曲 瑞王 洋

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1 鋁合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)焊接技術(shù)

鋁合金的傳統(tǒng)焊接技術(shù)包括TIG焊、MIG焊、等離子弧焊等。這些技術(shù)的焊接工藝已經(jīng)比較成熟，現(xiàn)階段的研究重點在于改善與創(chuàng)新。1998年由肯塔基大學(xué)的機器人及制造系統(tǒng)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(shù)字化脈沖 (doublepulse)MIG焊機KemppiproEvolution，使得送絲速度與脈沖頻率相適應(yīng)從而提高焊接質(zhì)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(shù)和相應(yīng)的設(shè)備，并成功地實現(xiàn)了厚板鋁合金構(gòu)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(fā)現(xiàn)鋁合金對能量反射較大，吸收效率不高；烏克蘭的邦達列夫?qū)X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(xué)黃儒瑛在鋁基復(fù)合材料的電子束焊接時發(fā)現(xiàn)合金由于成分揮發(fā)散失，使合金基材無法產(chǎn)生足夠的強化相Mg2Si，從而導(dǎo)致復(fù)材的強度降低。

1.3 固相焊接技術(shù)

在實際生產(chǎn)中，固相焊接技術(shù)已經(jīng)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(fā)現(xiàn)可焊的厚度最薄達到了1.5mm，而最厚可達5Omm；Rhodes發(fā)現(xiàn)7075-T6鋁合金接頭焊核區(qū)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(shù)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(shù)：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(shù)的發(fā)展

2.1 激光焊接技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，激光在很多領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，在鋁合金焊接領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，激光焊接技術(shù)是在激光加工工藝發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型焊接技術(shù)，在金屬焊接特別是鋁合金焊接領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，在使用激光焊接技術(shù)進行鋁合金焊接時，根據(jù)功率的不同還產(chǎn)生了很多種改變，不同類型的激光焊技術(shù)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(shù)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(shù)和傳統(tǒng)的TIG焊接技術(shù)以及MIG焊接技術(shù)相比，焊接時的能量非常大，不會對鋁合金的質(zhì)量產(chǎn)生影響，能夠根據(jù)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(fù)合焊接技術(shù)

顧名思義，激光—電弧復(fù)合焊接技術(shù)指的就是把激光焊接技術(shù)和電弧焊接技術(shù)相結(jié)合而形成的新型焊接技術(shù)，在使用激光—電弧復(fù)合焊接技術(shù)進行鋁合金焊接時，能夠綜合激光焊接技術(shù)和電弧焊接技術(shù)的優(yōu)勢，使二者在鋁合金焊接過程中優(yōu)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(chǎn)生的問題，是一種新型的現(xiàn)代化鋁合金焊接技術(shù)，在鋁合金焊接方面得到了越來越廣泛的應(yīng)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(shù)。同時還由于降低了熱輸入，使HAZ范圍減少，裂紋出現(xiàn)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(fā)生很大的改變，提高了焊縫質(zhì)量而且降低了生產(chǎn)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(yù)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(tǒng)的交流TIG焊相比，雙槍TIG焊不僅可以簡化焊接工藝、節(jié)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(shù)，它利用一種特殊形狀的攪拌工具，旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生熱量，使焊材加熱到塑性狀態(tài)，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(tài)的金屬在焊接區(qū)域轉(zhuǎn)移過渡，經(jīng)過軸肩擠壓塑性金屬而形成焊接接頭。

3 結(jié)語

焊接技術(shù)作為鋁合金在工業(yè)領(lǐng)域中擴大應(yīng)用范圍的關(guān)鍵技術(shù)之一，必然會得到進一步的發(fā)展。雖然傳統(tǒng)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(dǎo)地位，但是隨著復(fù)合焊和攪拌摩擦焊等新工藝的成熟，必將取代傳統(tǒng)的TIG焊和MIG焊。此外，激光束焊和電子束焊在高質(zhì)量高要求的鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)部門也會應(yīng)用得越來越廣泛。