几种铝合金焊接先进工艺
铝及铝合金MIG焊接工艺
铝及铝合金MIG焊接工艺焊接铝及铝合金的工艺铝及铝合金在焊接过程中有一些特点需要注意。
首先，铝容易在空气中氧化，生成的氧化铝熔点高、稳定，难以去除，会阻碍母材的熔化和熔合，产生缺陷。
因此，在焊接前需要进行表面清理，以及在焊接过程中加强保护，去除氧化膜。
对于钨极氩弧焊，可以使用交流电源去除氧化膜；对于气焊，可以采用去除氧化膜的焊剂。
在焊接厚板时，可以加大焊接热量，使用氦气或氩氦混合气体保护焊，或者采用大规范的熔化极气体保护焊。
在直流正接情况下，可以不需要“阴极清理”。
其次，铝及铝合金的热导率和比热容均较高，在焊接过程中容易消耗大量的热量。
因此，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。
此外，铝及铝合金的线膨胀系数较大，焊件容易产生变形和应力，需要采取预防措施。
在焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力，可以通过调整焊丝成分与焊接工艺来防止热裂纹的产生。
在耐蚀性允许的情况下，可以采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。
SAlSi条（硅含量4.5%～6%)焊丝会有更好的抗裂性。
此外，铝对光、热的反射能力较强，在焊接操作时判断难。
高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。
铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，容易形成氢气孔。
因此，需要严格控制氢的来源，以防止气孔的形成。
同时，合金元素易蒸发、烧损，会使焊缝性能下降。
铝合金的应用越来越广泛，因为它具有重量轻、比强度高、耐腐蚀性好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点。
使用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。
但铝合金的焊接也存在一些难点。
首先，铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍。
其次，铝合金表面易产生难熔的氧化膜，需要采用大功率密度的焊接工艺。
此外，铝合金焊接容易产生气孔和热裂纹，线膨胀系数大，易产生焊接变形。
铝合金焊接工艺
1）焊后将焊件放入40～50℃的热水槽中浸渍，最好用流动的热水，用硬毛刷刷焊缝及焊缝附近 残留熔剂、熔渣的地方，直至清除干净。
2）将焊件浸入硝酸溶液中。当室温为25°以上时，溶液浓度15%～25%，浸渍时间为10～15min。 室温为10～15℃时，溶液浓度20%～25%，浸渍时间为15min。
3）将焊件置于流动热水（温度为40～50℃）的槽中浸渍5～10min。 4）用冷水将焊件冲洗5min。 5）将焊件自然晾干，也可放在干燥箱中烘干或用热空气吹干。
氩气流对焊接区的冲刷使接头冷却加快，改善了接头的组织和性能，适于全位置焊接。由于不用 熔剂，焊前清理的要求比其他焊接方法严格。
焊接铝合金较适宜的工艺方法是交流TIG焊和交流脉冲TIG焊，其次是直流反接TIG焊。通常，用交 流焊接铝合金时可在载流能力、电弧可控性以及电弧清理作用等方面实现最佳配合，故大多数铝合金 的TIG焊都采用交流电源。
1）气孔产生原因。氩气纯度低或氩气管路内有水分、漏气等；焊丝或母材坡口附近焊前未清理 干净或清理后又被污物、水分等沾污；焊接电流和焊速过大或过小；熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧 过长，钨极伸出过长等。
防止措施： 保证氩气的管路，选择认真清理焊丝、焊件，清理后及时焊接，并防止再次污染。更 新送气管路，选择合适的气体流量，调整好钨极伸出长度；正确选择焊接工艺参数。必要时，可以采 取预热工艺，焊接现场装挡风装置，防止现场有风流动。
对几种铝合金焊接工艺的研究
科学 与财富
Hale Waihona Puke 对几 种铝合 金焊 接工艺 的研 究
彭 殿 国
（ 哈尔滨工业大学动 力维 修中心供暖 部） 摘 要： 近年来 ， 我 国科学技术 以及工业 经济得到迅猛的发展 ， 对于铝合金焊接 结构件的需求也就越来越大 ， 因此 ， 我们有必要对铝合金 的焊接性 进 行 深入研 究。 铝合金 由于具有易成型、 焊接性好等优点而受到业界人士 的广泛关注 ， 它的广泛应用在很大程度上促进 了铝合金焊接技术的发展， 也就拓 宽 了铝 合 金 的应 用 领 域 。本 文 对 几种 铝 合 金 焊 接 工 艺 进 行 深 入 研 究 ， 以供大家参考。 关键 词： 铝合金； 焊接工艺； 电子 束 焊
含 量 降低 接 近 一 半 ， 从 而焊 缝 塑 性 、 韧 性大 大 提 高 电子束 可控 性 好 ， 可 以方 便 地 进行 扫 描 、 偏转 、 跟踪等 ， 易 于焊 接 过 程 的 自动 化 ， 并 且 通 过 电 子束 扫 描
、
在铝合金焊接工艺 中， 搅拌摩擦焊接工艺 的工作 原理也就是： 首先 ， 采 用一种特殊形式 的搅拌头 ， 再将其插入到需要焊接 的部位 ， 其次， 开启设备 使搅拌头高速旋转， 并与铝合金发生摩擦 ， 此时摩擦的部位就会呈现热塑性
二、 激 光 焊 接 工 艺
熔池可以消除缺 陷， 提高接头质量。 电子束焊接获得优 良的焊缝 的最有效方法是焊接过程 中同时对刚刚焊 过的焊缝进行扫描 。 回扫间距决定晶粒细化的可控程度， 凝固组织可 由粗大 的柱状晶转化为细小等轴 晶。 对ＡＩ Ｍ【 ｇ ｏ ． ４ Ｓ ｉ ｌ ． ２ 合金进行扫描焊接与无扫描焊 接相 比， 晶体主轴长度减 少到无 扫描焊接时的Ｉ ／ ５ ； 焊缝硬度提高８ ０ ％， 接 近 母材水平。 铝 合金焊缝金属晶粒细化程度对接头性能有重要影响 。 采用具有 回扫运动 的电子束扫描焊接， 可减 少合金元 素的损 失， 细化焊缝组 织， 使之 变为细小的等轴 晶， 并提高硬度 。对于 已经成核生长的晶体 ， 如果电子束扫 描间距过小在 电子束扫描时产生重熔，但 导致 电子束回扫细化 晶粒的作用 减弱。 铝合金电子束焊时对 电子束流非常敏感，尤其是对于大厚度铝合金板 焊接时， 电子束流小时不能焊透 ， 大时产生下塌 ， 出现凹坑 。 铝合金 电子束焊 接 的另外一个难 点是 焊接气 孔 。铝合金表面 的氧化膜 主要成分是Ａ 】 ｏ 和 Ｍｇ Ｏ， 容易吸 收大量 的水分是铝合金焊缝中气 孔的主要来源 。铝合金表面 氧化膜比重接近基体， 容易进入焊缝产生夹 杂、 气孔。尤其是防锈铝合金电 子束焊， 气孔问题较为严重。传统Ｔ Ｉ Ｇ 焊铝合金时通常采用大的热输入量并 在较低的焊接速度下进行焊接 ， 促使氢从熔池 中逸 出， 而 电子束焊接铝合金 时速度快， 热输入量小 ， 氢来不及从熔池中逸出， 容易形成气孔。 通常 电子束 焊铝合金采用表面下聚焦和较 窄的焊缝 以及扫描重熔的方法来防止气孔的 产生。另外， 电子束焊接要求在真空条件下进行， 所以对铝合金大型结构件 施焊 困难 。电子束 易受周 围环境电磁场 的影响， 设备 比较 复杂 ， 费用 比较昂 贵， 所 以还没有达到大规模工业化生产 。
铝合金的焊接方法和材料选用大全
铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。
除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他一些焊接方法（如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等）也可以容易地将铝合金焊接在一起。
铝合金常用焊接方法的特点及适用范围见表1。
应根据铝及铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的要求等选择。
（1）气焊氧－乙炔气焊火焰的热功率低，热量较分散，因此焊件变形大、生产率低。
用气焊焊接较厚的铝焊件时需预热，焊后的焊缝金属不但晶粒粗大、组织疏松，而且容易产生氧化铝夹杂、气孔及裂缝等缺陷。
这种方法只用于厚度范围在0.5～10㎜的不重要铝结构件和铸件的焊补上。
（2）钨极氩弧焊这种方法是在氩气保护下施焊，热量比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性高，在工业中获得起来越广泛的应用。
钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完善的焊接方法，但钨极氩弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下操作。
（3）熔化极氩弧焊自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大，热量集中，热量影响区小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高2～3倍。
可以焊接厚度在50㎜以下的纯铝及铝合金板。
例如，焊接厚度30㎜的铝板不必预热，只焊接正、反两层就可获得表面光滑、质量优良的焊缝。
半自动熔化极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短焊缝及结构形状不规则的焊件，用半自动氩弧焊焊炬可方便灵活地进行焊接，但半自动焊的焊丝直径较细，焊缝的气孔敏感性较大。
（4）脉冲氩弧焊1）钨极脉冲氩弧焊用这种方法可明显改善小电流焊接过程的稳定性，便于通过调节各种工艺参数来控制电弧功率和焊缝成形。
焊件变形小、热影响区小，特别适用于薄板、全位置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。
2）熔化极脉冲氩弧焊可采用的平均焊接电流小，参数调节范围大，焊件的变形及热影响区小，生产率高，抗气孔及抗裂性好，适用于厚度在2～10㎜铝合金薄板的全位置焊接。
（5）电阻点焊、缝焊可用来焊接厚度在4㎜以下的铝合金薄板。
精选铝合金焊接工艺
铝合金焊接工艺铝合金具有较高的比强度、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，并且工艺成形性和焊接性能良好，MIG焊是铝合金焊接的主要方法之一。
由于铝合金表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用于航空、航天及其它运载工具的结构材料；如运载火箭的液体燃料箱，超音速飞机和汽车的结构件以及轻型战车的装甲等。
本文主要研究了MIG焊接6063铝合金的工艺方法。
1.1焊接材料焊接所采用的母材为6063铝合金，焊接壁厚在3mm以上时，开V形坡口，夹角为60°～70°，空隙不得大于1mm，以多层焊完结；焊丝所用的材料为5356铝合金焊丝；壁厚在3mm以下时，不开坡口，不留空隙，不加填充丝；焊接薄铝件, 最好是用低温铝焊条WE53。
1.2焊前准备1.2.1 坡口加工铝材可采用机械或等离子弧等方法切割下料。
坡口加工采用机械加工法。
加工坡口表面高应平整、无毛刺和飞边。
坡口形式和尺寸根据接头型式，母材厚度、焊接位位置、焊接方法、有无垫板及使用条件。
1.2.2 焊接工艺参数的选择应在焊接工艺规程规定的范围内正确选用焊接工艺参数表1手工钨术氩弧焊接工艺参数2.1焊前清洗首先，用丙酮等有机溶液除去油污，两侧坡口的清理范围不小于50mm，坡口及其附近（包括垫板)的表面应用机械法清理至露出金属光泽。
焊丝去除油污后，应采用化学法除去氧化膜，可用5%～10%的NaOH溶液在70℃下浸泡30～60s，清水冲洗后，再用10%的HNO3常温下浸2min，清水冲洗干净后干燥处理。
清理后的焊件、焊丝在4h内应尽快完成施焊。
3.1焊接工艺要求3.1.1 定位焊缝应符合下列规定：1）焊件组对可在坡口处点焊定位，也可以坡口内点固。
焊接定位焊缝时，选用的焊丝应与母材相匹配。
2）定位焊缝就有适当的长度，间距和高度，以保证其有足够的强度面不致在焊接过程中开裂。
3）定位焊缝如发现缺陷应及时处理。
对作为正式焊缝一部分的根部定位焊缝，还应将其表面的黑料，氧化膜清除，并将两端修整成缓坡型。
铝合金焊接工艺
铝合金焊接工艺
铝合金焊接是一种常见的金属焊接方法，具有重量轻、硬度高、热锻性能优良、耐腐蚀性能和形状稳定性等优点，因而在航空、化工、石油、轨道交通、汽车制造等行业中占据重要地位。
铝合金焊接技术分为各种形式：如氩弧焊接、光弧焊接、高频低能合金焊接等。
通常情况下，为确保焊接的质量，要根据不同的材料性能来选择合适的焊接工艺，否则容易产生热脆、裂纹和其他缺陷。
氩弧焊接是采用氩弧焊技术焊接铝合金的一种方法，焊接效果较好。
它工作时，会通过焊缝外部活动氩弧，进而加热和熔化受热部件。
使用此工艺焊接时，为了获得更加优良的焊接质量，需要调整氩弧形状、焊接电流和速度以及清除焊接时生成的同温区壁渣等。
光弧焊接是使用CMT全自动熔接弧焊技术来焊接铝合金的一种方法，具有高
焊接速度、低焊接功率和高灵活性等优点，焊锡时无需喷锡，省时省力。
但光弧焊接的缺点也很明显，它的受热部分很容易烧坏，影响焊接质量。
高频合金焊接是一种新型焊接技术，它可以在焊接温度较低的情况下，焊接各种型号的铝合金，合金材料的微观组织以及焊缝的外观均优于其他焊接方式。
同时，该技术还具有变形少、焊接质量稳定和耗材少等优点，但需要较高的操作技能和设备投资。
总之，铝合金焊接是一个很复杂的工艺，它需要考虑多年料的性能，并从中选择合适的焊接工艺。
以确保焊接质量，提高采用率和产品质量。
铝合金焊接技术和应用研究
铝合金焊接技术和应用研究铝合金是一种广泛应用于工业领域的材料。
铝合金具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
铝合金的焊接技术也随着使用领域的不断扩大而得到了更多的研究和应用。
一、铝合金焊接技术概述铝合金焊接技术主要包括氩弧焊、TIG焊、MIG焊、激光焊等不同种类。
其中，氩弧焊是目前应用最为广泛的一种焊接技术。
氩弧焊具有焊缝质量好、成本低等优点，可用于航空、航天、汽车等领域的铝合金结构件的焊接。
TIG焊是一种适用于薄壁铝合金材料的焊接技术。
TIG焊具有功率控制、热输入量小、焊接速度快等优点，在航空、电子等领域得到广泛应用。
MIG焊是近年来发展起来的一种新型铝合金焊接技术。
MIG焊具有焊缝良好、成本低等优点，在汽车、电子、造船等领域的铝合金焊接中得到了广泛应用。
激光焊是一种适用于高要求、高精度、高效率的铝合金焊接技术。
激光焊是一种非接触式焊接技术，具有热影响区小、精度高、速度快等优点。
目前，激光焊用于航空、航天、汽车、电子等领域的高精度铝合金焊接中。
二、铝合金焊接技术的应用研究在航空领域，铝合金结构件的焊接质量直接关系到航空器的飞行安全。
目前，航空领域广泛应用TIG焊和高能激光焊技术。
高能激光焊具有焊缝几乎无顶部缺陷、堆焊率高等优点，是目前最为理想的航空领域铝合金结构件的焊接技术。
在汽车领域，铝合金的轻量化特性得到广泛应用。
铝合金车身结构件的焊接技术是汽车工业发展的重要技术之一。
目前，汽车领域广泛应用MIG焊、TIG焊和激光焊技术。
相较于氩弧焊来说，MIG焊和TIG焊在铝合金车身结构件的焊接中具有更好的适应性和焊缝品质。
在电子领域，铝合金是电子外壳的常用材料。
铝合金外壳的焊接技术直接关系到电子设备的密封性和机械强度。
目前，电子领域广泛应用TIG焊、激光焊技术。
相较于TIG焊来说，激光焊具有焊缝更细、威胁成像性好等优点，更适用于电子外壳的高密度、高精度焊接。
三、铝合金焊接技术的未来发展趋势随着新材料、新工艺的不断涌现，铝合金焊接技术也将不断发展。
铝合金搅拌摩擦焊
铝合金搅拌摩擦焊铝合金搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术，采用搅拌摩擦和热成型技术连接铝合金件，具有高强度、高密度、高质量等优点。
它是一种非常适用于铝合金焊接的技术，逐渐在航空、船舶、汽车、工程机械等领域中得到广泛的应用。
一、搅拌摩擦焊的基本原理：搅拌摩擦焊采用的是搅拌摩擦原理，利用搅拌工具在铝合金工件之间产生高温和高压，使铝粉末软化后再强制挤压，形成均匀的金属晶粒和致密的焊缝。
在搅拌摩擦焊的过程中，由于摩擦热和加压的作用，使铝合金接头处的温度升高，铝合金达到了塑化状态，再通过搅拌工具的旋转，将金属元素混合形成熔体，然后通过挤压形成均匀的焊缝。
二、铝合金搅拌摩擦焊的优点：1.高强度：搅拌摩擦焊焊接的铝合金接头具有非常高的强度，其强度甚至可以超过基材强度。
2.高质量：搅拌摩擦焊焊接的铝合金接头中没有焊缝氧化皮，且焊接过程中产生的铈等杂质较少，焊缝的质量比较高。
3.无损：搅拌摩擦焊和传统的焊接不同，它不需要加入任何的填充材料，也不会产生任何的变形和裂纹，无需进行后续的处理和检验。
4.成本低：由于不需要使用任何填充材料和后续处理工艺，因此搅拌摩擦焊的成本较低，操作简单，效果稳定可靠。
三、铝合金搅拌摩擦焊的应用：搅拌摩擦焊技术可以应用于多种铝合金材料的连接，如6XXX系列的铝合金、7XXX系列的铝合金等，其应用范围可以覆盖到航空、船舶、汽车、电力、机械制造等多个行业。
尤其是在空间航空领域中，铝合金搅拌摩擦焊被广泛应用，因为它可以解决传统焊接工艺在航空器外皮焊接中存在的一系列问题。
四、铝合金搅拌摩擦焊的发展趋势：在金属焊接行业，铝合金搅拌摩擦焊越来越得到重视，被认为是一种高新技术，与传统的焊接技术相比较，具备多种优点。
相信未来，随着更多的应用场景开发出来，这种焊接技术将得到更加广泛的应用。
总结：铝合金搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术，它具有高强度、高密度、高质量等优点，能够解决传统焊接技术存在的一系列问题，被广泛应用于航空、船舶、汽车、电力、机械制造等领域。
铝合金焊接工艺
铝合金焊接工艺TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】铝合金焊接工艺铝合金具有较高的比强度、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，并且工艺成形性和焊接性能良好，MIG焊是铝合金焊接的主要方法之一。
由于铝合金表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用于航空、航天及其它运载工具的结构材料；如运载火箭的液体燃料箱，超音速飞机和汽车的结构件以及轻型战车的装甲等。
本文主要研究了MIG焊接6063铝合金的工艺方法。
1.1焊接材料焊接所采用的母材为6063铝合金，焊接壁厚在3mm以上时，开V形坡口，夹角为60°～70°，空隙不得大于1mm，以多层焊完结；焊丝所用的材料为5356铝合金焊丝；壁厚在3mm以下时，不开坡口，不留空隙，不加填充丝；焊接薄铝件, 最好是用低温铝焊条WE53。
1.2焊前准备1.2.1 坡口加工铝材可采用机械或等离子弧等方法切割下料。
坡口加工采用机械加工法。
加工坡口表面高应平整、无毛刺和飞边。
坡口形式和尺寸根据接头型式，母材厚度、焊接位位置、焊接方法、有无垫板及使用条件。
1.2.2 焊接工艺参数的选择应在焊接工艺规程规定的范围内正确选用焊接工艺参数表1手工钨术氩弧焊接工艺参数2.1焊前清洗首先，用丙酮等有机溶液除去油污，两侧坡口的清理范围不小于50mm，坡口及其附近（包括垫板)的表面应用机械法清理至露出金属光泽。
焊丝去除油污后，应采用化学法除去氧化膜，可用5%～10%的NaOH溶液在70℃下浸泡30～60s，清水冲洗后，再用10%的HNO3常温下浸2min，清水冲洗干净后干燥处理。
清理后的焊件、焊丝在4h内应尽快完成施焊。
3.1焊接工艺要求3.1.1 定位焊缝应符合下列规定：1）焊件组对可在坡口处点焊定位，也可以坡口内点固。
焊接定位焊缝时，选用的焊丝应与母材相匹配。
2）定位焊缝就有适当的长度，间距和高度，以保证其有足够的强度面不致在焊接过程中开裂。
铝合金TIG和MIG焊接工艺简介
提高生产效率
采用焊接工艺可以大大提高铝合 金制品的生产效率，降低生产成 本。
保证产品质量
铝合金焊接工艺可以提高铝合金制 品的质量和稳定性，使其更加符合 使用要求。
铝合金焊接工艺的历史与发展
历史
铝合金焊接工艺自20世纪初开始出现，经历了手工电弧焊、气体保护焊、激 光焊等不同阶段。
MIG工艺适用于厚板、大型部件以及高强度材料的焊接。
优缺点比较
TIG工艺的优点在于其焊接质量高、 焊缝强度高、变形小，同时操作简 单、易于掌握。
MIG工艺的优点在于其焊接速度快 、焊缝强度高、变形小，同时可以 连续作业，提高生产效率。
TIG工艺的缺点在于其焊接速度较慢 ，需要熟练的操作人员。
MIG工艺的缺点在于其设备成本和 维护成本较高，需要专业的技术人 员进行操作和维护。
铝合金tig和mig焊接工艺 简介
2023-11-07
目 录
• 铝合金焊接工艺概述 • tig焊接工艺介绍 • mig焊接工艺介绍 • 铝合金tig和mig焊接工艺比较 • 铝合金tig和mig焊接实例分析 • 铝合金tig和mig焊接工艺展望
01
铝合金焊接工艺概述
铝合金的特点
密度小
铝合金的密度比钢和铜小，约为2.7 克/立方厘米，因此铝合金制品比相 同体积的钢制品轻。
焊接过程
根据需要混合使用TIG和MIG技术。例如，可以使用TIG进行精确 的起始焊接，然后使用MIG进行填充和完成焊接。
焊接特点
混合焊接可以结合两种技术的优点，提高焊接质量和效率。这种 方法在某些应用中得到广泛应用，如汽车制造、航空航天和造船 业。
06
铝合金tig和mig焊接工 艺展望
发展方向展望
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铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光- 电弧复合焊、电子束焊。
针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工
艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。
关键词: 铝合金搅拌摩擦焊激光焊激光- 电弧复合焊电子束焊
1 铝合金焊接的特点
铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。
铝合金焊接有几大难点:
①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍;
②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用
大功率密度的焊接工艺;
③铝合金焊接容易产生气孔;
④铝合金焊接易产生热裂纹;
⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形;
⑥铝合金热导率大(约为钢的4 倍) ,相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大
2～4 倍。
因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效
焊接方法。
2 铝合金的先进焊接工艺
针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。
2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接
搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1～2 ] 。
图1为搅拌
摩擦焊接示意图[3 ] 。
其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性
状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。
图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。
由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料
焊接等。
目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。
已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。
国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结
构件。
铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。
与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。
由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。
焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。
与
普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。
传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。
并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。
搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:
①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊;
②焊件夹持要求高,焊接过程中对焊件要求加一定的压力,反面要求有垫板;
③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞,一般需要补焊上或机械切除;
④搅拌头适应性差,不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头,且搅拌头磨损快;
⑤工艺还不成熟,目前限于结构简单的构件,如平直的结构、圆形结构。
搅拌摩擦焊工艺参数简单,主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。
2.2 铝合金的激光焊接
铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding) 是近十几年来发展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。
其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点,特别对热处理铝合金有较大的应用优势。
可提高加工速度并极大地降低热输入,从而可提高生产效率,改善焊接质量。
在焊接高强度大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。
激光焊接铝合金有以下优点:
①能量密度高,热输入低,热变形量小,熔化区和热影响区窄而熔深大;
②冷却速度高而得到微细焊缝组织,接头性能良好;
③与接触焊相比,激光焊不用电极,所以减少了工时和成本;
④不需要电子束焊时的真空气氛,且保护气和压力可选择,被焊工件的形状不受电磁影响,不产生X 射线;
⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接;
⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输,从而使工艺适应性好,配合计算机和机械手,可实现焊接过程的自动化与精密控制。
现在应用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器,CO2 激光器功率大,对于要求大功率的厚板焊接比较适合。
但铝合金表面对CO2 激光束的吸收率比较小,在焊接过程中造成大量的能量损失。
YAG激光一般功率比较小,铝合金表面对YAG 激光束的吸收率相对CO2激光较大,可用光导纤维传导,适应性强,工艺安排简单等。
在焊接大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。
图3 为激光焊接时的小孔形状。
图4 为激光深熔焊示意图[5 ] 。
铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱,对CO2 激光束(波长为10. 6μm) 表面初始吸收率1. 7 %;对YAG激光束(波长为1. 06 μm)吸收率接近5 %。
图5 为不同金属对激光的吸收率。
比较复杂,高频引弧时引起电极烧损和电弧摆动,起弧后稳定性不强,同时在电弧的高温状态下,电极迅速烧损。
但激光与等离子弧复合可明显提高熔深和焊接速度。
传统
Mig，用铝合金焊丝填充。
Tig，氩弧焊（非熔化极）。