淺談鋁合金的焊接

楊為三

摘 要：伴隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，鋁合金因其良好的性能被廣泛應(yīng)用到工業(yè)制造的各個(gè)領(lǐng)域，因此對(duì)鋁合金焊接技術(shù)的研究顯得尤為必要。本文通過研究鋁合金焊接技術(shù)的現(xiàn)狀，介紹了目前應(yīng)用廣泛的幾種鋁合金焊接技術(shù)，并對(duì)鋁合金焊接技術(shù)的未來發(fā)展方向做了一定的展望。

關(guān)鍵詞：鋁合金焊接；現(xiàn)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(qiáng)度較高、密度較低、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率都較高等良好的力學(xué)以及物理性能，非常適用于焊接結(jié)構(gòu)的用途，因此深受機(jī)械、航天和車輛等眾多工業(yè)企業(yè)的青睞。當(dāng)下焊接技術(shù)發(fā)展迅速，針對(duì)鋁合金的焊接技術(shù)發(fā)展尤為迅猛，主要分為以下三個(gè)方面：對(duì)原有鋁合金焊接技術(shù)的改進(jìn)、高能量高密度焊接技術(shù)的應(yīng)用以及攪拌摩擦焊的應(yīng)用。改進(jìn)原有鋁合金焊接技術(shù)主要是指在原有技術(shù)基礎(chǔ)上的發(fā)展創(chuàng)新，例如脈沖調(diào)制低頻MIG焊技術(shù)、自動(dòng)型雙焊槍TIG焊技術(shù)、MIG交流焊技術(shù)以及等離子弧焊技術(shù)等。高能高密度焊接技術(shù)是一種新型電焊技術(shù)，主要有YAC檄焊技術(shù)和電子束焊技術(shù)等。另外，攪拌摩擦焊技術(shù)雖為一種新型焊接技術(shù)，但因其低成本高質(zhì)量的焊接特性而應(yīng)用極為廣泛。

2 鋁合金焊接技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)焊接技術(shù)

TIG焊、MIG焊、等離子弧焊等均為傳統(tǒng)焊接技術(shù)，這些技術(shù)歷史悠久、工藝成熟但在某些方面并不能充分滿足當(dāng)下對(duì)鋁合金焊接的要求，因此對(duì)傳統(tǒng)焊接技術(shù)的改進(jìn)優(yōu)化越來越成為現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)之一。在對(duì)傳統(tǒng)焊接技術(shù)的改進(jìn)方面，國內(nèi)尚處于研究階段，而國外已經(jīng)將其應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐。在對(duì)TIG焊接技術(shù)的創(chuàng)新方面，美國肯塔基大學(xué)一直走在前列，1998年該大學(xué)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(shù)，該技術(shù)不但使熔深增加了許多，而且避免了焊絲填充的不便。在對(duì)MIG焊技術(shù)的改進(jìn)方面，芬蘭走在了前列，2001年，Kemppi公司向市場(chǎng)推出了一款新型MIG焊機(jī)，該焊機(jī)采用雙脈沖數(shù)字化技術(shù)，脈沖頻率和送絲速度得到了良好配合，令鋁合金焊接的質(zhì)量大大提高。針對(duì)等離子弧焊的改進(jìn)，美國航空航天管理局取得了重大進(jìn)展，其通過對(duì)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(shù)以及以該技術(shù)為核心的焊接設(shè)備，對(duì)大厚度鋁合金的焊接有重大意義。

2.2 電子束焊

在真空環(huán)境里，焊接件的連接部分受到高速電子流的轟擊而發(fā)熱熔化的焊接技術(shù)稱為電子束焊技術(shù)。對(duì)于鋁合金表面所產(chǎn)生的氧化膜，電子束焊會(huì)利用運(yùn)動(dòng)速度很高的電子束打擊鋁合金表面所產(chǎn)生的巨大熱量分解氧化膜，伴隨該過程同時(shí)會(huì)有高溫和大量金屬蒸汽產(chǎn)生。針對(duì)厚度較大的鋁合金焊接過程能量消耗大焊接質(zhì)量不高的問題，電子束焊可以充分發(fā)揮自己功率比密度高、焊縫熔深較大和穿透能力較強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，相比其他焊接方法同時(shí)會(huì)降低所消耗的能量。經(jīng)實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，電子束焊接技術(shù)提高了焊接速度、降低了母板的變形量、使焊接強(qiáng)度得以提高，同時(shí)減少了焊接裂紋的出現(xiàn)。

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

2.3 激光焊

激光焊技術(shù)是指利用激光熱源進(jìn)行鋁合金焊接的一種焊接技術(shù)，目前，隨著激光加工設(shè)備的不斷發(fā)展，激光焊技術(shù)也被越來越多的應(yīng)用到了工業(yè)實(shí)踐當(dāng)中。在德國、美國、日本等國家，激光焊技術(shù)已經(jīng)在汽車和飛機(jī)的生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用。理論研究和實(shí)踐均證明，相較于傳統(tǒng)焊接技術(shù)，激光焊技術(shù)具有功率聚焦方便、易于對(duì)某區(qū)域集中加熱、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，電磁對(duì)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(yōu)勢(shì)，均為激光焊技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用的良好基礎(chǔ)。但與此同時(shí)，激光焊技術(shù)價(jià)格較高，相關(guān)設(shè)備的成本較大，對(duì)反射較高的金屬缺乏應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于厚度較大的鋁合金構(gòu)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(shù)不斷發(fā)展成熟，現(xiàn)已在工業(yè)領(lǐng)域以及軍事領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。攪拌摩擦焊的主要優(yōu)點(diǎn)為：焊接變形較小、焊接接頭有良好的力學(xué)性能、焊后參與應(yīng)力較小、人為因素對(duì)其焊接質(zhì)量影響小以及價(jià)格低廉等。與此同時(shí)，與其他焊接方法相比較，攪拌摩擦焊具有以下局限性：對(duì)焊接設(shè)備剛性要求較高、焊接時(shí)對(duì)機(jī)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(shù)還存在某些不足，但其取代傳統(tǒng)的熔焊技術(shù)以成為必然趨勢(shì)，尤其是在對(duì)運(yùn)載工具輕型化和高速化要求很高的當(dāng)下，攪拌摩擦焊的焊接質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)顯著，正廣泛應(yīng)用到工業(yè)的各個(gè)制造領(lǐng)域當(dāng)中。

3 展望

伴隨著理論研究的不斷深入以及生產(chǎn)力水平的不斷提高，鋁合金焊接技術(shù)已經(jīng)越來越脫離傳統(tǒng)的粗獷焊接模式，對(duì)成本以及焊接質(zhì)量的考慮使焊接技術(shù)得以不斷創(chuàng)新。為解放人力以及消除人為因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，焊接機(jī)械化的提高已成必然趨勢(shì)，焊接機(jī)器人以及數(shù)控機(jī)床技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)焊接機(jī)械化的推廣有重大意義。在未來鋁合金焊接領(lǐng)域，創(chuàng)新將會(huì)成為該領(lǐng)域得以向前發(fā)展的主要推動(dòng)力，對(duì)焊接工藝以及焊接設(shè)備的創(chuàng)新將為未來的焊接領(lǐng)域產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。

4 結(jié)束語

鋁合金因其良好的物理和化學(xué)性能將在工業(yè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，對(duì)鋁合金焊接的技術(shù)研究也顯得尤為重要。相信隨著科技的進(jìn)步，我國鋁合金焊接技術(shù)必將取得重大突破，進(jìn)而為我國工業(yè)強(qiáng)國的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)保障。

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