铝和钢怎么焊接

铝钢之间能够焊接。

铝合金具有密度小、耐蚀性好、导电性及导热性高等优良特性，使用铝合金来代替钢能够大大降低焊接结构的质量。而钢具有良好的焊接性和力学性能，铝钢焊接结构已广泛应用于汽车、轮船制造等行业。

铝的熔点为660℃，比钢低700-900℃，在焊接时，熔点低的铝先熔化，此时钢仍未熔化，由于铝与钢的密度差别较大，熔池中的铝会浮在钢上面，冷却后会造成焊缝成分的不均匀。铝和钢之间的线膨胀系数相差较大，会导致在焊接接头中产生较大残余应力，会导致产生焊接裂纹。

为实现铝钢的可靠连接就需要克服铝及铝合金表面的氧化膜对连接的阻碍作用，以及使铝合金与钢的界面上不生成或减少脆性金属间化合物。

扩展资料

铝钢复合结构具有强度高、耐腐蚀、质量轻等优点，在航空航天、船舶、汽车制造等领域引起了广泛关注，应用前景良好。

铝、钢两种材料的热物理性能差异大，且两者之间的固溶度低，在连接过程中Al、Fe 原子相互作用极易生成脆性的Al-Fe 金属间化合物，从而降低接头的力学性能，极大限制了铝/钢异种复合结构件在工业生产中的应用。

为了增加液态铝在钢表面的润湿铺展性，以及有效控制铝钢界面Al-Fe 金属间化合物的生长，国内外学者主要从添加合金元素和镀层两方面进行研究，以期获得成形良好且符合一定力学性能要求的铝钢接头。

在铝合金及钢表面沉积过渡层，既能阻止Fe-Al脆性金属间化合物的生成，又能保证钎料在两种金属表面充分润湿。为了提高铝钢异种接头的焊合率、降低焊接温度以及减少脆硬化合物相的生成量，通常选用Ag、Cu、Ni 等箔或镀层作为阻隔层。

铝钢焊接接头界面形成的金属间化合物对焊接接头的力学性能影响很大。因此，主要从添加合金元素和镀层两方面入手，研究铝钢焊接接头界面金属间化合物的相成分、种类、微观组织分布和形成过程，以及金属间化合物层厚度，以获得成形良好且符合一定力学性能要求的铝钢接头。

参考资料来源：百度百科-钎焊

参考资料来源：百度百科-压焊

参考资料来源：百度百科-铝合金焊接

1.铝及铝合金焊接特点

(1)铝空气及焊接极易氧化氧化铝(Al2O3)熔点高、非稳定易除阻碍母材熔化熔合氧化膜比重易浮表面易夹渣、未熔合、未焊透等缺欠铝材表面氧化膜吸附量水易使焊缝产气孔焊接前应采用化或机械进行严格表面清理清除其表面氧化膜焊接程加强保护防止其氧化钨极氩弧焊选用交流电源通阴极清理作用除氧化膜气焊采用除氧化膜焊剂厚板焊接加焊接热量例氦弧热量利用氦气或氩氦混合气体保护或者采用规范熔化极气体保护焊直流接情况需要阴极清理

(2)铝及铝合金热导率比热容均约碳素钢低合金钢两倍铝热导率则奥氏体锈钢十几倍焊接程量热量能迅速传导基体金属内部焊接铝及铝合金能量除消耗于熔化金属熔池外要更热量谓消耗于金属其部位种用能量消耗要比钢焊接更显著获高质量焊接接应尽量采用能量集、功率能源采用预热等工艺措施

(3)铝及铝合金线膨胀系数约碳素钢低合金钢两倍铝凝固体积收缩率较焊件变形应力较需采取预防焊接变形措施铝焊接熔池凝固容易产缩孔、缩松、热裂纹及较高内应力产采用调整焊丝与焊接工艺措施防止热裂纹产耐蚀性允许情况采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金外铝合金铝硅合金含硅0.5%热裂倾向较随着硅含量增加合金结晶温度范围变流性显著提高收缩率降热裂倾向相应减根据产经验含硅5%~6%产热裂采用SAlSi条(硅含量4.5%~6%)焊丝更抗裂性

(4)铝光、热反射能力较强固、液转态没明显色泽变化焊接操作判断难高温铝强度低支撑熔池困难容易焊穿

(5)铝及铝合金液态能溶解量氢固态几乎溶解氢焊接熔池凝固快速冷却程氢及溢极易形氢气孔弧柱气氛水、焊接材料及母材表面氧化膜吸附水都焊缝氢气重要源氢源要严格控制防止气孔形

(6)合金元素易蒸发、烧损使焊缝性能降

(7)母材基体金属变形强化或固溶效强化焊接热使热影响区强度降

(8)

铝面立晶格没同素异构体加热与冷却程没相变焊缝晶粒易粗能通相变细化晶粒

2.焊接

几乎各种焊接都用于焊接铝及铝合金铝及铝合金各种焊接适应性同各种焊接其各自应用场合气焊焊条电弧焊设备简单、操作便气焊用于焊接质量要求高铝薄板及铸件补焊焊条电弧焊用于铝合金铸件补焊惰性气体保护焊(TIG或MIG)应用广泛铝及铝合金焊接铝及铝合金薄板采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊铝及铝合金厚板采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越越广泛(氩气或氩/氦混合气)

铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表1。应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。

表1 铝合金常用焊接方法的特点及适用范围

焊接方法

特点

适用范围

气焊

热功率低，焊件变形大，生产率低，易产生夹渣、裂纹等缺陷

用于非重要场合的薄板对接焊及补焊等

手工电弧焊

接头质量差

用于铸铝件补焊及一般修理

钨极氩弧焊

焊缝金属致密，接头强度高、塑性好，可获得优质接头

应用广泛，可焊接板厚1～20㎜

钨极脉冲氩弧焊

焊接过程稳定，热输入精确可调，焊件变形量小，接头质量高

用于薄板、全位置焊接、装配焊接及对热敏感性强的锻铝、硬铝等高强度铝合金

熔化极氩弧焊

电弧功率大，焊接速度快

用于厚件的焊接，可焊厚度为50㎜以下

熔化极脉冲氩弧焊

焊接变形小，抗气孔和抗裂性好，工艺参数调节广泛

用于薄板或全位置焊，常用于厚度2～12㎜的工件

等离子弧焊

热量集中，焊接速度快，焊接变形和应力小，工艺较复杂

用于对接焊要求比氩弧焊更高的场合

真空电子束焊

熔深大热影响区小，焊接变形量小接头力学性能好

用于焊接尺寸较小的焊件

激光焊

焊接变形小，生产率高

用于需进行精密焊接的焊件

（1）气焊

氧－乙炔气焊火焰的热功率低，热量较分散，因此焊件变形大、生产率低。用气焊焊接较厚的铝焊件时需预热，焊后的焊缝金属不但晶粒粗大、组织疏松，而且容易产生氧化铝夹杂、气孔及裂缝等缺陷。这种方法只用于厚度范围在0.5～10㎜的不重要铝结构件和铸件的焊补上。

（2）钨极氩弧焊

这种方法是在氩气保护下施焊，热量比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性高，在工业中获得起来越广泛的应用。钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完善的焊接方法，但钨极氩弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下操作。

（3）熔化极氩弧焊

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2～3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。

（4）脉冲氩弧焊

1）钨极脉冲氩弧焊

用这种方法可明显改善小电流焊接过程的稳定性，便于通过调节各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。焊件变形小、热影响区小，特别适用于薄板、全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。

2）熔化极脉冲氩弧焊

可采用的平均焊接电流小，参数调节范围大，焊件的变形及热影响区小，生产率高，抗气孔及抗裂性好，适用于厚度在2～10㎜铝合金薄板的全位置焊接。

（5）电阻点焊、缝焊

可用来焊接厚度在4㎜以下的铝合金薄板。对于质量要求较高的产品可采用直流冲击波点焊、缝焊机焊接。焊接时需要用较复杂的设备，焊接电流大、生产率较高，特别适用于大批量生产的零、部件。

（6）搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是一种可用于各种合金板焊接的固态连接技术。与传统熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟尘，不需要添加焊丝和保护气体，接头无气孔、裂纹。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。

铝用焊接材料

（1）焊丝

采用气焊、钨极氩弧焊等焊接铝合金时，需要加填充焊丝。铝及铝合金焊丝分为同质焊丝和异质焊丝两大类。为了得到良好的焊接接头，应从焊接构件使用要求考虑，选择适合于母材的焊丝作为填充材料。

选择焊丝首先要考虑焊缝成分要求，还要考虑产品的力学性能、耐蚀性能，结构的刚性、颜色及抗裂性等。选择熔化温度低于母材的填充金属，可大大减小热影响区的晶间裂纹倾向。对于非热处理合金的焊接接头强度，按1000系、4000系、5000系的次序增大。

含镁3%以上的5000系的焊丝，应避免在使用温度65℃以上的结构中采用，因为这些合金对应力腐蚀裂纹很敏感，在上述温度和腐蚀环境中会发生应力腐蚀龟裂。用合金含量高于母材的焊丝作为填充金属，通常可防止焊缝金属的裂纹倾向。

目前，铝合金常用的焊丝大多是与基体金属成分相近的标准牌号焊丝。在缺乏标准牌号焊丝时，可从基体金属上切下狭条代用。较为通用的焊丝是HS311，这种焊丝的液态金属流动性好，凝固时的收缩率小，具体优良的抗裂性能。为了细化缝晶粒、提高焊缝的抗裂性及力学性能，通常在丝中加入少量的Ti、V、Zr等合金元素作为变质剂。

选用铝合金焊丝应注意的问题如下：

1）焊接接头的裂纹敏感性

影响裂纹敏感性的直接因素是母材与焊丝的匹配。选用熔化温度低于母材的焊缝金属，可以减小焊缝金属和热影响区的裂纹敏感性。例如，焊接硅含量0.6%的6061合金时，选用同一合金作焊缝，裂纹敏感性很大，

但用硅含量5%的ER4043焊丝，由于其熔化温度比6061合金低，在冷却过程中有较高的塑性，所以抗裂性能良好。此外，焊缝金属避免镁与铜的组合，因为Al－Mg－Cu有很高的裂纹敏感性。

2）焊接接头的力学性能

工业纯铝的强度最低，4000系列铝合金居中，5000系列铝合金强度最高。铝硅焊丝虽然有较高的抗裂性能，但含硅焊丝的塑性较差，所以对焊后需要塑性变形加工的接头来说，应避免选用含硅焊丝。

3）焊接接头的使用性能

填充金属的选择除取决于母材成分外，还与接头的几何形状、运行中的抗腐蚀性要求以及对焊接件的外观要求有关。例如，为了使容器具有良好的抗腐蚀能力或防止所储存产品对其的污染，储存过氧化氢的焊接容器要求高纯度的铝合金。在这种情况下，填充金属的纯度至少要相当于母材。

（2）焊条

铝合金焊条型号、规格与用途见表2。铝合金焊条的化学成分和力学性能见表3。

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。

（1）气焊的接头形式

气焊铝合金时，不宜采用搭接接头和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。

（2）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。气焊铝合金必须采用熔剂，一般是在焊前熔剂直接撒在被焊工件坡口上，或者沾在焊丝上加入熔池内。

铝合金熔剂是钾、钠、钙、锂等元素的氯人盐，是粉碎后过筛并按一定比例配制的粉状化合物。例如铝冰晶石（Na3AlF6）在1000℃进可以熔解氧化铝，又如氯化钾等可使难熔的氧化铝转变为易熔的氯化铝。这种熔剂的熔点低，流动性好，还能改善熔化金属的流动性，使焊缝成形良好。

（3）焊嘴和火焰的选择

铝合金有强烈的氧化性和吸气性。气焊时，为使铝不被氧化，应采用中性焰或微弱碳化焰（乙炔既过剩的碳化焰），使铝熔池置于还原性气氛的保护下而不被氧化。严禁采用氧化焰，因为用氧化性较强的氧化焰会使铝强烈氧化，阻碍焊接过程进行；而乙炔过多，游离的氢可能溶入熔池，会促使缝产生气孔，使焊缝疏松。

（4）定位焊缝

为防止焊件在焊接中产生尺寸和相对位置的变化，焊件焊前需要点固焊。由于铝的线膨胀系数大、导热速度快、气焊加热面积大，因此，定位焊缝较钢件应密一些。

定位焊用的填充焊丝与产品焊接时相同，定位焊接前应在焊缝间隙内涂一层气剂。定位焊的火焰功率比气焊时稍大。

（5）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；

2）用蘸有熔剂的焊丝端头及被加热处，焊丝与母材能熔合时，即达到熔化温度，可以施焊；

3）母材边棱有倒下现象时，母材达到熔化温度，可以施焊。

气焊薄板可采用左焊法，焊丝位于焊接火焰之前，这种焊法因火焰指向未焊的冷金属，热量散失一部分，有利于防止熔池过热、热影响区金属晶粒长大和烧穿。母材厚度大于5㎜可采用右焊法，此法焊丝在焊炬后面，火焰指向焊缝，热量损失小，熔深大，加热效率高。

气焊厚度小于3㎜的薄件时，焊炬倾角为20～40°；气焊厚件时，焊炬倾角为40～80°，焊丝与焊炬夹角为80～100°。铝合金气焊应尽量将接头一次焊成，不堆敷第二层，因为堆敷第二层时会造成焊缝夹渣等。

焊丝的选用

1 )　焊丝的选用

对于6005A、6082、5083 母材来说,选择的焊丝牌号为5087/ AlMg4. 5MnZr ,5087 焊丝不仅抗裂性能好,抗气孔性能优越,而且强度性能也很好。对于焊丝规格的选择,优先选择大直径规格的焊丝。同样的焊接填充量即同等重量的焊丝,大规格焊丝较小规格焊丝的表面积要小很多,因此,大规格焊丝较小规格焊丝的表面污染要少即氧化区域要小,焊接质量更容易达到要求。另外大直径焊丝的送丝过程更容易操作。对于8 mm 以下板厚的母材一般采用1. 2 mm直径的焊丝,对于8 mm 及以上板厚的母材采用1. 6 mm 直径的焊丝。自动焊机采用1. 6 mm直径的焊丝。

2 )　保护气体的选用

Ar100 %的特点是电弧稳定、引弧方便,对于8mm以下板厚的母材一般采用Ar100 %进行焊接。对于8 mm 及以上板厚的母材和气孔要求高的焊缝,采用Ar70 % + He30 %进行焊接。氦气的特点在于:9 倍于氩气的导热性,焊接速度更快,气孔率减少,熔深增加。厚板焊接时,Ar100 %和Ar70 % +He30 %的熔深状况见图1。气体的流量选择不是越大越好,流量过大会造成紊流,导致熔池保护不充分,空气与熔敷金属发生反应,会改变焊缝组织,使性能下降,而且产生焊接气孔的倾向增加。

焊前准备

1 )　坡口的处理

板厚在3 mm 以下的对接焊缝可不开坡口,只需在焊缝背面倒一0. 5～1 mm 的角即可,这样有利于气体的排放和避免背面凹槽。背面是否倒角对焊缝的影响。铝合金厚板的坡口角度较钢板的要大。单边坡口一般采用55°坡口,双边坡口采用每边35°坡口。这样可以使焊接的可达性提高,同时可降低未熔合缺陷的产生几率。

对于厚板T 形接头中的HV 或HY接头,要求填满坡口外,再加一个角焊缝,使焊缝总尺寸S 不小于板厚T。厚板T 形接头焊接要求。

2) 　焊前清理工作

焊接铝合金需要最干净的准备工作,否则其抗腐蚀能力下降,而且容易产生气孔。焊接铝合金应该与焊钢的习惯彻底区分。焊钢已经用过的工具,严禁焊接铝合金时使用。清理焊缝区域的氧化膜等杂质,尽可能使用不锈钢刷或者用丙酮清洗。不能使用砂轮打磨,因为使用砂轮打磨只会使氧化膜熔合在焊材表面,而不会真正去除。而且如果使用硬质砂轮,其中的杂质

会进入焊缝,导致热裂纹。此外,由于Al2O3 膜在极短的时间内又会重新生成和堆积,为了使氧化膜尽可能少地影响焊缝,清理完毕后应立即施焊。

3) 　预热温度和层间温度的控制

对与板厚超过8 mm 的厚板进行焊接时,都要进行焊前预热,预热温度控制在80 ℃～120 ℃之间,层间温度控制在60 ℃～100 ℃之间。预热温度过高,除作业环境恶劣外,还有可能对铝合金的合金性能造成影响,出现接头软化,焊缝外观成形不良等现象。层间温度过高还会使铝焊热裂纹的产生机率增加。

合理选择规范参数

1 )　焊接电流较大

铝合金本身的导热系数大(约为钢的4 倍) ,散热快。因此,在相同焊接速度下,焊接铝合金时的热输入量要比焊接钢材时的热输入量大2～4 倍。如果热输入量不够,容易出现熔深不足甚至未熔合的问题,特别是在焊缝起头的位置。

2) 送丝速度要适当调高

送丝速度是与电流、电压等规范参数密切相关,并且相互匹配的。当焊接电流提高后,送丝速度也应该相应地提高。

3) 焊接速度的选择

对于薄板焊缝,为了避免焊缝过热,一般采用较小的焊接电流和较快的焊接速度对于厚板焊缝,为使焊缝熔合充分和焊缝气体充分逸出,采用较大的焊接电流和较慢的焊接速度。

4 )　焊枪角度的选择

在焊接方向上,焊枪角度一般控制在90°左右,过大和过小都会造成焊接缺陷。焊枪角度过大会造成气体保护不充分而产生气孔角度过小还有可能使液铝达到电弧前端,使电弧不能直接作用于焊缝而产生未熔合。

保护措施

1) 焊前用机械或化学方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物；

2) 焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护；

3) 在气焊时，采用熔剂，在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。

焊后清理

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60～80℃、质量分数为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约5～10min，并用硬毛刷仔细洗刷。或者将焊件放于15～20℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗10～20min。

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。

铝合金材料,强度高和质量轻量。主要焊接工艺为手工MIG焊和自动MIG焊,其母材、焊丝、保护气体、焊接设备。

铝合金是以铝为基体元素和加入一种或多种合金元素组成的合金。由于钨极氩弧焊焊枪热能比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性较高，接头质量较优，所以是焊接铝合金最常用的方法。另外我们在焊接铝合金时，还需要注意以下六个要点：

（一）热导率高

铝合金的热导率和比热容均为碳素钢和低合金钢的2倍多。铝的热导率是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊枪焊接过程中，大量的热量被迅速传导到基体金属内部，熔池形成困难。因此应当采用能量集中、功率大的能源，根据结构尺寸、环境温度等条件，也可预热；

（二）无色泽变化

铝合金焊接熔池金属由固态变成液态时，没有明显的色泽变化，这和钢在临熔化前呈现红色不一样，会给焊枪操作带来不便。不能准确判断坡口母材在什么时候开始熔化，熔融的铝表面张力小、强度低、流动性好，从而易造成焊缝金属的塌陷或烧穿。因此，要求铝焊接操作者有更熟练的操作技能，善于利用熔池表面的微小变化来判断铝的加热温度；

（三）氧化能力强

铝和氧的亲和力很强，铝在空气中极易与氧化合而生成致密结实的薄膜，其熔点高达2050℃远远超过铝和铝合金的熔点。并且氧化铝薄膜的相对密度较大，约为铝的1.4倍。在使用焊枪进行焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，易造成夹渣。氧化铝薄膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再次氧化；

（四）热裂倾向大

铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的2倍。铝凝固时的体积收缩率较大，达6.5％，而铁为3.5％。熔融铝合金高温时强度低，如果工艺措施不当，焊缝及近缝区在冷却过程中还会产生很大的焊接应力、拘束应力及热应力。因而，铝焊接熔池凝固时容易产生缩孑L、缩松、热裂纹及较高的内应力；

（五）易蒸发烧损

铝合金中含有低沸点的元素，如镁、锌、锰等，在高温电弧作用下，极易蒸发烧损，从而改变焊缝金属的化学成分，使焊缝性能下降；

（六）气孔敏感性高

铝合金液体熔池很容易吸收氢等气体，高温下溶入的大量气体在焊枪焊后冷却凝固过程中来不及析出，聚集在焊缝中会形成气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，焊接前对母材坡口与焊丝进行清理是很有必要的。

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