与钢和铁合金相比,铝合金更软,更弱。铝的强度较低,这意味着与钢和铁合金相比,裂纹在较低的应力下会张开。
铝合金与钢合金的强化方式不同。与碳钢和合金钢不同,铝合金不会通过晶体或相变转变,而碳钢和合金钢会从奥氏体结构转变为铁素体结构。冷加工或加工硬化和沉淀硬化是普遍的铝合金强化机制。
铝合金在高温下强度会急剧下降,因此焊缝和热影响区(HAZ)中的金属固有地较弱。在315°C下,6061 T6铝仅保留其室温抗拉强度的10%。相比之下,碳钢可连续使用的最高温度为370°C(根据ASME BPVC),某些奥氏体不锈钢可连续使用的最高温度为1150°C。即使焊缝和周围区域中的金属返回到在室温下,由于退火导致的加工硬化应变或过时效,室温强度会降低。焊接铝组件的后热处理可用于增加沉淀强化牌号的强度。缺点是,在热处理过程中释放残余应力时,可能会引起更大的变形。
铝的热膨胀系数(CTE,α)是钢的CTE的两倍,这意味着对于具有相同长度(L)和温度变化ΔT的工件,铝将具有两倍的热应变[ΔL=αL(ΔT)]钢铁。从正面来看,对于相同的温度变化,铝的较低弹性模量会导致较低的热应力[σ=α(ΔT)E]。如果受约束部分的温度变化足够高,则热应力可能会超过极限抗拉强度(UTS),从而导致破裂。通过夹具和夹紧过度约束的零件可能会产生电弧加热产生的高热应力,从而转化为冷却时的高残余应力。高残余应力会导致沿焊缝长度方向产生裂纹(纵向裂纹)。
结论
与钢相比,铝的特殊性能会阻碍形成良好的焊缝,例如表面氧化物特性,氢在熔融铝中的溶解度,凝固收缩率,热膨胀系数,低电阻率,合金铝的熔化范围广,高温强度低和高导热性。
图3:铝和钢的材料特性影响焊接过程。
尽管铝焊接或连接可能很困难,但通过应用以下方法,可以克服许多障碍,从而生产出高完整性的铝焊缝:
尽管铝焊接可能很困难,但铝焊接在航空航天,汽车,造船和造船业以及配电行业中必不可少。例如,根据铝业 的说法,焊接是铝母线中永久连接连接的首选方法。螺栓连接具有固有的接触电阻,而焊接连接可保持整体导电性。此外,由于热膨胀和蠕变引起的松动以及微动磨损,螺栓连接中的接触电阻会随着时间而增加。
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