淺析鋁合金的現(xiàn)代焊接技術(shù)

【摘要】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋁合金得到了廣泛的應(yīng)用，極大的改變了我們的生活與生產(chǎn)，鋁合金焊接技術(shù)也得到了快速的發(fā)展與進(jìn)步。筆者結(jié)合我國(guó)焊接技術(shù)的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀對(duì)現(xiàn)代鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理與總結(jié)，希望可以進(jìn)一步的推進(jìn)我國(guó)鋁合金焊接技術(shù)的不斷升級(jí)與發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】焊接技術(shù);鋁合金;社會(huì)發(fā)展;施工

信息、能源和材料是21世紀(jì)最為重要的三個(gè)因素，也是決定一個(gè)社會(huì)進(jìn)步與否最為重要的因素。鋁合金材料就是一種相對(duì)較為先進(jìn)的材料，由于其較好的導(dǎo)電性和較強(qiáng)的耐腐蝕性而得到了快速的推廣。隨著鋁合金應(yīng)用范圍的逐步拓展，鋁合金焊接技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，其發(fā)展方向具體而言可以分為三個(gè)主要的方面：第一，新的焊接技術(shù)在不斷出現(xiàn)，例如交流MIG焊、穿孔型等離子弧立焊等都是近幾年出現(xiàn)的先進(jìn)焊接技術(shù);第二，高密度焊機(jī)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，這類焊接技術(shù)主要有電子束焊和YAG激光焊等;第三，隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展摩擦攪拌焊作為一種全新的焊接技術(shù)出現(xiàn)并得到了廣泛的應(yīng)用。

一、鋁合金焊接的特點(diǎn)

鋁合金是一種新型材料，鋁合金具有密度低、耐腐蝕性強(qiáng)、機(jī)械輕度高等優(yōu)點(diǎn)，正是這些優(yōu)點(diǎn)決定了鋁合金廣泛的用途。隨著鋁合金材料在生活與生產(chǎn)之中的廣泛應(yīng)用，鋁合金焊接技術(shù)也得到了快速的發(fā)展與進(jìn)步，與傳統(tǒng)材料焊接相比鋁合金焊接技術(shù)存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：

第一，鋁合金焊接技術(shù)在進(jìn)行焊接的過程之中容易出現(xiàn)接頭軟化情況，而且這種軟化情況相對(duì)于傳統(tǒng)金屬焊接軟化情況更為嚴(yán)重，這是由于焊接接頭的強(qiáng)度系數(shù)較低造成的，這一特點(diǎn)是阻礙鋁合金焊接技術(shù)發(fā)展的最大障礙;第二，鋁合金與鐵有著很大的不同，鐵的表面附著的氧化鐵，其熔點(diǎn)和鐵的熔點(diǎn)和接近，但是鋁合金的表面附著的是氧化鋁，這種物質(zhì)的熔點(diǎn)高達(dá)2060度，這會(huì)給焊接帶來巨大的困難，必須采用較大功率的電焊機(jī);第三，鋁合金材質(zhì)的原因，在焊接的過程之中極易產(chǎn)生氣泡，給焊接過程造成阻礙。正是由于鋁合金具有這些特點(diǎn)，在進(jìn)行焊接的過程之中會(huì)遇到很多問題，正是這些問題推進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

二、現(xiàn)代鋁合金焊接技術(shù)

1.鋁合金的激光焊

隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)代鋁合金激光焊接技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，與此同時(shí)，大功率的激光焊接設(shè)備也獲得了巨大的進(jìn)步與發(fā)展，這已經(jīng)成為現(xiàn)代鋁合金焊接技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比較存在很多方面的優(yōu)勢(shì)，其中較為主要的優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面：

首先，激光焊接技術(shù)的能量較高，產(chǎn)生的熱能相對(duì)較少，這就決定了焊接過程之中產(chǎn)生的形變較小，有利于鋁合金材料的外形保持;其次，激光焊接技術(shù)的冷卻速度較快，這就讓焊接的接頭更加良好，穩(wěn)定性能較高。激光焊接已經(jīng)在鋁合金焊接方面獲得了廣泛的應(yīng)用，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展帶來了巨大的貢獻(xiàn)，也正是由于這個(gè)原因決定了激光焊接技術(shù)在未來必將會(huì)獲得更好的發(fā)展。

2.低頻調(diào)制型脈沖MIG焊

低頻調(diào)制型脈沖MIG焊也是一種較為先進(jìn)的鋁合金焊接技術(shù)，其技術(shù)原理是利用較為低頻率的脈沖信號(hào)進(jìn)行焊接，一般情況下我們使用的為0.5-50HZ的脈沖信號(hào)，使單位脈沖信號(hào)的實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷的變換，得到周期性變化的脈沖群，之后引起相應(yīng)的電弧力和熱也發(fā)生周期性的變化，典型焊接電流、電弧電壓波形如圖1所示：

圖1 低頻調(diào)制典型焊接電流、電壓波形

3.鋁合金的激光-電弧復(fù)合焊

隨著鋁合金應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，單一的焊接技術(shù)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，正是在這種情況之下鋁合金的激光-電弧復(fù)合焊應(yīng)運(yùn)而生，這種焊接技術(shù)的出現(xiàn)滿足了生產(chǎn)的需求，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

鋁合金的激光-電弧復(fù)合焊主要應(yīng)用的范圍為分為激光與TIG電弧、MIG電弧及等離子體復(fù)合，這些工藝在國(guó)內(nèi)的發(fā)展還處于初級(jí)階段，主要是在國(guó)外的發(fā)展較好，一般都是應(yīng)用在汽車和輪船等方面。針對(duì)這一焊接工藝的研究國(guó)內(nèi)仍處于起步階段，只能是研究和發(fā)展的方向，并沒有投入實(shí)際的生產(chǎn)與應(yīng)用過程之中。

4.鋁合金穿孔型等離子弧立焊

早期鋁合金穿孔型等離子焊是以平焊形式出現(xiàn)的，但后來實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，立焊方式不僅可以使可焊厚度增加，更重要的是，焊縫成型穩(wěn)定性有顯著提高。等離子焊時(shí)，熔池中液態(tài)金屬受重力，等離子射流的正向壓力和切向力，液體金屬表面張力等，當(dāng)?shù)入x子弧相對(duì)焊件向上移動(dòng)時(shí)，在這些力的綜合作用下，液態(tài)金屬沿小孔邊緣向下流動(dòng)，并在穿孔下方重新愈合形成焊縫，使穿孔熔池得以動(dòng)態(tài)保持，實(shí)現(xiàn)焊接。鋁合金穿孔型等離子弧立焊示意圖如圖2所示。

圖2 鋁合金穿孔型等離子弧立焊示意圖

5.鋁合金的摩擦攪拌焊（FSW）

英國(guó)焊接研究所（TWI）在1991年提出了摩擦攪拌焊這一工藝。該工藝在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在造船、航天航空和汽車業(yè)的鋁合金連接上，如挪威的Ma-rineAluminum公司、波音公司、日本日立公司等，而國(guó)內(nèi)有關(guān)該工藝的研究尚處于起步階段。鋁合金FSW的優(yōu)點(diǎn)：

首先，鋁合金的摩擦攪拌焊可以很好地促進(jìn)焊接接頭質(zhì)量的提高，這是鋁合金的摩擦攪拌焊工藝最為重要的優(yōu)點(diǎn)。鋁合金的摩擦攪拌焊工藝屬于固相焊接的范疇，實(shí)際的和娜姐過程之中不會(huì)出現(xiàn)裂紋和氣孔等問題，采用該工藝進(jìn)行焊接可以在低于鋁合金熔點(diǎn)的溫度之下完成焊接過程，這樣也就保證了焊接原件的物理形態(tài)，讓焊接效果更為完美。

其次，鋁合金的摩擦攪拌焊工藝的焊接成本較低，在實(shí)際的焊接過程之中對(duì)外界環(huán)境的要求相對(duì)較低，不需要保護(hù)氣體，對(duì)焊接裝配的精度要求相對(duì)也較低，在焊接之前也不需要進(jìn)行繁瑣的準(zhǔn)備工作，節(jié)約了大量的人力與物力。

最后，鋁合金的摩擦攪拌焊工藝具有操作簡(jiǎn)便、焊接過程穩(wěn)定的特點(diǎn)，在實(shí)際的焊接過程之中不會(huì)產(chǎn)生難聞的氣體，這一特點(diǎn)決定了鋁合金的摩擦攪拌焊工藝的環(huán)保意義。與此同時(shí)，鋁合金的摩擦攪拌焊焊接過程之中不會(huì)產(chǎn)生紫外、紅外等有害光線，是對(duì)人體的一種間接保護(hù)。

三、結(jié)束語

鋁合金材料的應(yīng)用范圍在逐步的推廣，其焊接技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，并推動(dòng)著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步。在未來社會(huì)的發(fā)展之中，新型的鋁合金焊接技術(shù)必然會(huì)不斷出現(xiàn)，激光焊、激光-電弧復(fù)合焊、雙束激光焊及摩擦攪拌焊是近年發(fā)展起來的焊接鋁合金的新工藝近幾年來逐步發(fā)展起來的焊接技術(shù)，已經(jīng)為我國(guó)鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展帶來了很多益處，在不久的將來肯定會(huì)進(jìn)一步的促進(jìn)焊接技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

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