現(xiàn)代鋁合金焊接工藝的應(yīng)用研究

鄒超 郝先芃 田茂德

摘 要：鋁合金是人們?nèi)粘Ｉ罴肮ぷ髦休^為常見的金屬材料，因?yàn)殇X合金材料具備優(yōu)質(zhì)的性能，對人們的生活、生產(chǎn)帶來了極大的益處。在鋁合金材料應(yīng)用時(shí)，需對鋁合金進(jìn)行焊接;當(dāng)前，鋁合金焊接有許多方法，不同的焊接工藝則鋁合金的性能也就不同。基于此，本文就現(xiàn)代鋁合金焊接工藝的應(yīng)用進(jìn)行深入地分析。

關(guān)鍵詞：鋁合金;焊接工藝;應(yīng)用

1? 引言

伴隨鋁合金在各個(gè)領(lǐng)域的大量運(yùn)用，鋁合金焊接工藝多樣化發(fā)展。比如：MIG 焊接、激光焊接、攪拌摩擦焊等等，在鋁合金焊接中廣泛使用，有利于加強(qiáng)鋁合金產(chǎn)品的性能。因此，對現(xiàn)代鋁合金焊接工藝的應(yīng)用進(jìn)行研究有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2? 鋁合金的焊接性分析

純鋁的熔點(diǎn)為660℃，焊接使用鋁合金的熔點(diǎn)大約是560℃。在鋁及鋁合金焊接凝固過程中，熔池中的氣體由于無法及時(shí)逸出而非常容易出現(xiàn)氣孔。鋁及鋁合金完全暴露于空氣當(dāng)中，外表很快就會產(chǎn)生一層熔點(diǎn)比較高的氧化膜（A1203），其熔點(diǎn)大約是2050℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁及鋁合金的熔點(diǎn);在焊接環(huán)節(jié)，難以熔化的氧化膜會對母材與填充金屬的熔合產(chǎn)生影響，進(jìn)而造成氧化物的夾渣。在鋁合金焊接環(huán)節(jié)，熔池金屬并未發(fā)生顏色上的改變，極易導(dǎo)致塌陷又或是焊穿。鋁合金的熱導(dǎo)率較大、散熱速率較快，在焊接時(shí)需非常多的熱量。在厚板焊接時(shí)，通常需要對焊接部位實(shí)施預(yù)熱。處于熔化狀態(tài)的鋁合金在完全結(jié)晶、凝固以后，其體積大約會減少6%，因此形成的收縮應(yīng)力或許會造成工件發(fā)生形變及出現(xiàn)焊接裂紋。對于存在熱處理強(qiáng)化性能的鋁合金，因?yàn)楹附咏宇^通過了長時(shí)間的熱循環(huán)，焊接接頭熱影響區(qū)強(qiáng)度有比較顯著的退化，其抗拉強(qiáng)度可能只有母材的60%-70%，此是熱處理強(qiáng)化鋁合金焊接接頭最具代表性的焊接缺陷。雖然能夠考慮在焊后進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，然而針對部分特殊情況，比如大型零部件的焊接，焊接后再熱處理是無法做到的。

3? 現(xiàn)代鋁合金焊接工藝的應(yīng)用

3.1 鋁合金 MIG 焊接工藝的應(yīng)用

雙脈沖MIG焊接工藝在鋁合金焊接中應(yīng)用的具體原如下：第一，熔池?cái)嚢枳饔谩Ｔ谑褂秒p脈沖MIG焊接工藝時(shí)，電弧不僅能夠傳遞物質(zhì)、提供熱能，同時(shí)還具備較強(qiáng)的剛性，可作用于熔池內(nèi)實(shí)施攪拌，相較于傳統(tǒng)脈沖MIG焊接工藝，有著更好的攪拌成效，能夠破碎粗晶、細(xì)化晶粒，加速氣體向外逸出，加強(qiáng)接頭的性能。第二，雙脈沖協(xié)同強(qiáng)化作用。相較于傳統(tǒng)形式的脈沖MIG焊接工藝，雙脈沖下強(qiáng)弱脈沖群反映為周期性改變，二者共同作用能夠達(dá)到對熔池?cái)嚢璧墓餐瑥?qiáng)化目標(biāo)，借此以取得更加強(qiáng)的熔透能力。第三，熔滴沖擊作用。在選用雙脈沖MIG焊接工藝時(shí)，熔化的焊絲通過射滴（亞射滴）形式過渡到熔池中，熔滴攜帶有很大的動能、熱能，以產(chǎn)生對熔池的沖擊，大幅度加強(qiáng)攪拌的作用，與電弧攪拌聯(lián)合增強(qiáng)接頭的性能。第四，低頻誘發(fā)熔池共振作用。雙脈沖MIG焊接工藝的頻率非常低，而熔池本身的振動頻率也比較低，所以在具體焊接環(huán)節(jié)，熔池極易產(chǎn)生共振現(xiàn)象，有效加強(qiáng)焊接質(zhì)量。按照鋁合金雙脈沖MIG焊接工藝原理分析能夠發(fā)現(xiàn)，雙脈沖MIG焊接相較于傳統(tǒng)MIG焊接有很多方面的不同，以各種因素為基礎(chǔ)綜合使用能夠取得更好的效果。

3.2 鋁合金激光焊接工藝的應(yīng)用

第一，雙光束激光焊。所謂“雙光束激光焊”，主要是指兩束不同的激光共同作用在焊件物外表的焊接方式。其實(shí)現(xiàn)途徑主要有以下兩種：（1）通過分光系統(tǒng)將單束激光區(qū)分成兩束激光，此種形式當(dāng)前使用較多（2）兩臺單獨(dú)運(yùn)行的激光器進(jìn)行耦合。

第二，激光填絲焊。激光填絲焊不僅具備原有激光焊形式的優(yōu)點(diǎn)，還能夠有效降低對裝配精準(zhǔn)程度的需求、加強(qiáng)冶金性能、優(yōu)化焊縫成形，增強(qiáng)力學(xué)性能、避免出現(xiàn)熱裂紋等等，進(jìn)而在較大程度上拓寬激光焊接的可運(yùn)用范疇，更加適用于鋁合金焊接。

3.3 鋁合金攪拌摩擦焊工藝的應(yīng)用

攪拌摩擦焊將有著獨(dú)特形貌的、高速轉(zhuǎn)動的攪拌頭當(dāng)作焊接工具，在鋁合金焊接環(huán)節(jié)，將快速轉(zhuǎn)動的攪拌頭以相應(yīng)的下插速度插進(jìn)2塊零部件的接縫當(dāng)中，在插入到預(yù)先設(shè)置好的下插深度（也就是攪拌頭軸肩和零部件外表密切接觸）時(shí)，通常停留0.2s，攪拌頭順著焊接的方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。攪拌針攪拌過程中形成的熱量及軸肩與零部件外表摩擦形成的熱量使得焊縫材料溫度提升，接頭金屬完全塑性軟化，軟化的金屬跟隨攪拌頭的轉(zhuǎn)動而發(fā)生轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生持續(xù)的塑性流，塑性流當(dāng)中的金屬與塑性流觸碰的部分金屬因?yàn)檐浕潭鹊牟町愋裕瑢纬赏耆煌乃苄宰冃阅堋嚢桀^將出現(xiàn)塑性形變的材料填充攪拌頭后方的空腔，同時(shí)在攪拌頭、軸肩、攪拌針三者的共同作用下達(dá)到材料的緊密連接。

4? 結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)階段的鋁合金焊接中，使用最多的工藝依然是傳統(tǒng)的TIG焊、MIG焊;攪拌摩擦焊、電子束焊以及激光焊等在鋁合金焊接過程中表現(xiàn)出更強(qiáng)的適應(yīng)性;在對中厚板鋁合金進(jìn)行焊接時(shí)，電子束焊有責(zé)較為顯著的優(yōu)勢。伴隨對鋁合金焊接原理更深層次的探討，鋁合金焊接工藝必會進(jìn)一步優(yōu)化、創(chuàng)新。

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