鋁合金焊接技術的研究現狀及發展趨勢

曲 瑞王 洋

（1.沈陽盛達因機電設備有限公司，遼寧 沈陽 110000；2.沈陽蒙塔薩汽車零部件有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 鋁合金焊接技術的研究現狀

1.1 傳統焊接技術

鋁合金的傳統焊接技術包括TIG焊、MIG焊、等離子弧焊等。這些技術的焊接工藝已經比較成熟，現階段的研究重點在于改善與創新。1998年由肯塔基大學的機器人及制造系統中心和美國國家科技基金資助而研制的雙焊槍TIG焊，可以不用填充焊絲，并能增加熔深；芬蘭Kemppi公司2001年在市場上推出的一款全數字化脈沖 (doublepulse)MIG焊機KemppiproEvolution，使得送絲速度與脈沖頻率相適應從而提高焊接質量；美國航空航天管理局 (NANA)對變極性進行了大量的研究，成功研制了以變極性等離子弧焊工藝 (VPPAW)為核心的焊接技術和相應的設備，并成功地實現了厚板鋁合金構件的焊接。

1.2 高能束焊

電子束焊，激光焊都是高能量束焊，其顯著特點是焊接能量大，焊縫深寬比高，焊接速度快，但是也存在一定的缺陷。Guitterz，L.A和Belforte，D.A等人用激光焊接鋁合金時發現鋁合金對能量反射較大，吸收效率不高；烏克蘭的邦達列夫將鋁合金電子束焊接時焊縫常見缺陷分為以下幾種裂紋、氣孔、未焊透、焊縫成型變化，特殊缺陷，并把電子束焊接過程中合金元素的汽化損失歸于特殊缺陷；臺灣中山大學黃儒瑛在鋁基復合材料的電子束焊接時發現合金由于成分揮發散失，使合金基材無法產生足夠的強化相Mg2Si，從而導致復材的強度降低。

1.3 固相焊接技術

在實際生產中，固相焊接技術已經用于許多鋁合金的焊接中。RolfLarsson等人對6XXX系鋁合金進行了攪拌摩擦焊，發現可焊的厚度最薄達到了1.5mm，而最厚可達5Omm；Rhodes發現7075-T6鋁合金接頭焊核區中精細的等軸晶被大角度晶界分隔；Y.Huang等研究了不同的工藝參數對7075鋁合金在真空室中進行擴散焊的影響，得到了最佳的工藝參數：溫度是 510～520℃，壓力是 2.5～3.8MPa，時間是 90～120min。

2 鋁合金焊接技術的發展

2.1 激光焊接技術

隨著科技的發展，激光在很多領域得到了非常廣泛的應用，在鋁合金焊接領域的應用也越來越廣泛，激光焊接技術是在激光加工工藝發展的基礎上產生的一種新型焊接技術，在金屬焊接特別是鋁合金焊接領域得到了非常廣泛的應用，在使用激光焊接技術進行鋁合金焊接時，根據功率的不同還產生了很多種改變，不同類型的激光焊技術在焊接時也有不同的要求。但是不論采取哪種激光焊接技術進行鋁合金的焊接，鋁合金都能夠隨著激光束的變化不斷熔化，從而把鋁合金材料焊接在一起。激光焊接技術和傳統的TIG焊接技術以及MIG焊接技術相比，焊接時的能量非常大，不會對鋁合金的質量產生影響，能夠根據鋁合金材料的不同選擇合適的激光焊接工藝。

2.2 激光—電弧復合焊接技術

顧名思義，激光—電弧復合焊接技術指的就是把激光焊接技術和電弧焊接技術相結合而形成的新型焊接技術，在使用激光—電弧復合焊接技術進行鋁合金焊接時，能夠綜合激光焊接技術和電弧焊接技術的優勢，使二者在鋁合金焊接過程中優勢互補，彌補各自在鋁合金焊接中的不足之處，解決鋁合金焊接過程中容易產生的問題，是一種新型的現代化鋁合金焊接技術，在鋁合金焊接方面得到了越來越廣泛的應用。

2.3 雙槍TIG焊

雙焊槍TIG焊（ODT-TIG）是用兩把焊槍對工件的兩個相對面同時焊接，兩焊槍都接在同一個電源上，二次線的正負極分別接上一把TIG焊槍而工件不接電極。焊接時，采用恒定的方波交流電流，2把焊槍正對著，分別指向工件正反兩面，不僅雙面成形而且一部分電流從一把焊槍通過工件傳到另一把焊槍，再回到電源。這種電流的流動使得電弧更加集中，熔深增加，減少厚板的焊接層數。同時還由于降低了熱輸入，使HAZ范圍減少，裂紋出現率降低，焊后變形小。此外，此焊接法不需要使用填充焊絲，因此不會使合金成分發生很大的改變，提高了焊縫質量而且降低了生產成本。Y.M.ZHANG和S.B.ZHANG用此法對6061鋁合金進行了焊接，對于9.5毫米厚的鋁板可以在不預熱的情況下，僅用150A電流和焊接速度為2mm/s單道焊就可以充分焊透。與傳統的交流TIG焊相比，雙槍TIG焊不僅可以簡化焊接工藝、節省能量而且其焊縫強度和延展性都高于普通的交流TIG焊。

2.4 攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊是一種固相焊接技術，它利用一種特殊形狀的攪拌工具，旋轉著插入被焊工件，然后沿著焊縫運動，通過攪拌工具的軸肩與材料摩擦產生熱量，使焊材加熱到塑性狀態，通過塑性變形，破壞接合面的氧化膜和金屬晶粒，使得處于熱塑性狀態的金屬在焊接區域轉移過渡，經過軸肩擠壓塑性金屬而形成焊接接頭。

3 結語

焊接技術作為鋁合金在工業領域中擴大應用范圍的關鍵技術之一，必然會得到進一步的發展。雖然傳統的鎢極惰性氣體保護電弧焊、熔化極惰性氣體保護電弧焊在鋁合金焊接中占主導地位，但是隨著復合焊和攪拌摩擦焊等新工藝的成熟，必將取代傳統的TIG焊和MIG焊。此外，激光束焊和電子束焊在高質量高要求的鋁合金產品生產部門也會應用得越來越廣泛。