对几种铝合金焊接工艺的

摘 要：近年来,我国科学技术以及工业经济得到迅猛的发展,对于铝合金焊接结构件的需求也就越来越大,因此,我们有必要对铝合金的焊接性进行深入研究.铝合金由于具有易成型、焊接性好等优点而受到业界人士的广泛关注,它的广泛应用在很大程度上促进了铝合金焊接技术的发展,也就拓宽了铝合金的应用领域.本文对几种铝合金焊接工艺进行深入研究,以供大家参考.

关 键 词：铝合金；焊接工艺；电子束焊

铝合金因具有自重轻、成型性能好、焊接性好、耐腐蚀等优点而被人们广泛关注,并将其运用在各种焊接结构产品当中.相对于钢板材料的焊接,采用铝合金材料焊接可以有效的减轻其重量,因此,在对铝合金采用焊接工艺时,必须采用能量密度大、焊接热输入小等特点的焊接方法.在我国已出现了几种新的焊接工艺,不仅在社会各行各业中得到了广泛的应用,还解决了铝合金焊接难的问题,以下对这几种焊接工艺进行深入分析.

一、搅拌摩擦焊接工艺

在铝合金焊接工艺中,搅拌摩擦焊接工艺的工作原理也就是：首先,采用一种特殊形式的搅拌头,再将其插入到需要焊接的部位,其次,开启设备使搅拌头高速旋转,并与铝合金发生摩擦,此时摩擦的部位就会呈现热塑性状态,并且会随着搅拌头的作用是整个部位都呈现该状态,从而将铝合金焊接在一起.在整个过程中,该焊接工艺并没有熔化金属的过程,而是直接将金属以固态的形式焊接在一起,也就不会存在熔焊焊接的各种缺点,在难以用熔焊焊接的有色金属材料中具有非常大的贡献.目前,我们已将该焊接工艺应用在了铝合金的焊接方面,并取得了不错的成绩.

搅拌摩擦焊接工艺的焊接过程也就是将铝合金搅拌而呈现塑性变形的状态,在经过结晶而达到预计的效果.采用这种焊接工艺能够保证铝合金的完整性,综合性能较好,相对于熔焊焊接工艺而言,在整个过程中搅拌摩擦焊接工艺都不会出现飞尘等,这种焊接工艺本身就是一种固态焊接,因此其加热温度极低,不会对整个结构件产生影响,更是保证了铝合金焊接产品的质量.它不同于普通的摩擦焊接,搅拌摩擦焊接工艺并没有受到设备内部零件的限制,而且具有节能环保的特点.

二、激光焊接工艺

随着工业技术的不断发展,激光焊接工艺作为一种新的技术而得到了不断的发展,因其具有工作效率高、功能强、安全系数高等优点而不断发展起来.在实际工作中,我们将这一焊接工艺运用在铝合金当中,实践证明,这一焊接工艺能够有效的提高铝合金的焊接质量与工作效率,并且会有效的降低其热量的输入,在工业生产中具有非常大的优势.在铝合金构件当中采用这种焊接技术具有以下几点优点：1）热变形的区域小,并且在熔区小的情况下有加大的熔深,能量密度较大；2）能够缩短冷却的时间,很快的将构件连接；3）缩短了焊接的时间,提高了工作效率,降低了经济成本；4）不受到外界压力的影响,焊接质量好；5）如果金属材料在封闭的状态下,这种焊接工艺同样能够进行；6）这种焊接工艺的适应能力极强,在焊接过程中可以采用计算机技术,以此来对焊接的质量进行严格的控制.

目前,我国在采用这种焊接工艺所运用的设备都是CO2与YAG设备,其中CO2设备的功率过大,一般将其运用在厚板焊接当中,如果在铝合金的表面进行焊接,这种设备就会消耗大量的能量,而YAG设备的功率就相对较小,适应能力较强.

三、铝合金的电子束焊接

电子束焊是指在真空环境下,利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能,使被焊金属熔合的一种焊接方法.电子束作为焊接热源的突出特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、可控、保护效果好.对于铝合金电子束焊接,由于能量密度高可大大减小热影响区,提高焊接接头强度,避免热裂纹等缺陷的产生.由于能量密度高,穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进行焊接.

同传统电弧焊接铝合金相比,电子束焊能量密度高3～4个数量级,与另外一种高能量密度焊接工艺——激光焊接相当.因此焊接接头的热影响区非常小,接头强度较传统焊接方法提高很多.电子束的穿透性能好,可对大厚度的铝合金进行施焊,焊后接头力学性能良好.铝合金焊缝金属的抗裂性能随着焊接能量密度的增加和热输入的减少而增加.所以铝合金电子束焊接接头的抗裂性能要比采用传统焊接方法的焊接接头高很多,一般要比氩弧焊焊缝高出1～1.5倍.铝合金电子束焊焊后残余应力小,变形小,对薄板焊后几乎可做到不变形.电子束焊要求在真空条件下完成,真空是最好的保护手段,在这种条件下可以得到纯净的焊缝金属,避免了空气或保护气体的污染.电子束焊接铝合金在真空重熔时,焊缝中杂质含量微乎其微,焊缝气体含量降低接近一半,从而焊缝塑性、韧性大大提高.电子束可控性好,可以方便地进行扫描、偏转、跟踪等,易于焊接过程的自动化,并且通过电子束扫描熔池可以消除缺陷,提高接头质量.

电子束焊接获得优良的焊缝的最有效方法是焊接过程中同时对刚刚焊过的焊缝进行扫描.回扫间距决定晶粒细化的可控程度,凝固组织可由粗大的柱状晶转化为细小等轴晶.对AlMg0.4Si1.2合金进行扫描焊接与无扫描焊接相比,晶体主轴长度减少到无扫描焊接时的1/5；焊缝硬度提高80%,接近母材水平.铝合金焊缝金属晶粒细化程度对接头性能有重要影响.采用具有回扫运动的电子束扫描焊接,可减少合金元素的损失,细化焊缝组织,使之变为细小的等轴晶,并提高硬度.对于已经成核生长的晶体,如果电子束扫描间距过小在电子束扫描时产生重熔,但导致电子束回扫细化晶粒的作用减弱.

铝合金电子束焊时对电子束流非常敏感,尤其是对于大厚度铝合金板焊接时,电子束流小时不能焊透,大时产生下塌,出现凹坑.铝合金电子束焊接的另外一个难点是焊接气孔.铝合金表面的氧化膜主要成分是Al2O3和MgO,容易吸收大量的水分是铝合金焊缝中气孔的主要来源.铝合金表面氧化膜比重接近基体,容易进入焊缝产生夹杂、气孔.尤其是防锈铝合金电子束焊,气孔问题较为严重.传统TIG焊铝合金时通常采用大的热输入量并在较低的焊接速度下进行焊接,促使氢从熔池中逸出,而电子束焊接铝合金时速度快,热输入量小,氢来不及从熔池中逸出,容易形成气孔.通常电子束焊铝合金采用表面下聚焦和较窄的焊缝以及扫描重熔的方法来防止气孔的产生.另外,电子束焊接要求在真空条件下进行,所以对铝合金大型结构件施焊困难.电子束易受周围环境电磁场的影响,设备比较复杂,费用比较昂贵,所以还没有达到大规模工业化生产.

四、结束语

通过上述,我们详细了解到了铝合金的几种焊接工艺,并且对其适用范围以及特点作了详细的分析,相信在未来的社会发展过程中,铝合金的焊接工艺会有突飞猛进的发展,而这些焊接工艺也会不断完善,从而提高铝合金的焊接质量.