鋁合金焊接技術(shù)研究進(jìn)展

李凱峰

摘 要：鋁合金具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、導(dǎo)熱性好、易成型、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，使其可以廣泛用于社會(huì)中的各個(gè)生產(chǎn)、生活領(lǐng)域，而鋁合金結(jié)構(gòu)的焊接工藝比鋼鐵的焊接要復(fù)雜的多，因此對(duì)于鋁合金焊接工藝的好壞成為影響鋁合金實(shí)際應(yīng)用的重要條件。文章介紹了在鋁合金的焊接中面臨的問題，從工藝特點(diǎn)的角度闡述了幾種鋁合金的傳統(tǒng)焊接技術(shù)和最新焊接技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鋁合金；焊接技術(shù)；進(jìn)展

鋁合金具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、導(dǎo)熱性好、易成型、重量輕等優(yōu)點(diǎn)使其可以廣泛用于汽車制造、航空航天、體育器材、建筑裝修材料等領(lǐng)域，相對(duì)鋼鐵等傳統(tǒng)材料而言，對(duì)鋁合金材料的焊接工藝要復(fù)雜的多，其焊接工藝是否先進(jìn)應(yīng)成為影響鋁合金實(shí)際應(yīng)用的重要條件，隨著科技的發(fā)展，鋁合金的焊接技術(shù)也在不斷的向前發(fā)展，經(jīng)歷了從單一焊接到復(fù)合焊接的過程。

1 鋁合金的焊接中面臨的問題

鋁合金是輕質(zhì)高強(qiáng)材料的代表，而焊接是鋁合金結(jié)構(gòu)之間連接的主要方式，在焊接過程中，由于鋁合金材料本身的性質(zhì)，在鋁合金表面會(huì)產(chǎn)生一層致密的氧化膜，其主要成分是三氧化二鋁，這是一種熔點(diǎn)較高的物質(zhì)，因此要想對(duì)鋁合金進(jìn)行焊接就要采用大功率密度的焊接工藝，同時(shí)由于鋁合金的導(dǎo)熱性能極好，因此焊接的熱量很大一部分會(huì)被鋁合金基材導(dǎo)走，這就要求對(duì)鋁合金焊接必須要速度很快，在焊接后經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鋁合金焊接處容易產(chǎn)生氣孔或熱裂紋，導(dǎo)致在焊接后的焊縫處強(qiáng)度系數(shù)較低，并且軟化嚴(yán)重，容易變形，因此采用先進(jìn)的焊接方法并控制好焊接工藝參數(shù)顯得格外重要。

2 鋁合金焊接技術(shù)進(jìn)展

2.1 鋁合金焊接傳統(tǒng)技術(shù)

2.1.1 TIG焊

惰性氣體鎢極保護(hù)焊（Tungsten inert gas arc welding）通常稱TIG焊，是一種常用的金屬焊接技術(shù)，在焊接中，由工件本身作為正極，而將焊炬中的鎢電極作為負(fù)極，采用直流電弧作為焊接熱源，工作電壓為10到15伏特，而工作電流最高達(dá)到300安培，在氬氣、氦氣等的保護(hù)下使鎢電極放電產(chǎn)生電弧，使熔池內(nèi)的工件得以熔合在一起，由于TIG焊接過程中產(chǎn)生的電弧可以自動(dòng)清除工件表面的氧化膜，因此可對(duì)鋁合金進(jìn)行良好的焊接而避免采用大功率造成工件表面的損傷。但是由于工作電流不易過大，導(dǎo)致TIG焊接的熔深較淺，只能適合焊接厚度較小的鋁合金工件，如果對(duì)厚度較大的工件進(jìn)行焊接，要么焊接深度不夠，要么加大電流的同時(shí)就會(huì)造成鎢電極熔化進(jìn)入到熔池，造成焊縫夾鎢，并且TIG焊接多數(shù)采用手工操作，導(dǎo)致焊接的生產(chǎn)效率較為低下。

2.1.2 MIG焊

熔化極惰性氣體保護(hù)焊（Metal inert-gas welding）通常稱為MIG焊，與TIG焊技術(shù)類似，只是用可熔化的金屬絲來替代TIG焊工藝焊炬內(nèi)的的鎢電極，在焊接鋁合金過程中，利用焊炬內(nèi)燃燒的電弧作為熱源來熔化鋁合金工件和焊絲，焊絲以熔滴的方式不斷進(jìn)入焊池中與母材進(jìn)行熔合，在冷凝后使鋁合金工件之間連接在一起，整個(gè)焊接過程需要在惰性氣氛下完成，避免空氣進(jìn)入。MIG焊在焊接鋁合金時(shí)工藝較為簡(jiǎn)單，而且?guī)缀醪淮嬖诤附訐p失，用可熔的金屬絲代替了鎢電極，成本大大降低，并提高了生產(chǎn)效率，在焊接過程中必須要保持母材表面無雜質(zhì)，以免產(chǎn)生氣孔等，但MIG焊也具有與TIG同樣的缺點(diǎn)，即是熔透能力有限，焊接熔深淺，焊接變形較大，因此需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的改造，以使其在鋁合金焊接中得以更廣泛的應(yīng)用。

2.2 鋁合金焊接先進(jìn)技術(shù)

2.2.1 激光焊

隨著激光加工技術(shù)的不斷發(fā)展，激光焊接在鋁合金的焊接中受到了廣泛的重視，根據(jù)功率大小不同激光焊分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接兩種，其中熱傳導(dǎo)型焊接功率較小，適合焊接厚度較小的工件，而激光深熔焊接適合焊接厚度較大的工件，激光焊接是利用高能量的激光束使工件表面材料蒸發(fā)并形成小孔，隨著激光束的不斷移動(dòng)，小孔內(nèi)的熔融金屬也不斷移動(dòng)，待小孔移開后熔融態(tài)的金屬進(jìn)入到小孔內(nèi)部，冷凝后就將工件焊接在了一起。與傳功的TIG、MIG焊接方法相比，激光焊的能量更大，并且熱輸入量小，因此不易變形，并且可根據(jù)工件的實(shí)際情況來調(diào)整焊接方式，可焊厚度較大的工件，但是功率大會(huì)造成設(shè)備的造價(jià)較為昂貴，并且對(duì)工件本身的要求較高，準(zhǔn)備工序復(fù)雜等。

2.2.2 激光-電弧復(fù)合焊

在傳統(tǒng)焊接方法和激光焊接的基礎(chǔ)上，人們將激光焊與TIG焊或MIG焊相結(jié)合發(fā)展處激光-電弧復(fù)合焊接工藝，在焊接鋁合金時(shí)，采用激光-電弧復(fù)合焊可以使焊接的能量密度達(dá)到很高，并且兩種熱源同時(shí)在一個(gè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生疊加效應(yīng)，因此可以彌補(bǔ)激光焊接和電弧焊的不足之處，有效解決激光焊接的功率、鋁合金表面對(duì)激光束的吸收率以及深熔焊的閾值等問題，其應(yīng)用前景極為廣闊。目前在德國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，采用激光-電弧復(fù)合焊接鋁合金的技術(shù)研究較多，并且在一些領(lǐng)域得到了實(shí)際的應(yīng)用，取得了良好的效果，而在我國(guó)這種先進(jìn)的鋁合金焊接工藝還處于研究階段，需要不斷提高技術(shù)手段以促進(jìn)其早日實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。

2.2.3 摩擦攪拌焊

無論是電弧焊還是激光焊，都屬于熔焊的范疇，雖然熔焊的應(yīng)用較廣，但是由于焊縫為鑄態(tài)，容易產(chǎn)生氣孔等缺陷，在熱循環(huán)的作用下使得焊接部位的組織微觀結(jié)構(gòu)受到影響，并且外表顏色與母材有較大差異，接頭的力學(xué)性能明顯低于母材，成為結(jié)構(gòu)中薄弱的一環(huán)。鑒于此，摩擦攪拌焊（Friction Stir Welding，F(xiàn)SW）出現(xiàn)在人們的視野，摩擦攪拌焊是利用工件端面的相互摩擦作用產(chǎn)生熱量，使端面達(dá)到熱塑性的狀態(tài)，通過快速的鍛壓使工件之間達(dá)到連接的目的。由于這種焊接方法不用使母材熔化，而是在固相的狀態(tài)下完成焊接，因此不宜產(chǎn)生氣孔、熱裂紋等缺陷，并且焊接處變形小，與木材顏色一致，焊縫處與母材狀態(tài)一致，力學(xué)性能相對(duì)較好，并且整個(gè)焊接過程不需要惰性氣體保護(hù)，準(zhǔn)備工作相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，因此是一種相當(dāng)有前途的焊接方法。

3 結(jié)束語

綜上所述，鋁合金的焊接技術(shù)先進(jìn)與否直接影響鋁合金結(jié)構(gòu)的外觀、力學(xué)性能等，因此必須不斷優(yōu)化鋁合金的焊接工藝，在對(duì)鋁合金的焊接工藝進(jìn)行選擇時(shí)要綜合考慮方法先進(jìn)程度、焊接效率以及成本問題，并不斷改進(jìn)現(xiàn)有焊接方法，以提高鋁合金焊接處的整體性能。

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