《有色金属的焊接》PPT课件.ppt

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1、第10章 有色金属的焊接,第10章 有色金属的焊接,主要内容主要介绍铝合金的焊接性和焊接工艺。,2023/7/18,第十章 有色金属的焊接,2,全铝高速列车,第10章 有色金属的焊接,2023/7/18,第十章 有色金属的焊接,3,神舟飞船返回仓全焊接的铝合金结构,第10章 有色金属的焊接,2023/7/18,第十章 有色金属的焊接,4,铝合金的激光焊,TWI 应用激光焊接大厚钢、铝及钛合金构件，最大厚度可达20mm，主要应用于军用车辆。激光焊的高速度、低变形大大减少焊后处理工作，人工费用降低30%。,第10章 有色金属的焊接,2023/7/18,第十章 有色金属的焊接,5,第1节 铝及铝合金

2、的焊接,一、铝及铝合金的性能 铝极易氧化 含有低熔点、低沸点的合金元素 比热容、电导率、热导率比钢大 线膨胀系数比钢大 对光、热的反射能力强，熔化前无明显色泽变化,2023/7/18,6,第十章 有色金属的焊接,氢在铝中的溶解度（=101kPa）,第1节 铝及铝合金的焊接,二、铝及铝合金的焊接性1、焊缝的气孔：主要为氢气孔。,2023/7/18,7,第十章 有色金属的焊接,氢在铝中的溶解度（PH2=1atm）焊缝中的蜂窝状气孔,溶解氢形成的气孔 氧化膜气孔,防止和减少焊缝气孔的途径限制氢溶入焊接熔池，或者减少氢的来源，或者减少氢同熔池的作用时间；尽量促使氢从熔池析出，即在熔池凝固之前使氢以气泡

3、形式及时排除。a、减少氢的来源 彻底清除坡口表面的油污和氧化膜，并加强对熔池的保护；对保护气体的含水量进行控制。,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,8,第十章 有色金属的焊接,铲根对焊缝气孔的影响（Al-4Mg-1Mn，MIG）1未铲根 2铲根,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,9,第十章 有色金属的焊接,b、减少熔池吸氢时间,c、采用气垫块取代水冷铜垫块,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,10,第十章 有色金属的焊接,焊接热源,d、延长气泡逸出时间,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,11,第十章 有色金属的焊接,焊接工艺参数对气孔倾向的影响（5

4、A06，TIG）,MIG焊接时焊缝气孔倾向与焊接工艺参数的关系（板Al-2.5%Mg，焊丝Al-3.5%Mg）,2、焊接热裂纹 铝合金属于典型的共晶型合金，熔化焊时容易产生热裂纹，包括结晶裂纹和液化裂纹。,2023/7/18,12,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,13,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,一方面，焊接速度增大，焊缝内应力增大；另一方面，与高速焊接时焊缝组织的结晶形态有关。,2023/7/18,14,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,氧化膜气孔所致裂纹 液化裂纹防止措施：利用Al-5%Si焊丝的“愈合”作用 能量

5、密度集中的焊接方法防止形成粗大柱状晶 小电流减少过热 适当减小焊接速度减小接头应力,2023/7/18,15,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,3、焊接接头的不“等强性”：非 时效强化铝合金在冷作硬化状 态下焊接时接头强度低于母材；时效强化铝合金焊接接头塑性 低于母材，强度低于母材（除 开Al-Zn-Mg）。焊缝：铸造组织，强度影响不 大，塑性下降。熔合区：塑性降低，晶粒粗化+晶界液化（时效强化型）HAZ：软化（回复、再结晶、过时效）,2023/7/18,16,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,Al-4.5Zn-1.2Mg合金焊接热影响区硬度变化（焊前自然时效，

6、MIG）Tm峰值温度1、2、3、4表示不同的焊后自然时效时间 13h 24d 330d 490d,Al-Cu-Mg（2A12）合金焊接热影响区的硬度变化（手工TIG）,4、焊接接头的耐蚀性一般都低于母材，主要与接头的组织不均匀性有关。焊接应力容易引起应力腐蚀开裂。措施：改善接头组织成分的不均匀性；消除焊接应力；采取保护措施。,2023/7/18,17,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,5、其它焊接问题 合金元素的蒸发烧损 晶粒粗大,2023/7/18,18,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,四、铝及铝合金的焊接工艺特点焊接工艺的一般特点

7、 必须采用能量集中的热源；采用垫板和夹具防止变形；不易确定接缝坡口是否熔化；合金元素Mg、Zn、Mn等易于蒸发；表面极易形成难熔的氧化膜，注意焊前清理和加强保护。焊接方法的选用 氩弧焊为主，激光焊研究较多。焊接工艺参数的选定 主要根据接头尺寸、形状及焊缝成形要求，考虑对接头质量的影响。焊丝的选用：考虑蒸发烧损和裂纹问题,2023/7/18,19,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,五、铝及铝合金的焊接方法 铝合金的氩弧焊TIG焊：焊薄板，采用交流或DCRP电源利用阴极清理作用 焊大厚件，正研究采用DCSP电源利用He气保护MIG焊：焊薄板，脉冲MIG 焊厚板，采用亚射流过渡+恒流

8、电源 电源一般采用DCRP,2023/7/18,20,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,铝合金的激光焊室温下，CO2激光照射铝合金时，99%的激光能量被材料表面反射。,2023/7/18,21,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,22,第十章 有色金属的焊接,热导焊接 深熔焊接 热导焊焊缝 深熔焊焊缝,传热焊：小于105W/cm2，焊接薄（1mm）、小件深熔焊：106W/cm2，焊接较厚件,CO2激光深熔焊临界功率密度 低碳钢：0.7106W/cm2 铝合金：3.5106W/cm2,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,23,第十章 有

9、色金属的焊接,提高功率密度：增大激光功率 减小聚焦光斑直径,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,24,第十章 有色金属的焊接,提高材料表面的吸光率,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,25,第十章 有色金属的焊接,填充焊丝对深熔焊临界功率密度的影响,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,26,第十章 有色金属的焊接,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,27,第十章 有色金属的焊接,填充焊丝对热裂纹的影响,焊接接头与母材拉伸强度（填充焊丝AlMg4.5Mn）,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,28,第十章 有色金属的焊接,填充焊丝对接头性能的影响

10、,填充焊丝对装配间隙的影响,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,29,第十章 有色金属的焊接,填充焊丝对焊缝表面成形的影响,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,30,第十章 有色金属的焊接,（a）没有填充焊丝（b）采用填充焊丝焊缝表面形貌（P=7kW，v=6m/min）,铝合金的填充粉末激光焊接 送丝位置和速度的控制要求严格；焊丝直径限制了焊缝宽度的减小；薄板焊缝余高较大，产生较大应力集中。,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,31,第十章 有色金属的焊接,双光束焊接铝合金,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,32,第十章 有色金属的焊接,机制一：一束光

11、进行深熔焊接，另一束光散焦或功率较小，作为热处理热源。焊接裂纹敏感性材料，如高碳钢，合金钢等，可提高焊缝的韧性。机制二：两束光产生独立匙孔，改变熔池流动方式，防止咬边、焊道凸起等缺陷的产生，改善焊缝成形。机制三：两束光产生共同匙孔，匙孔尺寸变大，不易闭合，焊接过程更加稳定，气体更易排出。,串列双光束,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,33,第十章 有色金属的焊接,并列双光束,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,34,第十章 有色金属的焊接,单束光分光形成双光束,激光-电弧复合热源焊接,激光与电弧相互作用吸引和压缩电弧、提高电流密度，提高焊接熔深。,较低功率激光复合一定电流

12、的电弧可获得高功率等级激光的焊接熔深。,激光-电弧复合热源焊接有利于降低对间隙、对中、错边的敏感性。交流TIG电弧-激光焊接铝合金有利于氧化膜破碎、小孔形成及稳定、改善成型、降低气孔数量。,电弧的辅助加热，可提高激光焊接速度；激光引导电弧，可实现高速TIG焊接。,提高熔深,低 成 本,高适应性,高 效 率,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,35,第十章 有色金属的焊接,激光-TIG复合,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,36,第十章 有色金属的焊接,激光-MIG复合,利用填丝提高熔深、改善焊缝成型和接头性能。对间隙、错边、对中的适应性更好，可焊接厚板。适合焊接铝合金、镁合金、铜合金材料,第1节 铝及铝合金的焊接,2023/7/18,37,第十章 有色金属的焊接,第2节 镁及镁合金的焊接,和铝相比，镁具有以下特性：镁熔点、沸点更低镁更易被氧化，氧化膜更疏松，密度大；镁与氮生成氮化物镁的膨胀系数为铝的1.2倍镁的表面张力小,2023/7/18,38,第十章 有色金属的焊接,第2节 镁及镁合金的焊接,焊接方法：氩弧焊等离子弧焊电子束焊激光焊,2023/7/18,39,第十章 有色金属的焊接,镁合金,镁合金激光焊接头中的气孔,镁合金激光焊接头中的裂纹,