关于铝合金的牌号表示 如2219-T87 这几个字分别代表什么意思

2219铝合金具有比强度高，低温和高温力学性能好，断裂韧度高，抗应力腐蚀性能好等特点，在航天和航空得到广泛的应用。

在20℃常温下，2219-T3,

2219-T3551状态的电导率为28%

IACS

2219-T8,

2219-T851,

2219-T8511状态的电导率为30%

IACS.

工作温度为-270~300℃，焊接性好，断裂韧性高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力。目前主要以氩弧焊进行这种合金的连接， 但焊接时接头气孔和裂纹倾向性较大， 常温拉伸性能较低。

铝 Al(最小值)：余量

硅 Si：≤0.20

铁 Fe：≤0.30

铜 Cu：5.8~6.8

锰 Mn：0.20~0.40

镁 Mg：≤0.02

铬 Cr：—

镍 Ni：—

钒 V：0.05~0.15

锆 Zr：0.10~0.25

锌 Zn：≤0.10

钛 Ti：0.02~0.10

未指定的其它元素：每种：≤0.05；合计：≤0.15

在20℃常温下，2219-T3, 2219-T3551状态的电导率为28% IACS2219-T8, 2219-T851, 2219-T8511状态的电导率为30% IACS.

标准名称:航空航天用铝合金锻件规范

英文名称:Specification of aluminium alloy forgings for aerospace

GB/T 3190-2008里有。

2219铝合金的化学成分应符合 GB/T 3190-2008《变形铝及铝合金化学成分》国标的规定。序号第41，如下图：

多国纷登月球火星，航天铝材喜迎新需

2月13日，俄罗斯公布了与我国携手打造月球科研站计划。日前，双方正在研究项目技术落实事宜。美国也在运作类似的课题，进展很快，不久美国月球基地即会亮相。2021年是人类征服火星圆梦之年，自从人类太空 探索 开始以来，火星一直是访问量最大的行星之一，美国的“水手四号”宇宙飞船早在1964年就发回了第一批火星表面照片。2021年2月初以来，3个国家（阿联酋、中国、美国）的探测器欲登陆火星，阿联酋的“希望号”探测器已于2月19日进入环火星轨道，创造了 历史 ；就在第2天，中国的“天问一号”探测器紧随其后进行了相同的操作，将于5月份着陆火星。

中国、美国、俄罗斯、欧盟、日本、印度、阿联酋等国都已向月球、火星发射过或准备向它们发射探测器， 为航天铝材提供了新的需求阵地，高端铝材及铝基复合材料在航天器装备及发射火箭系统制造中占有极为重要的地位，是一类不可或缺的材料。目前，我国有多家企业都能批量制备各种航天铝材，在火箭用材的净质量中，铝材占94%以上，在航天器结构用材的净质量中，铝材及铝基复合材料也占到约75%。

铝材：航天器发射火箭和结构零部件的顶梁柱

航天铝材大体可为两部分：一是发射火箭用，二是航天器本身零部件结构用。从航天事业一开始，铝材及铝基复合材料就与航天工业结下了不解之缘，不仅获得了广泛的应用，更是不可或缺的关键材料， 虽不能说，没有铝就没有今天这样兴旺发达的航天事业，但可以毫不夸张地说，没有铝合金，像今天这样惊天动地的航天事业至少要延后二三十年。

在航天器与火箭上用的铝合金主要有7078型、2024型、Al-Li合金等；火箭发射用的液氢槽、液氧槽、控制装置、加固-连接环等均是用这类合金材料打造的。

长五奔太空 铝材建殊功

2016年11月3日20时43分，中国最大推力新一代运载火箭长征五号从中国海南省文昌航天发射场轰然发射升天，约30分钟后进入预定轨道，长征五号运载火箭首次发射任务圆满成功。这一声划破长空的惊天巨响震惊了整个地球，标志着中国跨过了航天强国门槛，进入了世界航天强国俱乐部。

长征五号大型火箭的液氢与液氧贮箱是用什么铝合金焊接的，虽未见媒体报道，但国外发射大型火箭用的液氢、液氧贮箱无论是美国，还是日本和欧洲的，都是用2219合金焊接的，所以笔者认为， 长征五号低温燃料与助燃液氧贮箱也应是用2219型铝合金厚板（ 6mm 10mm）焊的，板材应是中国铝业集团所属工厂生产的，它们有生产航空铝材60年的技术与经验，并通过了航空航天部门的认证。 此外，2015年，无锡市某公司锻造的航天配套环件即是用的2219合金，其外径达8.7米、内径为8.32米。

多国纷登月球火星，航天铝材喜迎新需，中国航天铝材跻身世界强国之列

随着中国跻身世界航天大国和强国之列，航天产业所需的铝材、铝基复合材料、铝制零部件等（除个别零部件外），已全部能自给，并且有些还是世界首创，居世界领先水平，如火箭系统的直径10m整体铝合金环件、大直径喷射沉积AI-Li合金锭及其挤压锻坯等。

直径10m级大锻环中国造

2003年以来，随着我国航天事业的飞速发展，大推力火箭和宇航器所需的铝合金锻环直径在不断加大，急需直径达5m及5m以上的锻环，而且除航天领域外，在中远程战略导弹及舰载火炮等兵器领域也同样需要大直径铝合金锻环。此前，由于设备能力所限，东北轻合金有限责任公司（简称“东轻公司”）只能生产最大直径2.9m的锻环，而且生产工艺落后、投料比大、成品率较低，已无法满足我国航天事业发展的需要。作为中国的铝镁合金加工基地，东轻公司审时度势，决定自主研发环轧生产线。2004年，东轻公司把环轧生产线列入了当年的重点建设项目之一，并于2005年6月开始设备的制造工作。2006年3月，环轧生产线安装工作全部结束。2006年6月，中国航天一院的领导就东轻公司参与研制“嫦娥工程”所需的超大直径铝合金锻环进展情况到东轻公司调研，并对东轻公司的设计方案和一系列工作给予了充分肯定。2006年9月12日，东轻公司一次试车成功，轧制出了直径达4m的铝合金锻环，不仅环轧机达到了设计要求，而且淬火炉的最大温差只有 29 ，全面达到了设计标准。

2006年12月30日，在东轻公司自行设计制造具有完全自主知识产权的环轧生产线上，生产出了当时国内最大的铝合金锻环，该锻环直径达5.15m、宽340mm、厚100mm，该公司成为中国火箭锻环的开拓者。

2014年12月，无锡市派克重型铸锻有限公司也成功轧制出了国内最大2219铝合金环锻件。该锻件外径8.7米，内径8.32米，高0.35米，是目前国内最大2219铝合金环锻件，它的问世，突破了国内2219铝合金环件数控碾环成形的多项关键技术，达到行业领先水平。

大型环锻件可广泛用于风力发电、石油化工、矿山机械、能源电站、航空航天、核电燃机等领城。而派克锻造的这块国内目前最大2219铝合金环锻件是某型号火箭配套的关键构件。该环件的研制成功，推动这家民营高 科技 企业成功转型，跨入航天配套领城。

据悉，该铝合金环件涉及多个领城和多项关键技术。后来该公司继续开展了环件热处理、应力消除、整体机械加工等工艺研究，以确保零件的形状及性能满足产品的技术要求和使用要求。

2015年8月初，广西南南铝加工有限公司的“大推力火箭用超大规格铝合金锻坯的开发”项目通过了广西壮族自治区工信委的鉴定验收，满足大规格铝合金整体环的生产，这是我国“十三五”时期重点发展的重型火箭国家重大工程项目所需的关键材料。

南南铝公司通过引进吸收和再创新，建成了目前世界上最先进的硬铝合金熔铸生产线，研究开发了熔体联动精炼、除气、过滤和铸锭多级均匀化热处理等技术，解决了熔体高洁净化、高性能超大规格铸锭半连续铸造成形和组织均匀性控制等重大技术难题，生产了直径1320mm、质量超过20t的超大规格硬铝合金铸锭，并与航天应用单位合作，在世界范围内首次实现直径 8500mm铝合金整体环的制造。

广西壮族自治区工信委组织了由航天设计和应用单位组成的验收专家组对该项目进行鉴定验收，专家组认为该项目完成了任务书提出的各项指标，整体技术达到国内领先、国际先进水平，一致同意通过鉴定验收。

2014年4月10日11点39分，随着轧环机缓缓停止转动， 中铝西南铝与天津特钢精锻有限公司合作研发的首件新型运载火箭用9m级超大型铝合金整体环件研制成功。这是目前世界范围内最大级别的铝合金整体环件。

研制出9m级超大铝合金整体环件，是中铝公司自成功开发出5m级环件轧制工艺技术，结束我国不能生产大规格铝合金巨型环件 历史 以来，在航天新材料领域实现的又一 历史 性突破！

近年来，随着国家重大机械装备制造业的发展，对高性能大型环件提出了迫切需求，大型环件的制造能力已经成为国家基础制造能力的标志和国防重要保障。2012年，中国航天 科技 集团进行材料调研时，提出了9m级超大型铝合金环件需求。

超大型环件传统制造工艺主要以铸造成形和焊接成形为主，但这两种工艺均无法满足承受重载、高冲击、超低温等恶劣工作情况所需的性能要求，必须采用整体制造工艺。但此时9m级整体环件的研发技术在国内依然一片空白，环件从5m级到9m级，技术跨度巨大。为满足国家需求，占领行业制高点，2014年，中铝集团在西南铝成立环件技术研发团队，预研工作正式启动。

要满足环件设计要求，必须突破环件铸锭熔铸、轧制成型、热处理、冷变形等多项关键核心技术难题，所有研制工作都要从头做起。

满足该整体环件对铸锭坯料的要求是研发团队必须啃下的第一块“硬骨头”。2014年，研发团队开始了超大合金铸锭的攻关。短短3个月时间内，研发团队依靠自主创新，研制出配套铸造工具，摸索出关键熔铸技术和铸造工艺，攻克了超大铸锭成型难关，铸造出满足技术标准要求的直径1350mm圆铸锭，为后期研制工作的成功打下了坚实基础。此后半年间，西南铝突破了锻压制坯和轧制成形两大关键技术，成功轧制出尺寸完全满足设计要求的铝合金整体环件，环件表面光滑无缺陷，尺寸完全达标，精度超出预期效果。

2016年8月25日，西南铝成功轧制出重型运载火箭用10m级整体铝合金环件，再次刷新世界整体铝合金环件纪录。这意味着我国深空探测装备硬件能力得到大幅提升，西南铝再一次实现了在超大型整体环件研制技术上的重大突破。

近年来，西南铝已为我国“长征”系列火箭、“神舟”系列飞船、“嫦娥”系列探月卫星、国产大飞机、世界最大口径射电望远镜等国家重大工程提供了大量关键材料，为我国国防建设和航空航天事业发展作出了突出贡献。

10米级铝合金锻环

据了解，10m级超大型铝合金环件是连接重型运载火箭贮箱的筒段、前后底与火箭的箱间段之间的关键结构件，是我国重型运载火箭研制能否取得新突破的关键材料，其制造技术是研制工作迫切需要突破的重大难题。

“重型运载火箭箭体结构为超大型薄壁结构，具有几何尺度大、结构刚度低、形状精度高、服役环境苛刻等难点，这就意味着作为关键结构件的整体环件制造过程面临全新的技术挑战。”西南铝总经理、党委副书记黎勇介绍，相对于9m整体铝合金环件，10m级整体铝合金环件要承受的重载、高冲击、超低温更甚，随着直径的加大，研制难度更大。

中国目前在用的各类运载火箭所需的铝合金锻环95%由西南铝提供。西南铝不断刷新航天用铝合金锻环的产品规格、技术性能、国内和国外纪录，为中国航天事业发展提供了可靠的材料保障。

铝合金复合材料器件，在北斗系统成功应用

中国科学院沈阳金属研究所多种相关材料器件在北斗三号全球卫星导航系统中成功应用，金属基复合材料课题组研制的多个成分的系列铝基复合材料 ，成功应用于北斗卫星的光学结构及20余个北斗卫星的电源模块散热载体。与传统铝、钛合金相比，铝基复合材料具有低膨胀、高热导、高弹性模量和良好尺寸稳定性等优点，可更好满足激光系统等对结构件的高精度和高可靠性要求；与钨铜、钼铜散热材料相比， 铝基复合材料的低密度可使电源模块散热载体减重70%以上。上述铝基复合材料对激光通信精度、卫星轻量化设计等发挥了重要作用。

等轴晶粒,难以区分,利用光学特性区别,α相各向异性,β相各相同性.

当采用一份HF,一份HNO3.两份甘油,α相则较暗.

来自《金相检验》

铝合金不但具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，同时还具有良好的成形工艺性和良好的焊接性，因此成为在航天工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。

例如，铝合金是运载火箭及各种航天器的主要结构材料。美国的阿波罗飞船的指挥舱、登月舱，航天飞机氢氧推进剂贮箱、乘务员舱等也都采用了铝合金作为结构材料。我国研制的各种大型运载火箭亦广泛选用了铝合金作为主要结构材料。

航天工业铝合金焊接技术的发展和应用与材料的发展有着密切的联系，本文将简要回顾航天工业铝合金焊接技术的发展并介绍几种极有应用前景的铝合金焊接工艺技术。

2 铝合金焊接技术的发展

2.1 LD10CS铝合金焊接回顾

早期的一些导弹和远程运载火箭的推进剂贮箱结构材料主要采用AlMg系列合金，特别是退火和半冷作硬化状态的LF3、LF6防锈铝的应用最为普遍。这两种铝合金都具有优良的焊接性能〔1〕。

随着航天技术的发展，运载火箭的推进剂贮箱结构材料，从使用非热处理强化的防锈铝，转变到使用可热处理强化的高强度铝合金。LD10CS合金已在多种大型运载火箭和固体导弹上获得成功的应用。由于它的超低温性能较好，因此在三子级的液氢、液氧推进剂贮箱上也获得了应用。

需要指出的是LD10合金的焊接性能较差，焊接时形成热裂纹的倾向较大，对焊接过程中的各种因素也比较敏感，焊接接头的断裂韧度较低，特别是当焊缝部位存在焊接缺陷时，液压强度试验时试验件经常发生低压爆破。

20世纪70年代，在研制LD10合金火箭推进剂贮箱初期，在焊接工艺方面曾遇到了极大的困难。在“三结合”攻关中发明的“两面三层焊”工艺(正面打底、盖面，背面清根封焊)使焊接接头性能达到了设计要求。在LD10焊接生产实践中总结得出：如果焊接接头区的延伸率不小于3%，则焊接接头的塑性可以满足使用要求。在此后的许多年中，一直以“延伸率不小于3%”作为一个重要的验收指标。

几十年来，焊接工艺主要是氩弧焊(TIG)，包括手工氩弧焊和自动氩弧焊。从焊接工艺方面看，为了减少焊接结构的焊接残余应力和变形，通常在焊接工艺选择上都尽量减少焊接热输入量。特别是对于热处理强化铝合金，由于焊接热过程的作用，在焊接热影响区存在软化区，塑性较好，强度较低。焊接接头强度系数为0.5～0.7。

为什么LD10CS贮箱采用两面三层焊工艺?理论分析和实践结果表明，若不采用此焊接方法，就会造成LD10CS铝合金焊接接头塑性较差，且焊缝背面焊趾处易出现裂纹。两面三层焊时，清根和封底焊可消除此种裂纹。同时由于热输入量较大，热影响区发生不同程度的退火或过时效，使硬度降低，塑性提高，焊接拉伸试样断裂的位置是焊接软化区。这样在结构中，焊接接头在复杂的应力状态下以软化区的塑性和变形补偿了熔合区塑性的不足。但贮箱焊缝补焊后，有时仍发生低压爆破。

由于两面焊的特殊要求，限制了自动焊及焊接新技术(如真空电子束焊、变极性等离子焊等)的应用。这是因为，氩弧焊焊接热输入量比高能束的真空电子束焊要大，同时考虑到焊接接头的结构承载适应能力，难以应用焊接热输入较为集中的焊接新技术，制约了焊接新技术的应用。

在焊接生产中，铝合金焊缝内常见的缺陷为焊缝气孔。氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因。基体金属中含氢量、焊丝及基体金属表面氧化膜吸附的水分以及弧柱气氛中的水分都是焊缝气孔中氢的重要来源。航天焊接工作者经过不懈的攻关和努力保证了航天焊接产品的交付和发射成功。但是，由于诸多因素和条件的限制，在生产中个别贮箱仍存在气孔超差。

在焊接材料方面，国外使用的是焊接专用板材，基体金属的氢含量小于2×10-7。而国内铝合金板材制造技术条件中尚无对氢含量的要求。

2.2 铝合金2219和铝锂合金焊接概述

2219高强铝合金的突出特点是焊接性能好，从-253℃到+200℃均具有良好的力学性能、抗应力腐蚀性能，对焊接热裂纹的敏感性较低，焊接接头塑性及低温韧性较好。在美国已作为推进剂贮箱的主要结构材料，美国土星Ⅴ号Ⅰ级贮箱等均采用了2219铝合金。前苏联在能源号和暴风雪号航天飞机均大量采用了1201(相当于2219)铝合金。

国内研制的S147铝合金与2219铝合金相类似，生成焊接裂纹的倾向性较低，但生成气孔的敏感性较强，尤其是熔合区、密集的微气孔是影响焊接接头性能的主要缺陷。

随着航天技术的发展，对铝合金的强度和减重提出了更高的要求，铝锂合金在近几十年得到了迅猛的发展。因为每加入1%Li，可使铝合金质量减轻3%，弹性模量提高6%，比弹性模量增加9%，这种合金与在飞机产品上普遍使用的2024和7075合金相比，密度下降7%～11%，弹性模量提高12%～18%。前苏联的1420合金与广泛使用的杜拉铝(硬铝)Д16(2024)合金相比，密度下降12%，弹性模量提高6%～8%，抗腐蚀性好，疲劳裂纹扩展速率低，强度、屈服强度和延伸率相近、焊接性较好〔2〕。

前苏联航空材料研究所(ВИАМ)И.Н.Фридляндер等人于20世纪60年代在发明了AlMgLi系的1420合金不久，就对该合金的焊接开展了研究。70年代对该合金的焊接研究已经取得了成果，他们认为这种合金氩弧焊时，可采用AMг6、AMг6T和1557焊丝，焊接接头的强度系数达到0.7以上。焊前、焊后热处理对焊接接头强度有很大的影响，淬火状态下焊接的接头强度比淬火及人工时效状态焊接的强度低78.5

MPa，焊后淬火及人工时效又可以使焊接接头的强度系数达到0.9～1.0。1980年1420合金被用于制造米格-29超音速战斗机的焊接机身、油箱、座舱，这使飞机的重量明显降低了24%。至今，1420合金已成功使用了30多年，广泛用于军用、民用飞机和火箭上〔3〕。

20世纪80年代俄罗斯研制了高强度、高模量的1460(AlCuLi)合金，这种合金由于加入了Sc元素强化，使晶粒和亚晶结构变化，拉伸强度提高30～50

MPa，焊接性能明显改善。1460合金焊接工艺与1420合金基本相同，可采用1201(AlCuMn)合金焊丝焊接，也可在焊丝中添加钪(Sc)元素。在对多种成分比较试验后，推荐应用CB-1207或CB-1217焊丝，这种焊丝的成分是在ALCu基础上添加Cu、Sc、Zr、Ti等，具体成分有待于进一步了解。应用此种焊丝可以显著地降低焊缝热裂纹敏感性，氩弧焊焊接接头强度大于250

MPa，焊接接头强度系数大于0.5，焊后热处理焊接接头的强度、硬度增加。〔4～8〕这种焊丝可以保证无裂纹和细晶粒结构的接头，合理的选择焊接工艺和焊前准备可得到无气孔的焊接接头。

美国发现者号航天飞机的外贮箱采用了2195(AlCuLiMg)高强铝锂合金，取代原来使用了25～40年的2219合金。新设计的贮箱SLWT(Super

Light Weight Tank超轻重量贮箱)，比原来的贮箱减重5%，即3 405 kg，其中LH2箱减重1 907 kg、LO2箱减重736

kg，箱间段减重341 kg，其他减重422 kg。每减轻1 kg质量可以增加1 kg有效载荷，这样就增加3 405

kg的有效载荷。美国总共生产120台SLWT，完成全部航天飞行计划〔9～10〕。

2195-T8合金的贮箱采用4043焊丝，变极性等离子弧焊

(VPPA)焊接。VPPA具有高的电弧温度、高的电弧电压和更集中的热量。VPPA焊接2195-T8铝锂合金的关键是焊缝背面保护，铝锂合金含有活泼的Li元素，如焊接时背面保护不好，极易氧化。马歇尔飞行中心研制出长229

mm、宽25.4 mm、高152 mm的不锈钢“保护盒”，“保护盒”在焊接时随焊枪行走，使焊缝区域氧气少于0.5%。另外，研制了直径51 mm、长229

mm的不锈钢管装在工件背面，焊接时随焊枪移动，也可有效保护背面焊缝。如果这两种保护装置同时使用，效果更好。

3 极具前途的几种工艺技术

3.1 变极性等离子弧焊接技术(VPPA)

1978年，美国NASA宇航局马歇尔宇航中心决定变极性等离子弧焊技术部分取代钨极氩弧焊工艺焊接航天飞机外贮箱。航天飞机外贮箱材料为2219铝合金，共焊接了6400

m焊缝，经100% X射线检测，未发现任何内部缺陷，焊缝质量比TIG多层焊明显提高。