汽车工业中的铝及铝合金的焊接技术研究

《汽车工业中的铝及铝合金的焊接技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车工业中的铝及铝合金的焊接技术研究（40页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、新乡职业技术学院毕业设计（论文）题 目 汽车工业中的铝合金及其焊 接技术研究 系 别 材料工程系 学生姓名 李炳强 学 号 1002040104 专业名称 焊接技术及自动化 指导教师 段斌 年 月 日汽车工业中的铝合金及其焊接技术研究李炳强摘要 近20年来，世界性能源问题变得越来越严重，这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。铝合金具有密度小、重量轻，热容量大、熔化潜热高、强度高及良好的耐蚀性、导电性、导热性，以及在低温下能保持良好的力学性能等优点。铝合金在航空航天、国防、汽车、电工、化工、交通运输等行业中被广泛应用。且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合

2、汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。因此提高铝合金焊接的生产率和焊接质量，减少焊接缺陷存在的高效焊接方法已成为实际生产的迫切要求。本文综述了铝合金几种先进的焊接工艺：气焊，钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、搅拌摩擦焊（FSW），激光焊等。关键词 能源 铝合金 汽车 焊接 第 0 页目录绪论1第一章 铝及铝合金的发展、特点及应用31、 铝合金的特点32、 铝合金的应用4第二章 铝及铝合金的分类及性能61、工业纯铝62、铝合金6第三章铝合金在汽车中的应用12 1、铝合金在汽车工业中的应用背景 122、铝合金在汽

3、车中的应用13第四章 铝合金的焊接材料191、 铝合金焊丝192、铝合金熔剂20第五章 铝及铝合金焊接时易产生的缺陷分析及防治措施221 、气孔222 、热裂纹243、未焊透254、烧穿25第六章 铝及铝合金的焊接261、焊前准备及焊后处理262、气焊283、 非熔化极钨极氩弧焊（TIG焊）294、熔化极氩弧焊（MIG焊）315、搅拌摩擦焊（FSW）326、激光焊327、激光-电弧复合焊34总结35参考文献36第 0 页绪论 自 2000 年以来，中国的汽车工业迅速发展，汽车产量迅速增加。2009 年，中国汽车产销量已达1364万辆，产销量均跃居世界第一。汽车保有量已超过7000万辆，节能减排

4、刻不 容缓。汽车轻量化是汽车节能减排的重要手段。汽车的轻量化就是在保证汽车品质和功能 不受影响的前提下， 最大限度地减轻零部件的质量， 从而提高汽车的机动性， 减少燃料消耗， 降低排气污染。在使汽车满足节能减排要求的同时，努力谋求它的高输出功率、高响应性、 低噪声、 低震动、 良好的操纵性， 高可靠性和舒适性等是汽车轻量化的基本要求。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。目前，美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家，如德国大众AudiA8

5、、A2，日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达（均为引进生产线）用铝合金外，国产以红旗较多，约80100kg。铝是工业上应用最广泛的重要有色金属之一。铝合金具有密度小、重量轻，热容量大、熔化潜热高、强度高及良好的耐蚀性、导电性、导热性，以及在低温下能保持良好的力学性能等优点。铝合金在航空航天、国防、汽车、电工、化工、交通运输等行业中被广泛应用，这也极大地推动了铝合金焊接技术的发展，因此，提高铝合金焊接的生产率和焊接质量，减少焊接缺陷存在的高效焊接方法已成为实际生产的迫切要求。铝合金其主要成分是铝，而铝的密度较低，熔点低热传导性能好，热膨胀系数大，同时其具有很

6、强的化学活泼性，易氧化，且氧化物的熔点很高。在与其他组元形成合金后依然保持这些特性，因此铝合金在焊接过程中存在着一系列的问题，如：氧化、裂纹、气孔、接头力学性能下降、热影响区变宽等。为了提高铝合金焊接接头的质量，近年来涌现出了许多新的铝合金焊接方法，如：钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、激光焊（LBW）、电子束焊（EBW）、搅拌摩擦焊（FSW）等。本文介绍了铝及铝合金的发展、特点及应用，铝合金的分类及性能，铝合金在汽车中的应用，铝合金的焊接材料，铝合金焊接时易产生的缺陷分析及防治措施，铝及铝合金的焊接方法。第一章 铝及铝合金的发展、特点及应用1、 铝合金的特点：（1） 铝 ：、纯铝

7、的密度小（=2.7g/m3） ，大约是铁的 1/3，熔点低（660） ，沸点 为2467。、铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（:3240%，:7090%） 和低的强度（纯度为99.99%时，b=45MPa，=50%） ，易于加工，可制成各种型 材、板材。、具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性，无磁性，无毒，耐低温。、纯铝在空气中易氧化，在表面形成一层致密牢固的氧化膜，因而抗大气腐蚀性能好。、纯铝还具有良好的低温塑性，直到-253时 其塑性和韧性也不降低，且其硬度低，不适于制作受力的机械件。（2）铝合金 ：铝合金有两大类：铸造铝合金和变形铝合金。A：铸造铝合金可分为 Al-Si

8、 系、Al-Cu 系、Al-Mg 系。特点：、Al-Si 系：具有良好的力学性能，耐蚀 性能，和中等的切削加工性能。、Al-Cu 系：良好的切削加工性和焊接性，但 铸造性和耐蚀性差。、Al-Mg 系：密度小，强度，韧（塑）性好，耐蚀性和切 削加工性也较好。、Al-Zn 系：强度好。B：变形铝合金按用途可分为防锈铝， 硬铝，超硬铝，锻铝，新型变形铝合金。特点：、防锈铝：抗蚀，易加工和焊 接，低温性好，不能热处理强化，强度低。、硬铝：具有强烈的实效硬化能力， 强度好，耐蚀性好，但抗蚀和焊接性差。、超硬铝：室温强度好，热加工性能 好，但有应力腐蚀倾向，对应力集中，比较敏感，热稳定性差。、锻铝：良好

9、的冷热加工，焊接性，抗蚀，低温性，疲劳性等。、新型变形铝合金：a：铝锂合金：质轻、强度高、不足、塑性断裂韧性低。b：铝钪合金：强度高、塑性 好、耐蚀、焊接性好。C：Al-Fe-V 系铝合金。2、 铝合金的应用（1）航空航天用铝材用于制作飞机蒙皮、机身框架、大梁、旋翼、螺旋桨、 油箱、壁板和起落架支柱，以及火箭锻环、宇宙飞船壁板等。（2）交通运输用铝 材用于汽车、地铁车辆、铁路客车、高速客车的车体结构件材料，车门窗、货架、 汽车发动机零件、空调器、散热器、车身板、轮毂及舰艇用材。 图1-4（3）包装用铝材： 全铝易拉罐制罐料主要以薄板与箔材的形式作为金属包装材料,制成罐、盖、瓶、 桶、包装箔。广

10、泛用于饮料、食品、化妆品、药品、香烟、工业产品等包装。（4） 印刷用铝材主要用于制作 PS 版，铝基 PS 版是印刷业的一种新型材料，用于自 动化制版和印刷。（5）建筑装饰用铝材铝合金因其良好的抗蚀性、足够的强度、 优良的工艺性能和焊接性能、 广泛用于建筑物构架、门窗、吊顶、装饰面等。 如各种建筑门窗、幕墙用铝型材、铝幕墙板、压型板、 花纹板、彩色涂层铝板等。（6）电子家电用铝材主要用于各种母线、架线、导体、电气元件、冰箱、空调、 电缆等领域。 图1-5铝合金也有一些新型的应用，如：锋锐 S30i 采用了铝镁合金材质外壳、 全新捷豹 XKR 的轻质车身、.铝屋顶板、地铁中应用的铝箔复合酚醛泡沫

11、风管制 作工艺、英国苏格兰科技公司“触摸仿生公司”推出了一种利用无线技术进行操 作的铝合金 i-Limb Pulse 仿生手。新型外维护墙体铝板幕墙、澳大利亚柯世 达公司制造的全铝合金三体商用客船、奥运开幕式“地球”：使用铝合金感光材 料 、2008 年北京奥运会火炬“祥云”就是铝。但铝食多了，易得老年痴呆。 第二章 铝及铝合金的分类及性能1、工业纯铝 成分牌号 L1 L2 L3 L4 L5 L6 W（Al）99.799.699.599.399.0 98.8 W（杂质）（）0.300.040.500.701.01.2工业纯铝是指用工业方法大规模生产的纯铝，其纯度（质量分数）为99。7左右，工业

12、纯铝中还含有铁，硅等少量杂质。工业纯铝的牌号和化学成分见表2-1表2-1 工业纯铝的牌号和化学成分 2、铝合金 一般铝合金的平衡图如图2-1所示图2-1凡成分位于d左边的合金，在加热时能形成单相固溶体，塑性较高，适于压力加工，称为变形铝合金。位于d右边的铝合金，具有共晶组织，适于铸造，称为铸造铝合金。 在图1中F点左边的变形铝合金，不能进行热处理强化，称为非热处理强化铝合金（又称防锈铝）。F点和d之间的变形铝合金，可以进行热处理强化，称为热处理强化铝合金（如硬铝，锻铝，超硬铝合金等）。 按照国际上比较通用的牌号命名方法，变形铝及铝合金的牌号用四位字符体系表示。牌号中第一位数字表示铝及铝合金的组

13、别，见表2-2.第二位为英文大写字母（，字母除外），表示原始纯铝及铝合金的改型情况。最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度。表2-2 铝及铝合金的组别组别牌号系列纯铝（铝的质量分数不小于99.00）1XXX以铜为主要合金元素的铝合金2XXX以锰为主要合金元素的铝合金3XXX以硅为主要合金元素的铝合金4XXX以镁为主要合金元素的铝合金5XXX以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金6XXX以锌为主要合金元素的铝合金7XXX以其他合金元素为主要合金元素的铝合金8XXX备用合金组9XXX根据标准，铝合金的分类如图2-2所示：图2-2） 防锈铝是铝镁系和铝锰系组成的变形铝

14、合金。其特点是耐腐蚀性好，所以称为防锈铝，还具有高的塑性和比纯铝高的强度，抛光性好，能保持光亮的表面。铝镁合金和铝锰合金的化学成分及力学性能分别见表2-3和表2-4表2-3 铝镁合金和铝锰合金的化学成分牌号MgMn或GrSiTiBe杂质.注：余量为铝表2 -纯铝 铝镁合金和铝锰合金的力学性能牌号材料状态 抗拉强度（MP）屈服点（MP）伸长率（）断面收缩率（）布氏硬度（HBS）L4冷作硬化140101232L6退火9033025LF2退火冷作硬化20025010212364560LF5退火270152370LF21退火冷作硬化130160513201055703040）硬铝是含有铜，镁，锰等元素

15、的变形铝合金。具有高的强度和硬度，可以通过热处理强化，但耐腐蚀性能差。）超硬铝是含有锌的硬铝，其强度和硬度都比硬铝高。）锻铝它的特点是在高温下具有高的塑性，同时强度大。非热处理强化铝合金，如铝镁合金，铝锰合金，其强度中等，塑性和耐腐蚀性较好，焊接性好，广泛用来作为焊接结构材料。热处理强化铝合金的焊接性较差，焊接时容易出现裂纹，在焊接结构中应用较少。铸造铝合金的焊接性也较好，所以可以对铝铸件进行焊补。第三章铝合金在汽车中的应用1、铝合金在汽车工业中的应用背景最早把铝材运用到汽车上的是印度人，据记载，1896年印度人率先用铝制做了汽车曲轴箱。进入20世纪早期，铝在制造豪华汽车和赛车上有一定的应用，

16、铝制车身的汽车开始出现，如亨利福特的Model T型汽车和二、三十年代欧洲赛车场上法拉利360赛车都是铝制车身。 铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料，铝合金作为典型的轻质金属广泛应用于国外汽车上，国外汽车铝合金制部件主要有活塞、气缸盖、离合器壳、油底壳、保险杠、热交换器、支架、车轮、车身板及装饰部件等。目前，美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家，如德国大众AudiA8、A2，日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、

17、一汽奥迪和捷达（均为引进生产线）用铝合金外，国产以红旗较多，约80100kg。有资料表明，用铝合金结构代替传统钢结构，可使汽车质量减轻30%40%，制造发动机可减轻30%，制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。铝合金的主要优点是重量轻，散热性好。随着发动技术的发展，四气阀结构成为发动机的主流设计趋势。与两气阀发动机相比，每缸四气阀的气缸盖比每缸两气阀的气缸盖在工作时要产生更多的热量，采用全铝合金缸盖是最好的解决办法。目前，轿车发动机部件中不仅活塞、散热器、油底壳缸体采用铝合金材料，而且缸盖、曲轴箱也采用这种材料。在目前的形式下，在发动机上采用铝

18、合金替代铸铁已经成为主流趋势。法国汽车的铝汽缸套已达100，铝汽缸体达45%。在未来几年里，随着高强度优质铝合金材料的开发成功和制造工艺的不断改进，铝合金材料将愈来愈多的用来制造这一类零部件。汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用量最多，占80%以上，其中又分为重力铸造件，低压铸造件和其它特种铸造零件。变形铝合金包括板材、箔材、挤压材、锻件等。世界各国工业用铝合金材料的品种构成虽然有一定的差异，但大体是相同的。其品种构成：铸件占80%左右，锻件占1%3%，其余为加工材。美国汽车工业中变形铝合金占较大比例，达36%。2、铝合金在汽车中的应用）铸造铝合金的应用铸造铝合金

19、具有优良的铸造性能。可根据使用目的、零件形状、尺寸精度、数量、质量标准、机械性能等各方面的要求和经济效益选择适宜的合金和合适的铸造方法。铸造铝合金主要用于铸造发动机气缸体、离合器壳体、后桥壳、转向器壳体、变速器、配气机构、机油泵、水泵、摇臂盖、车轮、发动机框架、制动钳、油缸及制动盘等非发动机构件。1.发动机用铝合金汽车发动机用铝合金制造轻量化最为明显，一般可减重30%以上，另外，发动机的气缸体和缸盖均要求材料的导热性能好、抗腐蚀能力强，而铝合金在这些方面具有非常突出的优势，因此各汽车制造厂纷纷进行发动机铝材化的研制和开发。目前国外很多汽车公司均已采用了全铝制的发动机气缸体和气缸盖。如美国通用汽

20、车公司已采用了全铝气缸套；法国汽车公司铝气缸套已达100%，铝气缸体达45%；日本日产公司VQ和丰田公司的凌志IMZ-FEV6均采用了铸铝发动机油底壳；克莱斯勒公司新V6发动机气缸体和缸盖都使用了铝合金材料。德国大众先进的6.0L W12发动机采用的基本上都是铝镁合金，奥迪A8L 6.0 quattro轿车上因采用W12发动机，整车重量随之被降低到1980kg，低于所有其他车型。而W12引擎450马力、560Nm的强劲动力，使其单位马力需加速的重量仅为4.7kg，堪与高性能跑车相媲美。图3-1北极星系列引擎是通用旗下除了LS引擎系列外最顶级的发动机，它是美国首款顶置凸轮轴的V8铝合金的引擎。它

21、的汽缸套由全铝合金压铸而成。目前广泛应用于凯迪拉克上的4.6升发动机最大功率320马力，最大扭矩427Nm。而应用于高性能V系列的机械增压款更可高达476马力/606Nm。图3-22 轮毂用铝合金 铝轮毂因为质轻、散热性好，并具有良好的外观，而逐渐取代了钢轮毂。在过去的10年，全球铝合金汽车轮毂以7.6%的年增长率增长，根据分析，到2010年时，汽车轮毂铝化率可达72%78%。A365是一种铸造铝合金，它具有良好的铸造性能又具有高的综合力学性能，世界各国的铸造铝合金轮毂都是此类合金生产的。我国西南铝加工厂与日本轻金属株式会合作开发了A6061铝合金轮毂。汽车广泛应用的铝制轮毂是铝合金在汽车上应

22、用的一个例子，几乎所有的新车型都采用了铝合金轮毂。 图3-3 表3-1 汽车用铸造铝合金的主要部件系统部件系统零件名称发动机系统发动机缸体、缸盖、活塞、进气管、水泵壳、发动机壳、启动机壳、摇臂、摇臂盖、滤清器底座、发动机托架、正时链轮盖、发动机支架、分电器座、汽化器等传动系统变速箱壳、离合器壳、连接过滤板、换挡拨叉、传动箱换挡端盖底盘行走系统横梁、上下壁、转向机壳、制动分泵壳、制动钳、车轮、操纵等其他系统部件离合器踏板、刹车踏板、方向盘、转向节、发动机框架、ABS系统部件3) 变形铝合金在汽车中的应用变形铝合金在汽车上主要用于制造车门、行李箱等车身面板、保险杠、发动机罩、车轮的轮辐、轮毂罩、轮

23、外饰罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱死制动系统、热交换器、车身构架、座位、车箱底板等结构件以及仪表板等装饰件。1.车身板件用铝合金 板材在轿车上的应用比重不断上升，如经热处理（如：T4、T6、T8）的6000系（AI-Mg-Si系）铝合金板材，能够很好的满足汽车对壳体的要求，可用做车身框架材料。Audi A8的车身钣金件，即采用了本系合金铝材。另外，2000系（AI-Cu-Mg系）、5000系（AI-Mg系）和7000系（AI-Mg-Zn-Cu系）铝合金也可应用于车身材料。 图3-4表3-1 变形铝合金的主要部件系统车身系统部件发动机罩、车顶蓬、车门、冀子板、行李箱盖、地板、车身骨架及覆盖

24、件等热交换器系统部件发动机交换器、机油散油器、中冷器、空调冷凝和蒸发器等其他系统部件冲压车轮、座椅、保险杠、车厢底板及装饰件等4)新型铝合金在汽车上的应用1、 快速凝固铝合金快速凝固条件下（冷速达104109/S）,材料将引起一些组织结构上的新特征：超细化的微观组织；提高合金的固溶度极限；成分的高度均匀、少偏析或无偏析；形成新的亚稳相等。基于这些特征，快速凝固铝合金必然会在汽车行业得到应用。Sumitomo电器公司利用快速凝固PM AI-Si-X高硅铝合金代替烧结钢，大批量制造汽车空调压缩机转子和叶片，使转子重量减轻60%，整个压缩机重量减轻40%；雅马哈汽车制造公司生产的快速凝固高硅铝合金活

25、塞也投入市场，这种活塞与普通铸铁相比，重量减轻了20%，寿命提高了30%，而且显著降低了噪音，减少污染；马自达汽车公司利用喷射沉积Al-Si-Fe-Cu-Mg合金制造了一种新型发动机转子，提高了发动机效率，能节油20%。2 、铝基复合材料以陶瓷纤维、晶须、微粒等为增强材料，生产铝基复合材料，其比强度、比弹性模量、耐热性、耐磨性等大幅度提高，可用做发动机零件，如用粉末冶金法研制成功的Al2O3或SiC颗粒（晶须）增强的Al-Si系合金活塞，在保留Al-Si合金活塞优点的同时，可进一步改善活塞的强度、耐磨性、耐热性和抗疲劳性能，用于汽车发动机上；此外，颗粒增强铝基复合材料还可用于制造车辆发动机的汽

26、缸体、活塞和连杆等部件。3、泡沫铝合金泡沫铝合金是一种在金属基体中分布有无数气泡的多孔材料，这种材料的质量更轻、强重比更高，并具有高的吸能特性、高的阻尼特性和吸振特性。将泡沫铝填充于两个高强度外板之间制成的三明治板材，在用于车身顶盖板时，可提高刚度、轻量化并改善保温性能，用在保险杠、纵梁和一些支柱零件上时，可以增加撞击吸能的能力，在轻量化的同时，提高了撞击安全性。第四章 铝合金的焊接材料1、 铝合金焊丝根据铝合金的焊丝的化学成分铝合金焊丝的分类如表4-1所示，它适用于惰性气体保护焊、等离子弧焊、气焊等多种焊接方法。表4-1 铝合金用焊丝牌号牌号 (旧）型号（新）名称化学成分（质量分数）（）焊缝

27、力学性能用途MgMnSiFeAl母材抗拉强度（MPa）HS301SAl-3纯铝焊丝余量纯铝7080纯铝及接头质量要求不高的铝合金HS311SAlSi-1铝硅合金焊丝46余量LF21120140除铝镁合金以外的铝合金HS321SAlMn铝锰合金焊丝1.01.6余量LF21120140铝锰合金HS331SAlMg-5铝锰合金焊丝4.55.70.20.60.20.50.4余量LF5220260铝镁合金 焊接时常用的铝及铝合金焊丝见表4-2,。如果没有现成的焊丝，可以用相应牌号的板材切成条或用铝合金铸件熔铸成长条做填充金属。表4-2 同种铝及铝合金焊接用焊丝母材填充焊丝纯铝L4、L6同母材或SAl-3

28、、SAlSi-1LF21同母材或SAlMn、SAlMg-5LF3同母材或LF5、SAlMg-5LF5同母材或LF6、SAlMg-52、铝合金熔剂 铝及铝合金气焊时一般都必须采用熔剂，主要是用于清除焊件表面上的氧化物，使脱氧产物和其他一些非金属杂质过渡到渣中去，并改变液体金属的流动性，形成的渣还对熔池金属起到一定的保护作用。铝及铝合金气焊用熔剂见表4-3表4-3 铝合金气焊用熔剂牌号名称熔剂化学组成（%）用途CJ401铝气焊熔剂W(KCl)49.5-52W(NaCl)27-30W(LiCl)3.5-15W(NaF)7.5-9用于铝及铝合金气焊时的助熔剂，并起精炼作用。第五章 铝及铝合金焊接时易产

29、生的缺陷分析及防治措施 铝及铝合金具有熔点低、导热性好、热膨胀系数大、易氧化，高温强度低等特点，因而给焊接带来一定的困难。铝及铝合金焊接时常存在的困难有铝的氧化、气孔、热裂纹、塌陷、未熔合、未焊透、烧穿、接头不等强、焊缝成形差，夹渣等缺陷。本章主要介绍气孔、热裂纹、烧穿、接头不等强、未焊透缺陷的产生原因及防治措施。1 、气孔 气孔是铝合金焊接过程中最容易出现的焊接缺陷，无论工艺措施多么严格到位，要想 完全做到克服气孔是很难得，气孔从位置上可区分为表面气孔和内部气孔，从性质上可区 分为密集气孔和离散气孔， 气孔产生的原因有外部原因和内在原因， 外在原因主要是操作、 环境方面的因素，内在原因主要是

30、材料、位置方面本身造结果。 1.外在原因导致的气孔 （1） 环境湿度导致的气孔 铝合金表面的氧化膜有很强的吸水性， 当环境湿度很大时， 侵入铝合金表层的水很大， 当电弧产生时，水分子会电离出氢，氢在熔池中来不及溢出而产生气孔，因此，铝合金焊 接现场的湿度控制是非常必要的措施。 （2） 焊接保护不当造成的气孔 当焊接保护气体流量过大、过小，均会造成气孔缺陷，这部分气孔主要是氮气孔或氧 气孔，焊接过程中，外界风的干扰会使保护气流紊乱而产生气孔，焊接过程中，要加强防 风措施。 （3） 油污、灰尘、赃物导致的气孔当工件表面有油污和有机赃物时，焊接过程会融入焊接熔池，有机碳水化合物分解会 导致气孔产生。

31、 （4） 操作不当导致的气孔 当焊接前倾角度过小或操作不稳，均会导致焊接气孔的产生，在焊接培训过程中，焊 接操作避免气孔的技能需要必备的。 （5） 焊接参数导致的气孔 当电弧电压较高时，很容易产生气孔，因此操作过程中适当的控制电压时必要的。2 、内在原因导致的气孔 （1） 焊丝含氢量高导致的气孔 焊丝在冶炼加工过程中，除氢不彻底，或焊丝放置时间过久均会产生 含氢量过高导致 气孔。 （2） 焊丝软管质量导致的气孔 焊丝软管质量会影响气体的纯度和效果，具体理论目前还不是很清晰，但在实践过程 中，发现不合格的软管会产生气孔，这一结果在国外产品供应商的资料论述中也有详细说 明。 （3） 材料方面导致的

32、气孔 铸铝合金、镁合金焊接，非常容易产生气孔，即使采取了一些工艺措施，但完全避免 很困难。 （4） 操作位置导致的气孔 焊接位置对气孔的影响很大， 横焊位置，由于在横焊位置上部，焊接保护较差，焊 接保护氩气比重比空气大，保护气体过多地流向下方，造成焊缝上部气孔过多，是导致气孔偏多的位置。气孔的防治措施 ：保证气体质量，适当增加保护气体流量，以排除焊接区的全部空气，消除气体喷嘴处 飞溅物，使保护气流均匀，焊接区要有防止空气流动措施，防止空气侵入焊接区，保护气 体流量过大， 要适当适当减少流量；焊前仔细清理焊丝、焊件表面的油、污、锈、垢和 氧化膜，采用含脱氧剂 较高的焊丝；合理选择焊接场所；适当减

33、少电弧长度；保持喷嘴 与焊件之间的合理距离范围；尽量选择较粗的焊丝，同时增加工件坡口的钝边厚度，一方 面可以允许允许使用大电流， 也使焊缝金属中焊丝比例下降， 这对降低孔率是行之有效的； 尽量不要在同一部位重复起弧，重复起弧时要对起弧处进行打磨或刮除清理；一道焊缝一 旦起弧后要尽量焊长些，不要随意断弧，以减少接头量，在接头处需要有一定的焊缝重叠 区域。2 、热裂纹 焊缝裂纹的发生原因： 1.拘束应力过大产生的裂纹 焊缝在冷却过程中，受到周围金属的限制，产生对焊缝的拉伸作用，由于焊缝金属 在半熔化状态下，强度还没有上来，造成焊缝金属不能抵抗拉应力而裂开，因此，解决焊 缝裂纹的首要措施就是研究如何

34、调整焊接顺序，使焊接收缩应力最小。 2.焊接材料和母材不匹配导致的裂纹 焊接材料强度过低或焊接材料和母材共同熔化后，产生了晶间低熔点物质，使焊缝在 应力下开裂。 3. 焊角过小 焊角过小，导致焊缝强度低。在焊缝形成过程中发生开裂。裂纹的防止措施 ：适当提高电弧电压或减小焊接电流，以加宽焊道而减小熔深；适当地填满弧坑并采用 衰减措施减小冷却速度；保证焊丝与母材合理匹配；选择合适的焊接参数、焊接顺序，适 当增加焊接速度，需要预热的要采取预热措施。3、未焊透 产生原因 ：焊接速度过快，弧长过大，焊件间隙、坡口角度、焊接电流均过小，钝边 过大；工件坡口边缘的毛刺、底边的污垢焊前没有除净；焊炬与焊丝倾角

35、不正确。未焊透的防止措施 ：适当减慢焊接速度，压低电弧；适当减小钝边或增加要部间隙；使焊枪角度保证焊接 时获得最大熔深，电弧始终保持在焊接熔池的前沿，要有正确的姿势；增加焊接电流及电 弧电压，保证母材足够的热输入获得量；增加稳压电源装置或避开开用电高峰。4、烧穿产生原因：铝及铝合金熔点低，高温强度低，而且熔化时没有明显的颜色变化，在焊接热输入过大时很容易烧穿。烧穿的防止措施： 适当减小焊接电流、电弧电压，提高焊接速度；加大钝边尺寸，减小根部间隙；适当 减小点固焊时焊点间距；焊接过程中，手握焊枪姿势要正确，操作要熟练。第六章 铝及铝合金的焊接1、焊前准备及焊后处理 焊前清理 清理的目的是去除焊件

36、表面的氧化膜和油污，这是防止产生气孔、夹渣的重要措施。 1）化学清洗 效率高、质量稳定、适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的焊件。化学清洗分浸洗法和擦洗法两种，清洗剂及清洗工艺，见表6-1。表6-1 铝及铝合金的化学清洗法 工艺材料脱 脂碱 洗冲洗中 和 光 化冲洗干 燥NaOH溶液的质量分数温度（）时间(min)HNO3溶液的质量分数温度（）时间(min)纯铝汽油煤油6%10%405020清水30%室温13清水风干或低温干燥铝镁、铝锰合金汽油煤油6%10%40507清水30%室温13清水风干或低温干燥 2）机械清理 先用有机溶剂(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污，然后用细铜线刷至表面露出

37、金属光泽，或者用刮刀清理表面。清理后的焊件应在4h内施焊，否则应重新清理。垫板 为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷，焊前可在接缝下面安放垫板。垫板材料可采用石墨、不锈钢或碳钢，表面开一圆弧形槽，以保证反面焊缝成形。预热 对薄、小的焊件一般可以不用预热。焊接厚度超过5mm的焊件时，为了使接缝附近达到所需要的温度，焊前应对焊件进行预热，预热温度为100300。3）铝及铝合金焊后应进行清理： 焊件焊后留在焊缝及邻近的残存熔剂和焊渣，需要及时清理干净，否则在空气、水分的作用下，残存的溶剂和焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜，激烈的腐蚀焊件。因此，焊后应立即严格清除焊件上残存的污物。常用的清渣方法和步骤

38、：1）在热水中用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头。 2）将焊件在温度为6080、质量分数为2%3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约510min，并用硬毛刷仔细洗刷。或者将焊件放于1520质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗1020min。3）在热水中冲刷洗涤焊件。4）将焊件用热空气吹干或在100干燥箱内烘干。2、气焊 铝合金的气焊： 氧乙炔气焊的热效率低，焊接热输入不集中，焊接铝及铝合金时需采用熔剂，焊后 又需清除残渣，接头质量及性能也不高。因为气焊设备简单，无需电源，操作方便灵活， 常用于焊接对质量要求不高的铝合金构件，如厚度较薄的薄板及小零件，以及补焊铝合金 构件和铝铸件。气焊铝合金时不宜采用搭接接

39、头和 T 形接头，这种接头难以清理流入缝隙中的残留 熔剂和焊渣，应尽可能采用对接接头。为保证焊件焊接时既焊透又不塌陷和烧穿，可以采 用带槽的垫板，垫板一般用不锈钢或纯铜等制成，带垫板焊接可获得良好的反面成形，提高焊接生产率。 气焊熔剂的选用 ：铝合金气焊时，为了使焊接过程顺利进行，保证焊缝质量，气焊时需要加熔剂来去除 铝表面的氧化膜及其他杂质。 气焊熔剂（又称气剂）是气焊时的助熔剂，主要作用是去除气焊过程中生成在铝表面 的氧化膜，改善母材的润湿性能，促使获得致密的焊缝组织等。焊接时，应先用 洁净水或蒸馏水将熔剂调成糊状，然后把这涂在接头上，或者浸涂在焊丝上。调好的糊状 熔剂最好随调随用，不要久

40、放，以变质。 气焊操作：焊接钢铁材料时，可以从钢材的颜色变化判断加热的温度。但焊铝时，却没有这个方 便条件。因为铝合金从室温加热到熔化的过程中没有颜色的明显变化，给操作者带来控制 焊接温度困难。但可根据以下现象掌握施焊时机： （1）当被加热的工件表面由光亮白色变成暗淡的银白色，表面氧化膜起皱，加热处金属 有波动现象时，表明即将达到熔化温度，可以施焊； （6）焊后处理 气焊焊缝表面的残留焊剂和熔渣对铝接头的腐蚀，是铝接头日后使用中引起损坏的原 因之一。在气焊后 16h 之内，应将残留的熔剂、熔渣清洗掉，以防引起焊件腐蚀3、 非熔化极钨极氩弧焊（TIG焊）1） 电源极性 钨极氩弧焊一般采用交流电。

41、当采用直流反接时工件为阴极质量较大的正离子向工件移动撞击工件表面，将氧化膜撞碎，具有阴极破碎的作用。但直流反接时，钨极为正极，发热量大，钨极易熔化，影响电弧稳定，并容易使电弧夹钨。所以铝及铝合金TIG焊时一般采用交流电，在电流方向变化时，有一个半周相当于直流反接，具有阴极破碎作用。而另一半周相当于直流正接，钨极发热量小，防止钨极熔化。2） 焊接工艺参数 钨极氩弧焊铝及铝合金的焊接工艺参数见表6-1.表6-1 铝及铝合金钨极氩弧焊焊接工艺参数焊件厚度(mm)焊丝直径（mm）钨极直径（mm）预热温度（）焊接电流（A）氩气流量(L/min)喷嘴孔径（mm）焊接层数（正面/反面）备 注11.52345

42、68101214161820162022251.61.62.022.52333444545455656565656562223344555565666666710010015015020018020020022020024020026020026020026040605080901201501801802001802402402801603202803403003603403803403803604003604003003803604007979812812101510151620162016201822202420242530253025303035888128128121012141614

43、1614161620162016201620202216202022正1正1正1正112/112/112/12/134/1234/1234/1245/1245/1245/1223/2334/34卷边焊卷边或单面对接焊对接焊Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接Y形坡口对接双V形坡口对接双V形坡口对接3） 焊接操作 钨极氩弧焊焊前应检查阴极破碎作用，即引燃电弧后，电弧在工件上垂直不动熔化点周围成乳白色，即有阴极破碎作用。焊接操作时应采用左焊法。焊接时钨极不要触及熔池，以免钨极熔化，造成夹钨，焊接结束时，注意填满弧坑

44、防止弧坑裂纹。室外焊接时，应注意在焊接区周围采取防风措施。4、熔化极氩弧焊（MIG焊） 熔化极氩弧焊特点： 自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大，热量集中，热量影响区小，生产效率比手 工钨极氩弧焊可提高 23 倍。可以焊接厚度在 50 以下的纯铝及铝合金板。例如，焊接 厚度 30 的铝板不必预热，只焊接正、反两层就可获得表面光滑、质量优良的焊缝。半 自动熔化极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短焊缝及结构形状不规则的焊件，用半自动氩 弧焊焊炬可方便灵活地进行焊接，但半自动焊的焊丝直径较细，焊缝的气孔敏感性较大。熔化极氩弧焊工艺参数：见表6-2表6-2 铝及铝合金熔化极氩弧焊接工艺参数焊接方法板厚mm

45、焊丝直 径（mm喷嘴直径（mm氩气流量(L/min焊接电流 （A)电弧电压 ( v) 焊接速度（m/h焊接层数备注自动焊68121620252.52.5344422222228/2728/2728/2730333033303335404760476023026030032032034038042045050049052020232023262828322527293225.0252815.017201619-111111-双层喷嘴双层喷嘴双层喷嘴半自动焊81216201.61.62.02.02.52.52.61820182018201820202525303040506018022026030

46、02803403804202628283230343538-122334-5、搅拌摩擦焊（FSW） 搅拌摩擦焊是在高速旋转的摩擦头上装一特殊形状的凸柱（指针）刺入工件面内，摩擦加热被焊金属成塑性状态，同时搅拌金属形成一个旋转空洞，旋转空洞随摩擦头而前移，其后被挤出的塑性金属经搅拌头肩部填入空洞形成再结晶区，并对膨胀塑性区加压塑性流动，形成热机械影响区，即不完全再结晶区，冷却后即成致密焊缝（见图3）搅拌摩擦焊是一种无需外加焊接材料的焊接方法，因此没有熔化焊接时选择焊接材料的困难，也节省了焊材费用更重要的是没有熔化焊接凝固时的一次结晶过程，克服了焊接高强铝合金时的结晶裂纹、气孔和夹杂倾向，不会产生

47、焊缝塌陷问题，也不会形成焊缝铸造组织和低强区。有资料介绍，搅拌摩擦焊的焊接接头与熔化焊接头相比，在常温和深冷状态下的抗拉强度、冲击韧度和疲劳强度都要提高30%50%。与普通摩擦 相比，它不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝。这种焊接方法还有一系列其它优点，如接 头的力学性能好、节能、无污染、焊前准备要求低等。由于铝及铝合金熔点低，更适于采 用搅拌摩擦焊。搅拌摩擦焊结构如图6-1所示；图6-16、激光焊 激光焊是利用以聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量进行焊接的方法。利用激光器受激产生激光束，通过聚焦系统将其聚集成半径微小的光斑，当调焦到被焊工件的焊缝时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成焊接

48、接头。激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，它能量密度高，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，冷却速度快，能得到组织微细的焊缝，故焊接接头性能良好，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。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。但是由于这种工艺还不成熟 ，焊接时存在着一些问题：铝合金对激光能的吸收很低；合金元素烧损严重；易产生气孔；热裂纹敏感性大。可以从增大激光功率密度和提高铝合金对激光能的吸收率这两个方面采取措施解决这些问题7、激光-电弧复合焊 虽然用激光焊接铝合金有许多优势，

49、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5。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

50、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，这主要基于两种效应：一方面是高的能量密度导致了高的焊接速度；另一方面是两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。总结铝合金焊接技术作为铝合金在工业领域中扩大应用的关键技术之一，必然会得到进一步的发展。尤其在汽车制造过程中将会越来越多。本文综述了铝及铝合金的特点及应用、铝合金在汽车工业中的应用、铝合金的焊接材料、铝合金焊接时易产生的缺陷分析及防治、铝合金的气焊、钨极氩弧焊（TIG焊）、熔化

51、极氩弧焊（MAG）、搅拌摩擦焊（FSW）、激光焊、激光电弧复合焊等焊接方法，有的方法已经在实际应用中得到了大量应用，有的则是在实验研究阶段，有待进一步开发和研究。在传统的焊接方法方面，继续开展铝合金焊接的基础性研究，如在焊条、焊丝、焊剂、活性剂等焊接材料方面的研制和创新；加大如何减少焊接变形、残余应力和缺陷方面的工艺等研究，以及加大用计算机控制和机器人进行焊接的技术研究。在新型焊接方法方面，加大如何增加激光功率密度，以及采取措施提高铝合金对激光的吸收率的研究。搅拌摩擦焊在铝合金的焊接上具有很大优势，是未来防锈铝合金连接的一个主要发展方向。在厚板焊接方面，应加大对铝合金搅拌摩擦焊工艺方面的研究，

52、优化搅拌头的设计，使搅拌摩擦焊在铝合金焊接方面得到更大的应用。参考文献（1）邓洪军：焊接结构生产，高等教育出版社，2009.2 （2）陈淑慧：焊接方法与设备，高等教育出版社，2009.3 （3）李荣雪：金属材料焊接工艺，机械工业出版社，2008.1 （4）中国机械工程学会.焊接手册（第2卷）M.北京：机械工业出版社，200 （5）尹士科.焊接材料手册M.北京:中国标准出版社,2000 （6）赵鸿.铝在汽车上的应用.汽车工艺与材料，1997（7） 刘静安.铝材在汽车工业上的开发与应用.铝加工，1996（8） （8）许珞萍，邵光杰，李麟等.汽车轻量化用金属材料及其发展动态.上海金属，2002（9） 刘静安.汽车工业用铝材的开发应用趋势与对策.铝加工，2002 （10） (10)关少康，姚波，王迎新.汽车铝合金车身板材的研究现状及发展趋势.机械工程材料，2001 第 36 页 共 40 页