全面了解铝合金的焊接性特点

铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良好力学性能等特点，在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防等工业部门被广泛地应用。

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。

 铝合金的分类、成分和性能

（1）铝合金的分类

铝合金可分为变形铝合金（双分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）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。

按GB/T3190—1996和GB/T16474—1966的规定，铝合金牌号命名的基本原则是：可直接采用国际四位数字体系牌号。

四位字符牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母。2×××为Al－Cu系，3×××为Al－Mn系，4×××为Al－Si系，5×××为Al－Mg系，6×××为Al－Mg－Si系，7×××为Al－Zn系，8×××为Al－其他元素，9×××为Al－备用系。这样，我国变形铝合金的牌号表示法与国际上的通用方法基本一致。

  铝合金的分类及性能特点

分类		合金名称	合金系	性能特点	示例
变形铝合金	非热处理强化铝合金	防锈铝	Al-Mn	抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低	3A21
			Al-Mg		5A05
	热处理强化铝合金	硬铝	Al-Cu-Mg	力学性能高	2A11,2A12
		超硬铝	Al-Cu-Mg-Zn	硬度强度最高	7A04,7A09
		锻铝	Al-Mg-Si-Cu	锻造性能好 耐热性能好	2A14,2A50
			Al-Cu-Mg-Fe-Ni		2A70,2A80
铸造铝合金		简单铝硅合金	Al-Si	铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低	ZL102
		特殊铝硅合金	Al-Si-Mg	铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高	ZL101
			Al-Si-Cu		ZL107
			Al-Si-Mg-Cu		ZL105,ZL110
			Al-Si-Mg-Cu-Ni		ZL109
		铝铜铸造合金	Al-Cu	耐热性好，铸造性能与抗蚀性差	ZL201
		铝镁铸造合金	Al-Mg	力学性能高，抗蚀性好	ZL301
		铝锌铸造合金	Al-Zn	能自动淬火，宜于压铸	ZL401
		铝稀土铸造合金	Al-Re	耐热性能好	—

Al－Mn合金和Al－Mg合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但非热处理强化铝合金通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，原先代号为LF××。强度比纯铝高，并且具有优异的抗腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接结构中应用最广的铝合金、超硬铝、锻铝等。

硬铝  

硬铝的牌号是按铜的增加顺序编排的。Cu是硬铝的主要成分，为了得到高的强度，Cu含量一般应控制在4.0%～4.8%。Mn也是硬铝的主要成分，主要作用是消除铁对抗蚀性的不利的影响，还能细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，铜、硅、镁等元素能形成溶解于铝的化合物，从而促使硬铝合金在热处理时强化。

退火状态下硬铝的抗拉强度为160～220MPa，经过淬火及时效后抗拉强度增加至312～460MPa。但硬铝的耐蚀性能差，为了提高合金的耐蚀性，常在硬铝板表面覆盖一层工业纯铝保护层。

超硬铝  

合金中锌、镁、铜的平均总含量可达9.7%～13.5%，在当前航空航天工业中仍是强度最高和应用最多的一种轻合金材料。超硬铝的塑性和焊接性差，接头强度远低于母材。由于合金中锌含量较多，形成晶间腐蚀及焊接热裂纹的倾向较大。

锻铝 

具有良好的热塑性，而且铜含量越少热塑性越好，适于作锻件用。具有中等强度和良好的抗蚀性，在工业中得到广泛应用。

铝合金的新旧牌号对照

类别	新牌号	旧牌号	类别	新牌号	旧牌号
防锈铝合金	— 5A02 5A03 5A05 5A06 5B05 5083 5056 3A21 3003	LF1 LF2 LF3 LF5 LF6 LF10 LF4 LF5-1 LF21 —	锻铝合金	6A02 2A50 2B50 2A70 2A80 2A90 2A14 6061 6063	LD2 LD5 LD6 LD7 LD8 LD9 LD10 LD30 LD31
硬铝合金	2A01 2A02 — 2A04 2A06 2B11 2B12 2A10 2A11 2A12 2A13 2A16 2A17	LY1 LY2 LY3 LY4 LY6 LY8 LY9 LY10 LY11 LY12 LY13 LY16 LY17	超硬铝合金	7A03 7A04 — 7A09 7A10 7003	LC3 LC4 LC5 LC9 LC10 LC12

（2）铝合金的性能

铝合金的物理性能

合金	密度 /g·cm-1	比热容 （100℃） /J·kg-1·K-1	热导率 （25℃） /W·m-1·K-1	线胀系数 （20～100℃） /10-6K-1	电阻率 （20℃） /10-6Ω·m	备注 （原牌号）
3A21 5A03 5A06 2A12 2A16 6A02 2A10 7A04	2.73 2.67 2.64 2.78 2.84 2.70 2.80 2.85	1009 880 921 921 880 795 836 —	180.0 146.5 117.2 117.2 138.2 175.8 159.1 159.1	23.2 23.5 23.7 22.7 22.6 23.5 22.5 23.1	3.45 4.96 6.73 5.79 6.10 3.70 4.30 4.20	防锈铝LF21 防锈铝LF3 防锈铝LF6 硬铝LY12 硬铝LY16 锻铝LD2 锻铝LD10 超硬铝LC4

防锈铜器（铝锰合金、铝镁合金）主要用于要求高的塑性的焊接性、在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如油箱、汽油或润滑油导管、各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件等。

铝合金被广泛应用航空航天、建筑、汽车、机械制造、电工、化学工业、商业等领域。铝合金在飞机制造中是主要的结构材料，它约占骨架质量的55%，而且大部分关键轴承部件，如涡轮发动机轴向压缩机叶片、机翼、骨架、外壳、尾翼等是由铝合金制造的。

铝合金的焊接性特点

铝合金熔化焊时有如下困难和特点：

（1）铝和氧的亲和力很大，因此在铝及铝合金表面总有一层难熔的氧化铝膜远远超过铝的熔点，这层氧化膜不溶于金属并且妨碍被熔融填充金属润湿。在焊接或钎焊过程中应将氧化膜清除或破坏掉。

（2）熔焊时，铝合金的焊接性首先体现在抗裂性上。在铝中加入铜、锰、硅、镁、锌等合金元素可获得不同性能的合金，各种合金元素对铝合金焊接裂纹的影响不同。

（3）铝合金的固态和液态色泽不易区别，焊接操作时难以控制熔池温度。

（4）焊后焊缝易产生气孔，焊接接头区易发生软化。

对铝合金进行焊接，可以用多种不同的焊接方法，表1.4所列的为部分铝合金的相对焊接性。

部分铝合金的相对焊接性

焊接方法	焊接性与适用范围						说明
	铝锰合金	铝镁合金		铝铜合金	适用厚度
	3003 3004	5083 5056	5052 5454	2014 2024	推荐	可用
TIG焊（手工、自动）	很好	很好	很好	很差	1～10	0.9～25	填丝或不填丝，厚板需预热，交流电源
MIG焊（手工、自动）	很好	很好	很好	较差	≥8	≥4	焊丝为电极，厚板需预热和保温，直流反接
脉冲MIG焊（手工、自动）	很好	很好	很好	较差	≥2	1.6～8	适用于薄板焊接
气焊	很好	很差	较差	很差	0.5～10	0.3～25	适用于薄板焊接
焊条电弧焊	较好	很差	较差	很差	3～8	—	直流反接，需预热，操作性差
电阻焊（点焊、缝焊）	较好	很好	很好	较好	0.7～3	0.1～4	需要电流大
等离子弧焊	很好	很好	很好	较差	1～10	—	焊缝晶粒小，抗气孔性能好
电子束焊	很好	很好	很好	较好	3～75	≥3	焊接质量好，适用于厚件

现代科学技术的发展促进了铝合金焊接技术的进步。可焊接的铝合金材料范围逐步扩大，现在不仅可以成功地焊接非热处理强化的铝合金，而且解决了传统的航空航天和军工等行业，逐步扩大到国民经济生产和人民生活的各个领域。