解讀鋁合金的焊接性

解讀鋁合金的焊接性

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效能等特點，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、接頭質量和效能、缺陷的形成及防止措施等，對正確制定鋁合金的焊接工藝，獲得良好的接頭效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效能的兩大突出特點，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效能。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效能。

1-鋁合金的分類、成分和效能

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制成的板、帶、管、型、條等半成品材料；鑄造鋁合金以合金鑄錠供應。

（圖片來源於網路，侵刪）

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透過加工硬化、固溶強化提高力學效能，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、矽、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。但硬鋁的耐蝕效能差，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。

鋁合金的效能

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制作的小負荷零件等。

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。鋁合金在飛機制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溼。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、矽、鎂、鋅等合金元素可獲得不同效能的合金，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。