铝合金焊接技术进展

摘 要：铝合金具有强度高、耐腐蚀性强、导热性好、易成型、重量轻等优点,使其可以广泛用于社会中的各个生产、生活领域,而铝合金结构的焊接工艺比钢铁的焊接要复杂的多,因此对于铝合金焊接工艺的好坏成为影响铝合金实际应用的重要条件.文章介绍了在铝合金的焊接中面临的问题,从工艺特点的角度阐述了几种铝合金的传统焊接技术和最新焊接技术.

关 键 词：铝合金；焊接技术；进展

铝合金具有强度高、耐腐蚀性强、导热性好、易成型、重量轻等优点使其可以广泛用于汽车制造、航空航天、体育器材、建筑装修材料等领域,相对钢铁等传统材料而言,对铝合金材料的焊接工艺要复杂的多,其焊接工艺是否先进应成为影响铝合金实际应用的重要条件,随着科技的发展,铝合金的焊接技术也在不断的向前发展,经历了从单一焊接到复合焊接的过程.

1铝合金的焊接中面临的问题

铝合金是轻质高强材料的代表,而焊接是铝合金结构之间连接的主要方式,在焊接过程中,由于铝合金材料本身的性质,在铝合金表面会产生一层致密的氧化膜,其主要成分是三氧化二铝,这是一种熔点较高的物质,因此要想对铝合金进行焊接就要采用大功率密度的焊接工艺,同时由于铝合金的导热性能极好,因此焊接的热量很大一部分会被铝合金基材导走,这就要求对铝合金焊接必须要速度很快,在焊接后经常发现铝合金焊接处容易产生气孔或热裂纹,导致在焊接后的焊缝处强度系数较低,并且软化严重,容易变形,因此采用先进的焊接方法并控制好焊接工艺参数显得格外重要.

2铝合金焊接技术进展

2.1铝合金焊接传统技术

2.1.1TIG焊

惰性气体钨极保护焊（Tungsteninertgasarcwelding）通常称TIG焊,是一种常用的金属焊接技术,在焊接中,由工件本身作为正极,而将焊炬中的钨电极作为负极,采用直流电弧作为焊接热源,工作电压为10到15伏特,而工作电流最高达到300安培,在氩气、氦气等的保护下使钨电极放电产生电弧,使熔池内的工件得以熔合在一起,由于TIG焊接过程中产生的电弧可以自动清除工件表面的氧化膜,因此可对铝合金进行良好的焊接而避免采用大功率造成工件表面的损伤.但是由于工作电流不易过大,导致TIG焊接的熔深较浅,只能适合焊接厚度较小的铝合金工件,如果对厚度较大的工件进行焊接,要么焊接深度不够,要么加大电流的同时就会造成钨电极熔化进入到熔池,造成焊缝夹钨,并且TIG焊接多数采用手工操作,导致焊接的生产效率较为低下.

2.1.2MIG焊

熔化极惰性气体保护焊（Metalinert-gaswelding）通常称为MIG焊,与TIG焊技术类似,只是用可熔化的金属丝来替代TIG焊工艺焊炬内的的钨电极,在焊接铝合金过程中,利用焊炬内燃烧的电弧作为热源来熔化铝合金工件和焊丝,焊丝以熔滴的方式不断进入焊池中与母材进行熔合,在冷凝后使铝合金工件之间连接在一起,整个焊接过程需要在惰性气氛下完成,避免空气进入.MIG焊在焊接铝合金时工艺较为简单,而且几乎不存在焊接损失,用可熔的金属丝代替了钨电极,成本大大降低,并提高了生产效率,在焊接过程中必须要保持母材表面无杂质,以免产生气孔等,但MIG焊也具有与TIG同样的缺点,即是熔透能力有限,焊接熔深浅,焊接变形较大,因此需要对其进行科学的改造,以使其在铝合金焊接中得以更广泛的应用.

2.2铝合金焊接先进技术

2.2.1激光焊

随着激光加工技术的不断发展,激光焊接在铝合金的焊接中受到了广泛的重视,根据功率大小不同激光焊分为热传导型焊接和激光深熔焊接两种,其中热传导型焊接功率较小,适合焊接厚度较小的工件,而激光深熔焊接适合焊接厚度较大的工件,激光焊接是利用高能量的激光束使工件表面材料蒸发并形成小孔,随着激光束的不断移动,小孔内的熔融金属也不断移动,待小孔移开后熔融态的金属进入到小孔内部,冷凝后就将工件焊接在了一起.与传功的TIG、MIG焊接方法相比,激光焊的能量更大,并且热输入量小,因此不易变形,并且可根据工件的实际情况来调整焊接方式,可焊厚度较大的工件,但是功率大会造成设备的造价较为昂贵,并且对工件本身的要求较高,准备工序复杂等.

2.2.2激光-电弧复合焊

在传统焊接方法和激光焊接的基础上,人们将激光焊与TIG焊或MIG焊相结合发展处激光-电弧复合焊接工艺,在焊接铝合金时,采用激光-电弧复合焊可以使焊接的能量密度达到很高,并且两种热源同时在一个区域内产生叠加效应,因此可以弥补激光焊接和电弧焊的不足之处,有效解决激光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以及深熔焊的阈值等问题,其应用前景极为广阔.目前在德国、日本等工业发达国家,采用激光-电弧复合焊接铝合金的技术研究较多,并且在一些领域得到了实际的应用,取得了良好的效果,而在我国这种先进的铝合金焊接工艺还处于研究阶段,需要不断提高技术手段以促进其早日实现实际应用.

2.2.3摩擦搅拌焊

无论是电弧焊还是激光焊,都属于熔焊的范畴,虽然熔焊的应用较广,但是由于焊缝为铸态,容易产生气孔等缺陷,在热循环的作用下使得焊接部位的组织微观结构受到影响,并且外表颜色与母材有较大差异,接头的力学性能明显低于母材,成为结构中薄弱的一环.鉴于此,摩擦搅拌焊（FrictionStirWelding,FSW）出现在人们的视野,摩擦搅拌焊是利用工件端面的相互摩擦作用产生热量,使端面达到热塑性的状态,通过快速的锻压使工件之间达到连接的目的.由于这种焊接方法不用使母材熔化,而是在固相的状态下完成焊接,因此不宜产生气孔、热裂纹等缺陷,并且焊接处变形小,与木材颜色一致,焊缝处与母材状态一致,力学性能相对较好,并且整个焊接过程不需要惰性气体保护,准备工作相对简单,设备成本低,因此是一种相当有前途的焊接方法.

3结束语

综上所述,铝合金的焊接技术先进与否直接影响铝合金结构的外观、力学性能等,因此必须不断优化铝合金的焊接工艺,在对铝合金的焊接工艺进行选择时要综合考虑方法先进程度、焊接效率以及成本问题,并不断改进现有焊接方法,以提高铝合金焊接处的整体性能.