淺談鋁合金的焊接

楊為三

摘 要：伴隨著我國工業化進程的加快，鋁合金因其良好的性能被廣泛應用到工業制造的各個領域，因此對鋁合金焊接技術的研究顯得尤為必要。本文通過研究鋁合金焊接技術的現狀，介紹了目前應用廣泛的幾種鋁合金焊接技術，并對鋁合金焊接技術的未來發展方向做了一定的展望。

關鍵詞：鋁合金焊接；現狀；展望

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.026

1 前言

鋁合金和鋁有著耐腐蝕、比強度較高、密度較低、電導率和熱導率都較高等良好的力學以及物理性能，非常適用于焊接結構的用途，因此深受機械、航天和車輛等眾多工業企業的青睞。當下焊接技術發展迅速，針對鋁合金的焊接技術發展尤為迅猛，主要分為以下三個方面：對原有鋁合金焊接技術的改進、高能量高密度焊接技術的應用以及攪拌摩擦焊的應用。改進原有鋁合金焊接技術主要是指在原有技術基礎上的發展創新，例如脈沖調制低頻MIG焊技術、自動型雙焊槍TIG焊技術、MIG交流焊技術以及等離子弧焊技術等。高能高密度焊接技術是一種新型電焊技術，主要有YAC檄焊技術和電子束焊技術等。另外，攪拌摩擦焊技術雖為一種新型焊接技術，但因其低成本高質量的焊接特性而應用極為廣泛。

2 鋁合金焊接技術現狀

2.1 傳統焊接技術

TIG焊、MIG焊、等離子弧焊等均為傳統焊接技術，這些技術歷史悠久、工藝成熟但在某些方面并不能充分滿足當下對鋁合金焊接的要求，因此對傳統焊接技術的改進優化越來越成為現階段的研究重點之一。在對傳統焊接技術的改進方面，國內尚處于研究階段，而國外已經將其應用于工業實踐。在對TIG焊接技術的創新方面，美國肯塔基大學一直走在前列，1998年該大學受美國國家科技基金資助研究成功了新型雙焊槍TIG焊接技術，該技術不但使熔深增加了許多，而且避免了焊絲填充的不便。在對MIG焊技術的改進方面，芬蘭走在了前列，2001年，Kemppi公司向市場推出了一款新型MIG焊機，該焊機采用雙脈沖數字化技術，脈沖頻率和送絲速度得到了良好配合，令鋁合金焊接的質量大大提高。針對等離子弧焊的改進，美國航空航天管理局取得了重大進展，其通過對變極性的深入研究，研制成功了一種變極性等離子弧焊技術以及以該技術為核心的焊接設備，對大厚度鋁合金的焊接有重大意義。

2.2 電子束焊

在真空環境里，焊接件的連接部分受到高速電子流的轟擊而發熱熔化的焊接技術稱為電子束焊技術。對于鋁合金表面所產生的氧化膜，電子束焊會利用運動速度很高的電子束打擊鋁合金表面所產生的巨大熱量分解氧化膜，伴隨該過程同時會有高溫和大量金屬蒸汽產生。針對厚度較大的鋁合金焊接過程能量消耗大焊接質量不高的問題，電子束焊可以充分發揮自己功率比密度高、焊縫熔深較大和穿透能力較強等優勢，相比其他焊接方法同時會降低所消耗的能量。經實踐證明，與傳統焊接技術相比，電子束焊接技術提高了焊接速度、降低了母板的變形量、使焊接強度得以提高，同時減少了焊接裂紋的出現。

由于受工程中難以提供純真空環境和焊接參數精準度低等問題的限制，電子束焊僅僅主要應用在大構件焊接和焊接特殊構件的工藝中。隨著太空開發的不斷深入，電子束焊技術一定會大方光彩，成為鋁合金構件焊接的重要技術。

2.3 激光焊

激光焊技術是指利用激光熱源進行鋁合金焊接的一種焊接技術，目前，隨著激光加工設備的不斷發展，激光焊技術也被越來越多的應用到了工業實踐當中。在德國、美國、日本等國家，激光焊技術已經在汽車和飛機的生產中得以廣泛應用。理論研究和實踐均證明，相較于傳統焊接技術，激光焊技術具有功率聚焦方便、易于對某區域集中加熱、能耗低等優點。除此之外，電磁對激光束的干涉較小、有助于降低焊接過程的磁偏吹、以及焊縫深度比較大等優勢，均為激光焊技術擴大應用的良好基礎。但與此同時，激光焊技術價格較高，相關設備的成本較大，對反射較高的金屬缺乏應用優勢，主要應用于厚度較大的鋁合金構件的焊接方面。

2.4 攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊概念是由英國焊接研究所于1991年首次提出的，在過去的20多年里，該技術不斷發展成熟，現已在工業領域以及軍事領域得以廣泛應用。攪拌摩擦焊的主要優點為：焊接變形較小、焊接接頭有良好的力學性能、焊后參與應力較小、人為因素對其焊接質量影響小以及價格低廉等。與此同時，與其他焊接方法相比較，攪拌摩擦焊具有以下局限性：對焊接設備剛性要求較高、焊接時對機械力的要求較大和焊接過程中操作柔性較低等。盡管攪拌摩擦焊技術還存在某些不足，但其取代傳統的熔焊技術以成為必然趨勢，尤其是在對運載工具輕型化和高速化要求很高的當下，攪拌摩擦焊的焊接質量優勢和經濟效益優勢顯著，正廣泛應用到工業的各個制造領域當中。

3 展望

伴隨著理論研究的不斷深入以及生產力水平的不斷提高，鋁合金焊接技術已經越來越脫離傳統的粗獷焊接模式，對成本以及焊接質量的考慮使焊接技術得以不斷創新。為解放人力以及消除人為因素對焊接質量的影響，焊接機械化的提高已成必然趨勢，焊接機器人以及數控機床技術的出現對焊接機械化的推廣有重大意義。在未來鋁合金焊接領域，創新將會成為該領域得以向前發展的主要推動力，對焊接工藝以及焊接設備的創新將為未來的焊接領域產生長遠影響。

4 結束語

鋁合金因其良好的物理和化學性能將在工業領域得以廣泛應用，對鋁合金焊接的技術研究也顯得尤為重要。相信隨著科技的進步，我國鋁合金焊接技術必將取得重大突破，進而為我國工業強國的實現提供技術保障。

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