鋁件焊接技術的應用及發(fā)展研究

周剛

摘要：隨著航空船舶，高速軌道交通，汽車制造等方面飛速發(fā)展，鋁及其合金材料正在被廣泛關注與使用。鋁件焊接工藝作為連接工藝尤為重要。文中詳細介紹了鋁件焊接技術的應用及發(fā)展，同時聯(lián)系應用實例，將奧迪車為例進行了應用介紹。最后對其未來的發(fā)展方向和趨勢進行了展望。

關鍵詞：鋁件 焊接技術 鋁合金 新焊接工藝

1.引言

隨著野中國制造 2025冶戰(zhàn)略的實施 中國制造業(yè)正在面臨著升級發(fā)展的局面。 其中在航空船舶 ，高速軌道交通 ，化學工業(yè) ，汽車制造等方面亟待升級。 鋁件焊接技術作為制造業(yè)的其中一環(huán) 其應用與發(fā)展至關重要。 鋁件作為制造業(yè)的耗材需求日益增多，促進了鋁件焊接技術的研究日益深入。 從而鋁件的焊接問題已成為焊接技術研究的重要組成部分。 一些新型的焊接技術也正在逐步應用于鋁件的焊接。

2.鋁件的焊前準備

2.1 清洗

鋁件的焊接質量決定了產品的質量 焊前清理工作是保證焊接工作質量的前提條件。 被焊接物往往被表面的氧化膜或有機雜質所沾污 這些污染會帶來氣孔等危害。 常用辦法院采用化學清洗和機械清理。 利用化學作用進行清洗時 首先使用濃度為 10%的NaOH 溶液與氧化鋁反應 反應式：Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 +H2O而且產物易溶于水。 從而去除鋁件的氧化物。 機械清洗利用相似相溶的原理 使用有機溶劑如汽油 ，丙酮等對表面進行擦拭。 接著用不銹鋼絲刷打磨氧化膜達到去除目的。

2.2 墊板與預熱

在焊接過程中為防止鋁件等焊接材料焊穿和塌陷在接縫處需安放墊板，如碳鋼板 ，石墨板等。同時墊板表面需開圓弧型槽。預熱同樣作為準備工作主要是用來避免氣孔 ， 焊件變形問題的發(fā)生。在焊件小 ，薄的材料時則無需預熱。當焊接厚度超過 5mm，往往需要對其預熱 溫度控制下 100℃-300℃

3.鋁件的焊接工藝

3.1 鋁件的氣焊工藝

鋁件的氣焊之前需進行焊前準備：首先進行接頭形式與坡口的制備 ，接頭清洗 ，焊縫背面加墊板 ，焊前預熱。氣焊的參數(shù)如火焰種類 ，焊嘴大小 ，焊嘴傾角都需要合理選擇與調整。焊絲的化學成分決定了焊接后焊接處的組成 并影響到其性能的不同。 不同的材料會有不同的強度 ，抗裂性 ，耐蝕性以及塑性等性能上的差異。 一般選材原則是選擇與基體金屬成分相同的焊絲，同時也可以直接從焊接材料上截取一個狹條使用。

氣焊鋁件時必須使用氣焊劑 CJ401 可以優(yōu)化焊縫的成形以及調高濕潤性能等。 具體操作時 火焰要正對溶池 在火焰保護范圍內焊絲上下晃動。 下送時 將帶著溶滴的焊絲插入溶池 待焊接過程結束后 立即將焊絲從溶池中拉出。 焊絲的這種運動往往可以破壞氧化膜 以得到較好的焊縫。 最后進行焊后清理。 通過以上多道工序，能夠得到較好的焊縫質量，在實際生產應用中解決焊接問題。

3.2 鋁件的焊條電弧焊

鋁條的焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補焊。 由于單絲電弧焊存在焊接速度可調性低 依靠增加焊接電流的方法難以達到要求。 目前多采用雙絲或多絲電焊弧 它可以將瞬時輸入功率多用于熔化焊絲 將焊絲熔化速率大大加快 從而實現(xiàn)高速焊接。

雙絲 MAG 焊工藝不同于傳統(tǒng)單絲焊接工藝 它是將熔池中的多余熱量去熔化焊絲 在此基礎上加大電流 使得焊接速度加快。

這種方法使得填充絲吸收了熱量 減少了對母材熱影響區(qū)的熱量輸入，改善了焊接的性能和形狀。

3.3 新型的鋁件焊接工藝

傳統(tǒng)的鋁件焊接工藝缺陷率高且穿透力差。 隨著新型電子設備的技術進步 焊接電流 ，激光發(fā)生器等設備的進步 一些鋁件焊接工藝得到改良并且發(fā)展迅速。 其中包括串聯(lián) MAG 焊接 ，磁脈沖焊接 ，利用混合激光的 MIG/MAG 焊接 ，摩擦攪拌焊接等。在隨著異種金屬如鋁鋼 ，鋁銅等結合的需求增加。 異種焊接技術也得到迅猛發(fā)展例如電子束焊接和摩擦攪拌焊接等焊接技術就應用于此。 這些新焊接技術的開發(fā)大大提高了產品的質量 節(jié)約資源以及改善作業(yè)環(huán)境。

4.鋁件焊接的應用實例

鋁材具有諸多方面優(yōu)點 它獲取方便同時利于回收 材料性能延展性好 ，使用壽命長等。 這使得鋁質鑄件成為汽車工業(yè)中必不可少的結構組成部分 因此鋁件的焊接在汽車制造中應用十分重要。

在實際生產中焊裝奧迪 T99 項目：鋁件焊接的具體操作， 首先對于沖壓鋁件要采取鈍化處理 然后使用專用工位器具對要焊裝的鋁件運送到焊裝車間焊裝。 具體連接工藝包括院電阻點焊 ，等離子釬焊 ，MIG 焊/釬焊 ，MAG 焊 ，激光焊 ，機器人伺服器焊鉗焊接 此外還有其他類連接工藝鉚接 ，沖連 ，涂膠 ，壓合/翻邊等。這些連接技術將鋼鋁材料組裝成一體。在具體主要應用中 鋁件激光釬焊技術應用在奧迪 T99 車門內與外板的連接。 同時也包括奧迪 Q5 車系中后蓋外板上部和后蓋外板下部的結合。 技術中所使用的激光發(fā)生器是由 Laserline 公司所提供 該設備轉換效率高 ，尺寸小。 同時對環(huán)境有較低的要求 提高了生效率 降低了生產成本。

5.結束語

在新型產品的制造與其質量升級的過程中 鋁件的焊接技術作為有力保障的一環(huán) 也在繼續(xù)發(fā)展。 未來 隨著焊接的要求將越來越高。 新型焊接工藝在對接一些小型鋁質零部件時 將會做到越來越精細化。例如磁脈沖焊 ，摩擦攪拌焊等技術的開發(fā)。此外，鋁件與異種金屬之間的焊接技術的發(fā)展也越來越重要。 同時，自動化的程度也在同步升級 應用移動式焊接機器人就是其中重要手段之一。 隨著智能制造的提出 針對不同的生產階段 整個焊接總生產過程都可以納入智能控制 無論焊前準備 ，焊接過程 ，焊后清理及檢測 從而都可以朝著智能化控制方向發(fā)展 提高焊接的效率和質量。 但同時未來鋁件焊接技術不可避免受到焊接成本以及復雜程度的制約。 因此 降低成本和工藝復雜程度也是發(fā)展方向之一。