淺談航空航天中的鋁合金焊接工藝

方連軍　闞田田　劉曉娟　高獻(xiàn)娟

摘 要：近些年來，隨著航空航天的不斷發(fā)展，對航天器材料的要求也越來越高，由于鋁及鋁合金密度小，強(qiáng)度好、易加工成型、彈性好、抗沖擊性能好、耐腐蝕、耐磨、表面易著色、可回收再生等良好的物理化學(xué)性能，在航空航天工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。輕合金的廣泛應(yīng)用又促進(jìn)了輕合金焊接工藝的發(fā)展，文章分別對鋁及鋁合金的釬焊，鎢極惰性氣體保護(hù)焊，熔化極惰性氣體保護(hù)焊，攪拌摩擦焊，超塑成形/擴(kuò)散連接進(jìn)行了概述。

關(guān)鍵詞：航空航天；鋁合金；焊接

隨著科技的進(jìn)步及航空航天工業(yè)的發(fā)展，對材料的要求越來越高。減輕零件質(zhì)量和降低制造成本使輕合金在航空航天領(lǐng)域得到應(yīng)用。輕合金能使飛行器在減輕質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)約能源，降低費(fèi)用，增加有效載荷，進(jìn)而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

鋁的地球儲(chǔ)量豐富，約占地殼重量的8%[2]，鋁合金是極具競爭力的在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的輕金屬。鋁及鋁合金材料具有密度小，強(qiáng)度適中、彈性好、易加工成型、抗沖擊性能好、耐磨、耐腐蝕、易表面著色、可回收再生等優(yōu)良特性，在飛機(jī)制造中得到了廣泛應(yīng)用[3]。

焊接是輕合金材料的重要連接技術(shù)之一，具有減重、節(jié)材和提高生產(chǎn)效率的作用[4]。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)焊接技術(shù)的發(fā)展也拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域[5]。下面介紹幾種可應(yīng)用于鋁合金的焊接工藝。

1 釬焊

鋁及鋁合金的釬焊是目前國內(nèi)外學(xué)者研究較多的熱點(diǎn)之一，其釬焊技術(shù)也得到了很大的發(fā)展。釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法[6]。釬焊變形小，接頭光滑美觀，適合于焊接精密、復(fù)雜和由不同材料組成的構(gòu)件。釬焊又包括軟釬焊和硬釬焊，軟釬焊的溫度不超過450℃，基體金屬不熔化，不產(chǎn)生界面反應(yīng)，避免了高溫加熱對被連接材料的影響。硬釬焊接頭強(qiáng)度高，有的可在高溫下工作。

2 鎢極惰性氣體保護(hù)焊

鎢極惰性氣體保護(hù)焊是最早的氣體保護(hù)電弧焊方法，廣泛用于焊接容易氧化的有色金屬鋁、鎂及其合金、鈦及鈦合金等。該焊接方法是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲實(shí)現(xiàn)連接的一種焊接方法。焊接時(shí)保護(hù)氣體從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成氣體保護(hù)層隔絕空氣，防止對鎢極、熔池及鄰近熱影響區(qū)的有害影響，獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。保護(hù)氣體可采用氬氣、氦氣或氬氦混合氣體[7]。鎢極惰性氣體保護(hù)焊具有適應(yīng)能力強(qiáng)，焊接質(zhì)量好，焊接范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

3 熔化極惰性氣體保護(hù)焊

熔化極惰性氣體保護(hù)焊是利用氬氣或富氬氣體作為保護(hù)介質(zhì)，保護(hù)金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法。這種方法焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠，成本低，操作靈活，最適于焊接鋁、銅、鈦及其合金等有色金屬。是應(yīng)用最廣泛的焊接工藝之一[8]。

4 攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊技術(shù)是利用一種非耗損的攪拌頭，高速旋轉(zhuǎn)著壓入待焊界面，摩擦加熱被焊金屬界面使其產(chǎn)生熱塑性，在壓力、推力和擠壓力的綜合作用下實(shí)現(xiàn)材料擴(kuò)散連接，形成致密的金屬間固相連接[8-9]。它具有無飛濺，無需焊接材料，不需要保護(hù)氣體，被焊材料損傷小，焊縫熱影響區(qū)小，焊縫強(qiáng)度高等特點(diǎn)，被譽(yù)為當(dāng)代最具革命性的焊接技術(shù)[10]。近些年來，攪拌摩擦焊在航空航天、造船業(yè)、汽車制造業(yè)等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景，可焊接材料范圍也是相當(dāng)之廣，包括鋁、鎂、銅等有色金屬、復(fù)合材料及異種材料等。

5 超塑成形/擴(kuò)散連接

超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)是超塑成形與擴(kuò)散連接的組合工藝，通過擴(kuò)散連接，將兩個(gè)或兩個(gè)以上超塑成形零件一次加工成一個(gè)復(fù)雜形狀的整體構(gòu)件，提高生產(chǎn)效率[1]。超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)超塑成形焊接，又能將擴(kuò)散的金屬狀態(tài)成功實(shí)現(xiàn)粘合，焊接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)[11]。

6 結(jié)束語

由于鋁具有密度小，導(dǎo)電性好，機(jī)械強(qiáng)度高等良好的物理化學(xué)性能，鋁是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛的一種金屬，目前，鋁及鋁合金已廣泛的應(yīng)用于航空航天，汽車等領(lǐng)域。鋁及鋁合金的焊接工藝與鋁及鋁合金的應(yīng)用范圍，相互促進(jìn)，相互制約，所以輕合金焊接工藝的發(fā)展必將給鋁及鋁合金的應(yīng)用開辟出一片新的天地。

參考文獻(xiàn)

[1]劉蘿威.輕合金焊接工藝在航空航天上的應(yīng)用[J].航天制造技術(shù)，2002（2）：49-52.

[2]余瑾，雍文佳，張敏，等.超高強(qiáng)鋁合金研發(fā)動(dòng)態(tài)與前景[C]//全國機(jī)械裝備先進(jìn)制造技術(shù)（廣州）高峰論壇/第十一屆盡港機(jī)械與電子工程技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)文集：115-117.

[3]王祝堂.航空航天鋁合金發(fā)展的里程碑（一）[J].中國有色金屬報(bào)，2012，7.

[4]奕國紅.輕金屬攪拌摩擦焊技術(shù)及新發(fā)展[J].骯空制造技術(shù)，2009（9）：26-31.

[5]王沖，王立穎.保護(hù)氣體在鋁合金焊接中的影響[J].河南科技，2012：79.

[6]張洪濤，陳懷寧，吳昌忠，等.不銹鋼及其板翅式換熱器釬焊技術(shù)[J].宇航材料工藝，2005（4）：12-18.

[7]農(nóng)琪，謝業(yè)東，金長義，等.鋁合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J].熱加工工藝，2013，42（9）：160-162.

[8]沈以赴，顧冬冬，陳文華.航空航天焊接及成形典型技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2008（21）：40-44.

[9]丁麗麗，何旭斌，胡進(jìn).攪拌摩擦焊技術(shù)在軍用飛機(jī)航空修理中的應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2004：130-134.

[10]巖石.航空航天先進(jìn)特種焊接技術(shù)應(yīng)用調(diào)查報(bào)告[J].航空制造技術(shù)，2010（9）：58-59.

[11]劉蘿威.輕合金焊接工藝在航空航天上的應(yīng)用[J].航天制造技術(shù)，2002（2）：49-52.

[12]雷仕利.關(guān)于航空航天中的輕合金焊接工藝探討[J].科技專論，2014：143.

作者簡介：方連軍，男，遼寧沈陽，工程師，從事焊接機(jī)匣方向研究。