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铝及铝合金的材料及焊接性

一、铝及铝合金的分类、成分和性能

（1）铝及铝合金的分类。

铝是银白色的轻金属，纯铝的熔点660℃，密度2.7g/cm3。工

业用铝合金的熔点约566℃。铝具有热容量和熔化潜热高、耐腐蚀

性好，以及在低温下保持良好的力学性能等特点。

铝及铝合金可分为工业纯铝、变形铝合金（分非热处理强化

铝合金、热处理强化铝合金两类）和铸造铝合金。变形铝合金是

指经不同的压力加工方法（经过轧制、挤压等工序）制成的板、

带、棒、管、型、条等半成品材料，铸造铝合金以合金铸锭供

应。铝合金分类及性能特点见表1-1。

按GB/T3190—1996和GB/T1674—1996的规定，纯铝和铝

合金牌号命名的基本原则是：直接采用国际四位数字体系牌号;未

命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌

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（如“A”）。纯铝编号系统的第一位为“1”，

如1xxx或1Axx，最后两位数字表示铝的纯度。2xxx为Al-Cu

系；3xxx为Al-Mn系；4xxx为Al-Si系；5xxx为Al-Mg系；

6xxx为Al-Mg-Si系；7xxx为Al-Zn系；8xxx为AI-其他元素

系；9xxx为Al-备用系。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。

①工业纯铝。工业纯铝含铝99%以上，熔点660℃，熔化时

没有任何颜色变化。表面易形成致密的氧化膜，具有良好的耐蚀

性。纯铝的导热性约为低碳钢的5倍，线胀系数约为低碳钢的2

倍。纯铝强度很低，不适合做结构材料。退火的铝板抗拉强度为

60~100MPa,伸长率为35%~40%。

②非热处理强化铝合金。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，原代号LFxx。Al-Mn合金和Al-Mg合金属于防

锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并具有优异的抗

腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接结构中应用广泛的铝合金。

③热处理强化铝合金。热处理强化铝合金通过固溶、淬火、

时效等工艺提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但

焊接性较差，熔化焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头的力

学性能（主要是抗拉强度）严重下降。热处理强化铝合金包括硬

铝、超硬铝、锻铝等。

a.硬铝。硬铝的牌号是按铜的增加的顺序编排的。铜是硬铝的

主要成分，为了得到高的强度，铜含量一般应控制在4.0%〜4.8%

范围。锰也是硬铝的主要成分，主要作用是消除铁对抗蚀性的不

利影响，还能细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，铜、

硅、锰等合金元素能形成固溶于铝的化合物，从而促进硬铝合金

热处理强化。

退火状态下硬铝的抗拉强度为160~220MPa,经过淬火及时效

处理后抗拉强度增加至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的保护

层。

b.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（抗拉强度达500~600MPa）

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。

C.锻铝。锻铝具有良好的热塑性（原代号LDxx）。其铜含量

越少热塑性越好，适于作铝合金锻件用。具有中等强度和良好的

抗蚀性，在工业中得到广泛的应用。

铝及铝合金的新旧牌号对照见表1-2。

铝锂(Al-Li)合金是近代铝合金的一个重大发展。这些低密度

的铝锂合金是为了取代常规铝合金，减轻飞机质量，节约燃料而

开发的。用铝锂合金替代常规铝合金可使结构质量减轻10%-15%,

刚度提高15%~20%，适于用作航空航天结构材料。20世纪70-80

年代，能源危机给航空业带来的压力推动了铝锂合金的发展，提

出用新的Al-Li合金取代传统高强度2000和7000系列铝合金的目

标。80年代以后又开发了高强度的Al-Li-Cu和Al-U-Cu-Mg合金

系并获得应用。

（2）铝合金的性能及应用。

铝及其合金具有独特的物理化学性能。铝具有许多优