一起形成低熔点的Al-Si-Mg合金，钎焊时，该合金熔化从而破坏了氧化膜与母材的结合，使熔化的钎料得以润湿母材，在膜下母材上铺展，并将表面膜浮起而去除。 铝合金真空钎焊时，应根据生产率、成本、焊件尺寸以及结构选择真空炉。 在钎焊前需要仔细的清洗焊件。可以用酸或碱洗去表面的氧化物。如果表面有油污，可以用酒精擦拭。对钎料的处理，一般先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用酒精擦掉油污。对于较大的工件，在焊接前进行预热，以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热。由于铝合金的真空钎焊主要依靠Mg活化剂去膜，对于结构复杂的焊件，为了保证母材受到Mg蒸气的充分作用，国内有一些单位采用局部屏蔽的补充工艺措施，取得了比较好的效果。其中通用的方法是将工件放入不锈钢罩内，在其中放人Mg屑，然后置于真空钎焊炉中进行钎焊，这样可以大大提高钎焊质量。 真空钎焊当中最重要也是最难控制的工艺参数是真空度，要得到高质量的接头，很大程度上取决于真空度的大小。根据一些工作人员多年的经验，如果钎焊设备较长时间没有使用过，应该让真空炉运行数小时后再使用。使用时，尤其是批量生产时，两次使用的时间间隔应尽量缩短，这样真空炉的真空度容易较快地达到要求。 真空钎焊是一种优良的钎焊方法，但也存在着设备复杂、昂贵，真空系统的维修技术难度大等缺点。我国铝合金真空钎焊的发展已初具水平，今后发展的难点和关键主要放在研制熔点较低且具有较高的力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料方面。 [B]1．2 保护气氛中钎焊[/B]