钢与铝及其合金的焊接
钢与铝及铝合金的物理性能对比
材 钢 料 碳钢Q235 不锈钢1Cr18Ni9Ti 纯铝1060（L2） 防锈铝5A03(LF3) 铝及铝合 金 熔点 /℃ 1500 1450 658 610 热导率 /W.m-1.K-1 77.5 16.3 217.7 146.5 密 度 /g.cm-3 7.86 7.98 2.70 2.67 线膨胀系数 /10-6.K-1 11.76 16.6 24 23.5 电阻率 /10-6.Ω.cm 1.5 7.4 2.66 4.96
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
② 镀锌低碳钢与铝及铝合金的氩弧焊 低碳钢与铝及铝合金（L1、L2、L3、LF21、LF3和LF5等）氩弧焊时，在碳钢 表面镀厚度为3～5μm的Zn、Sn、Ag可以获得较好的接头。但镀Cu、Ni、Al 等中间层，焊后接头强度不高。采用浸渍法镀上100～120μm厚的锌层，接头 强度也较好。钢表面镀锌层厚度对接头强度有很大影响，镀锌层越厚，接头强 度越高。 有镀锌层碳钢与铝及铝合金氩弧焊时，焊丝的选择对接头强度也有一定的影响。 如镀锌的Q235钢与铝氩弧焊时，选择1035（L4）铝丝作为填充材料，接头强 度可满足某些工件的要求，但不太稳定，断裂发生在焊缝上；用含镁焊丝 （LF5）不能保证焊缝强度，且断裂产生在电镀层上；纯铝L2和L3与镀锌钢 （镀层厚度小于30μm）焊接接头强度较好。 为减少金属间化合物脆性层厚度，必须提高焊接速度，但焊接速度太大时会产生 未焊透和其他形式的焊接缺陷。

钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
近年来，环保问题越来越受到世界各国的重视,汽车工业 为了节约燃料、保护环境、不断努力减轻汽车重量,因此 对汽车用材料提出了更高的要求。增加铝材的使用量是其 中的重要措施之一。 在国外工业生产中，采用“钢＋铝”双金属焊接结构的产 品越来越多。由于铝及铝合金的密度小、比强度高，且具 有良好的导电性、导热性和耐蚀性，为了充分发挥材料的 固有性能和节省材料，将钢与铝及铝合金焊接成为异种金 属结构，具有独特的优势和良好的经济效益
碳钢与纯铝的冷压焊接头，强度可达80～100MPa；18-8奥氏体不锈 钢与Al-Mg合金的接头强度可达200～300MPa。采用摩擦焊时，为防 止产生金属间化合物，应尽量缩短接头的加热时间并施加较大的挤压 力，以便将可能形成的金属间化合物挤出接头区。但加热时间不能过 短，以免塑性变形量不足而不能形成完全结合。
在会影响铝的力学性能和焊接性能。
钢与铝及其合金的焊接
铝中加入铁会提高强度和硬度，降低塑性，增大脆性，对 焊接性影响严重。并且铝在铁中的溶解度比铁在铝中的溶解 度在很多倍，含大量铝的钢，具有某些良好的性能（如抗氧 化性），但含铝量超过5％以上时具有较大的脆性，严重地影 响焊接性。 熔点相差大 _ Al先熔，钢处于固态 线膨胀系数相差大 _ 热应力，热裂纹 Al氧化 _ Al2O3， 焊缝夹渣 助焊剂使用
工业纯铝 变形铝合金 铸造铝合金
铝及合金分类、成分和性能
分类 铸造铝合金 合金名称 简单铝硅合金 合金系 Al-Si 性能特点 铸造性能好，不能热处 理强化，力学性能较低 铸造性能良好，可热处 理强化，力学性能较高 示例 ZL102
特殊铝硅合金
Al-Si-Mg Al-Si-Cu Al-Si-Mg-Cu Al-Si-Mg-Cu-Ni
ZL101 ZL107 ZL105,ZL110 ZL109
铝铜铸造合金
铝镁铸造合金 铝锌铸造合金 铝稀土铸造合金
Al-Cu
Al-Mg Al-Zn Al-Re
耐热性好，铸造性能与 抗蚀性差
力学性能高，抗蚀性好 能自动淬火，宜于压铸 耐热性能好
ZL201
ZL301 ZL401
变形铝合 金
不能热处理强化 铝合金 可热处理强化铝 合金
钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
汽车轻量化的要求必然涉及到铝钢之间的焊接,而铝 钢之间的焊接一直是焊接领域的热点问题和难点问 题, 铝钢焊接的主要问题： 两者之间的的固溶度较低、热物理性能差异较大, 并 且两者极易反应生成脆性的金属间化合物, 这种脆 性的金属间化合物极大地降低了焊接接头的力学性 能
防锈铝
Al-Mn Al-Mg
抗蚀性、压力加工性与 焊接性能好，但强度较 低 力学性能高 室温强度最高 锻造性能好 耐热性能好
3A21 5A05 2A11,2A12 7A04,7A09 2A14,2A50 2A70,2A80
硬铝 超硬铝 锻铝
Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn Al-Mg-Si-Cu Al-Cu-Mg-Fe-Ni
被焊材料 Q235A+LF6 Q235A+LF6 Q235A+LF6 厚度 /mm 3 6～8 9～10 电极材料、 直径/mm 钨极，φ3 钨极，φ3 钨极，φ3 焊接电流 /A 110～130 130～160 180～200 焊接电压 /V 16 18 20 焊接速度 /cm.s-1 0.18～0.22 0.18～0.24 0.18～0.28 填充金属化学成 分/% Ni3.5,Zn7, Si 4～5, Al余量
钢与铝及其合金的焊接
纯铝和铝合金牌号命命
GB/T3190-1996和GB/16474－1996 4位字符牌号 1×××或1A×× 纯铝 2××× Al－Cu 3××× Al－Mn 4××× Al－Si 5××× Al－Mg 6××× Al－Mg－Si 7××× Al－Zn 8××× Al－其他 9××× Al－备用
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
④ 不锈钢与铝及铝合金的氩弧焊 不锈钢与铝之间的相互作用取决于不锈钢的类型，铝与不锈钢直接进行氩弧焊不 会获得良好的接头。主要是因为它们之间会产生金属间化合物，使接头脆化。 因此，对于不锈钢与铝的焊接，必须采用中间金属过渡层的办法。
镀层金属种类不同，焊后结果也不同。镀镍层焊接性较差，镀层易被烧损；Ni、 Cu、Ag复合镀层上易形成裂纹；Ni、Cu、Sn复合镀层效果较好，Ni、Zn复 合镀层效果更佳。
焊接接头质量在很大程度上取决于镀镍过程的质量。焊前对铝及铝合金的表面准 备也是十分重要的，包括表面清洁及镀层。首先是清除油脂、油垢，清水冲洗， 盐酸溶液侵蚀，然后进行镀镍→镀铜→镀锌，干燥后渗铝，最后检查镀层表面 质量。
钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
铁与铝既可以形成固溶体、金属间化合物，又 可以形成共晶体。铁在固态铝中的溶解度极小，室 温下铁几乎不溶于铝，所以含微量铁的铝合金在冷 却过程中会产生金属间化合物 FeAl3 。随着含铁量 的 增 加 ， 相 继 出 现 Fe2Al 、 Fe2Al7 、 Fe2Al5 、 Fe2Al2和 FeAl等，其中 Fe2Al5的脆性最大。由于在 铝合金中的铁总是以金属间化合物形式存在，其存
钢与有色金属的焊接－1
雷永平
主要内容
概论 钢与铝及其合计的焊接
概论
铝、铜、镍、钛等有色金属具有良好的耐蚀性， 较高的比强度以及在低温下能保持良好的力学 性能等特点。 有色＋钢复合制品：提高复合性能，导热导电， 耐蚀，提高焊接产品的使用寿命，节约材料。
应用：航空、汽车、化工、国防
钢与铝及其合金的焊接
1、铝及合金的特点
铝及合金分类、成分和性能
特点：
纯铝（Al)熔点：665℃，密度，2.7g/cm3,合金熔点 约566 ℃，比强度高，热容大，熔化潜热高，；致 密氧化膜，耐蚀性好，导电导热性好，纯铝导热性 是低碳钢的6陪，线膨胀系数是低碳钢的2陪。塑性 好，易加工成型和铸造各类零件。
工业纯铝 变形铝合金 铸造铝合金
为解决钢与铝熔焊时的困难，常采用的工艺措施有以下几种。 ① 在钢表面镀上与铝相匹配的第三种金属，如锌、银等，厚度约30 －40m为过渡层，钢侧为钎焊，铝侧为熔焊。 ② 对接焊时，使用K形坡口，坡口开在钢材侧。焊接热源偏在铝材 一侧，以使两侧受热情况均衡，防止镀层金属蒸发。 ③ 使用气体保护进行焊接，如采用氩弧焊。
钢与铝及其合金的焊接
1、铝及合金的特点
铝及合金分类、成分和性能
特点：
纯铝（Al)熔点：665℃，密度，2.7g/cm3,合金熔点 约566 ℃，比强度高，热容大，熔化潜热高，；致 密氧化膜，耐蚀性好，导电导热性好，纯铝导热性 是低碳钢的6陪，线膨胀系数是低碳钢的2陪。塑性 好，易加工成型和铸造各类零件。
防锈铝5A06(LF6)
防锈铝3A21(LF21) 硬铝2A12(LY12)
580
643 502117.2来自163.3 121.4
2.64
2.73 2.78
24.7
23.2 22.7
6.73
3.45 5.79
硬铝2A14(LD10)
510
159.1
2.80
22.5
4.30
钢与铝及其合金的焊接
（1 ） 熔焊特点 钢与铝及铝合金熔焊时，一般采用氩弧焊、电子束焊以 及气焊等焊接方法。要想获得良好的接头，必须保证在接 头上不产生金属间化合物。熔焊时，必须在钢表面镀一层 过渡金属，此过渡层金属与铝要有很好的结合性，才能形 成良好的焊接接头。
钢与铝及其合金的焊接
（2） 压焊特点
钢与铝采用摩擦焊、超声波焊、扩散焊和冷压焊等压焊方法进行焊 接，也可以得到良好的接头，但这些焊接方法有一个共同的缺点，就 是焊件的形状受到一定的限制。 压焊有利于钢与铝及铝合金的焊接，焊前必须彻底清理连接表面， 消除氧化物及薄膜，同时要保证接头处变形量在70%～80%以上。为 了得到更好的焊接接头，也可在钢母材金属表面先镀一层Zn、Cu或 Ag。
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
钨极氩弧焊的焊接工艺参数： 焊接电流为80～120A，钨极直径为3mm，填充 铝丝直径3mm。 焊接时，首先要使电弧指向铝一侧的焊丝上， 以减小和防止锌镀层过多或过早地被熔化。尤其 是在焊第一层焊缝时，更要特别注意镀层不能过 多或过早地烧损，必须使电弧指向填充焊丝上， 以防止电弧直接熔化镀锌层。 钢与铝氩弧焊的接头方式和电弧位置如图所示。 从采用氩弧焊方法和接头连接方式来看，实质上 是熔焊－钎焊的工艺形式，即对钢件来说是钎焊， 而对铝件来说是熔焊。这也是低熔点与高熔点异 种材料焊接工艺一种有效的方法。