铝合金焊接技术研究 黄锡超

铝合金焊接技术研究黄锡超

发表时间：2019-05-17T16:47:31.203Z 来源：《电力设备》2018年第34期作者：黄锡超

[导读] 摘要：铝合金广泛应用于工业生产，近些年来，铝合金焊接技术发展迅速，克服了传统的合金焊接的众多弊端。

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摘要：铝合金广泛应用于工业生产，近些年来，铝合金焊接技术发展迅速，克服了传统的合金焊接的众多弊端。基于此，本文在概述合金焊接过程中出现问题的基础上，对铝合金先进焊接技术进行了概述，为铝合金工艺的积极开发及高性能铝合金产品的发展提供理论依据。

关键词：铝合金；焊接技术；先进技术

铝合金有着耐腐蚀、比强度较高、密度较低、电导率和热导率都较高等良好的力学以及物理性能，非常适用于焊接结构的用途，因此深受机械、航天和车辆等众多工业企业的青睐。当下铝合金的焊接技术主要分为对原有铝合金焊接技术的改进、高能量高密度焊接技术的应用以及搅拌摩擦焊的应用。铝合金因其良好的性能被广泛应用到工业制造的各个领域，因此对铝合金焊接技术的研究显得尤为必要。

1 铝合金传统焊接技术

TIG 焊、MIG 焊、等离子弧焊等均为传统焊接技术，这些技术历史悠久、工艺成熟但在某些方面并不能充分满足当下对铝合金焊接的要求，因此对传统焊接技术的改进优化越来越成为现阶段的研究重点之一。在对传统焊接技术的改进方面，国内尚处于研究阶段，而国外已经将其应用于工业实践。在对 TIG 焊接技术的创新方面，美国肯塔基大学一直走在前列，1998 年该大学受美国国家科技基金资助研究成功了新型双焊枪 TIG 焊接技术，该技术不但使熔深增加了许多，而且避免了焊丝填充的不便。在对 MIG 焊技术的改进方面，芬兰走在了前列，2001 年，Kemppi公司向市场推出了一款新型MIG焊机，该焊机采用双脉冲数字化技术，脉冲频率和送丝速度得到了良好配合，令铝合金焊接的质量大大提高。针对等离子弧焊的改进，美国航空航天管理局取得了重大进展，其通过对变极性的深入研究，研制成功了一种变极性等离子弧焊技术以及以该技术为核心的焊接设备，对大厚度铝合金的焊接有重大意义。

2 铝合金新兴焊接技术

将微处理、数字化技术等应用于传统的焊接技术，由此产生现代新兴焊接技术，包括双焊枪TIG、调制脉冲焊等，这些新兴的焊接技术，不仅大大提高了焊接效率，而且减少了焊接缝隙。TIG焊，不仅焊接工艺简洁，而且提高了焊缝强度及伸展性，调制脉冲焊，极大的减少焊接过程中气孔的出现，能够有效降低焊纹的敏感性，极大的提高了焊接工艺的内外质量。

2.1 高能密度焊技术

高能密度焊包括激光焊、离子焊、电子束焊等。其中激光焊最早起于 1960 年左右，主要通过二氧化碳和 YAG 激光进行焊接，不仅焊接过程中的能量高，穿透力强，焊接速度快，能够实现自动化、精密化控制，而在实际焊接过程中，也会出现多种缺陷，为了克服激光焊接过程中的不足，有研究提出通过复合焊接方式，如结合 TIG 焊、MIG 焊等途径，消除焊接缺陷，扩大了激光焊的应用范围，提高了激光焊的焊接质量；电子束焊起于 1950 年左右，其中真空电子焊，具有精准度高、效率高、穿透性强等优势，尤其是高能量密度特点，能够极大的缩短热影响区，提高接头处焊接质量，防止接头处焊接裂纹的出现，适用于铝合板较厚情况下的焊接，如航空航天、汽车制造等多领域。等离子焊接起于 1980 年左右，不仅能量密度极高，而且射流速度快，使得焊接过程中能量集中，焊接过程中的变形小，接头之间等强。焊接的厚度可到 2.5cm，极大的提高了焊接的质量。现阶段，等离子焊接主要应用于航天产品项目中，相比于欧美国家，我国的等离子焊起步较晚，技术发展尚处于摸索阶段，未来还有很长一段时间的路需要走。

2.2 搅拌摩擦焊技术

搅拌摩擦焊接最早起于1991年的英国，历经20多年的发展，搅拌摩擦焊技术发展相对成熟，已被广泛应用于工业生产。焊接搅拌焊技术不仅成本相对较低，而且适应性强，尤其是接头处的综合力学性能，使得焊接质量的自动化程度提高，对人的依赖性下降，其最大的不足时，焊接过程中的机械力大，对焊接工件的刚性要求极高。而作为一项固态焊接技术，尤其适应于现代焊接水平要求，具有显著的经济效率，也会逐步的取代溶焊技术，成为为了铝合金焊接的主要技术手段。

2.3 电子束焊技术

在真空环境里，焊接件的连接部分受到高速电子流的轰击而发热熔化的焊接技术称为电子束焊技术。对于铝合金表面所产生的氧化膜，电子束焊会利用运动速度很高的电子束打击铝合金表面所产生的巨大热量分解氧化膜，伴随该过程同时会有高温和大量金属蒸汽产生。针对厚度较大的铝合金焊接过程能量消耗大焊接质量不高的问题，电子束焊可以充分发挥自己功率比密度高、焊缝熔深较大和穿透能力较强等优势，相比其他焊接方法同时会降低所消耗的能量。经实践证明，与传统焊接技术相比，电子束焊接技术提高了焊接速度、降低了母板的变形量、使焊接强度得以提高，同时减少了焊接裂纹的出现。

由于受工程中难以提供纯真空环境和焊接参数精准度低等问题的限制，电子束焊仅仅主要应用在大构件焊接和焊接特殊构件的工艺中。随着太空开发的不断深入，电子束焊技术一定会大方光彩，成为铝合金构件焊接的重要技术。

2.4 激光焊技术

激光焊技术是指利用激光热源进行铝合金焊接的一种焊接技术，目前，随着激光加工备的不断发展，激光焊技术也被越来越多的应用到了工业实践当中。在德国、美国、日本等国家，激光焊技术已经在汽车和飞机的生产中得以广泛应用。理论研究和实践均证明，相较于传统焊接技术，激光焊技术具有功率聚焦方便、易于对某区域集中加热、能耗低等优点。除此之外，电磁对激光束的干涉较小、有助于降低焊接过程的磁偏吹、以及焊缝深度比较大等优势，均为激光焊技术扩大应用的良好基础。但与此同时，激光焊技术价格较高，相关设备的成本较大，对反射较高的金属缺乏应用优势，主要应用于厚度较大的铝合金构件的焊接方面。

3 铝合金焊接质量问题及处理措施

铝合金不仅材质轻，而且强度好，具有良好的耐腐蚀性，因此，在各类焊接结构产品中得到了广泛的应用。而在工业焊接的过程中，经常会产生气孔、出现裂纹、接头“等强性”等现象，极大了影响到工业生产制造的质量。

首先，焊接过程中产生气孔主要是由氢气导致的，而氢气来源主要来自于各种原因产生的水，避免气孔的主要途径是通过消除熔池吸水来解决的，具体方法包括，焊前的处理，需要焊接材质的干燥，做好焊接前的工件表明杂志的清除工作，确保氩气中含水量低于

0.08%；焊接过程中，做好焊接工艺，通过控制熔池高温时间，促进氢的析出，也就是说可采用高温情况下快速焊接，以提高氢的析出。