鋁合金焊接技術研究進展

李凱峰

摘 要：鋁合金具有強度高、耐腐蝕性強、導熱性好、易成型、重量輕等優點，使其可以廣泛用于社會中的各個生產、生活領域，而鋁合金結構的焊接工藝比鋼鐵的焊接要復雜的多，因此對于鋁合金焊接工藝的好壞成為影響鋁合金實際應用的重要條件。文章介紹了在鋁合金的焊接中面臨的問題，從工藝特點的角度闡述了幾種鋁合金的傳統焊接技術和最新焊接技術。

關鍵詞：鋁合金；焊接技術；進展

鋁合金具有強度高、耐腐蝕性強、導熱性好、易成型、重量輕等優點使其可以廣泛用于汽車制造、航空航天、體育器材、建筑裝修材料等領域，相對鋼鐵等傳統材料而言，對鋁合金材料的焊接工藝要復雜的多，其焊接工藝是否先進應成為影響鋁合金實際應用的重要條件，隨著科技的發展，鋁合金的焊接技術也在不斷的向前發展，經歷了從單一焊接到復合焊接的過程。

1 鋁合金的焊接中面臨的問題

鋁合金是輕質高強材料的代表，而焊接是鋁合金結構之間連接的主要方式，在焊接過程中，由于鋁合金材料本身的性質，在鋁合金表面會產生一層致密的氧化膜，其主要成分是三氧化二鋁，這是一種熔點較高的物質，因此要想對鋁合金進行焊接就要采用大功率密度的焊接工藝，同時由于鋁合金的導熱性能極好，因此焊接的熱量很大一部分會被鋁合金基材導走，這就要求對鋁合金焊接必須要速度很快，在焊接后經常發現鋁合金焊接處容易產生氣孔或熱裂紋，導致在焊接后的焊縫處強度系數較低，并且軟化嚴重，容易變形，因此采用先進的焊接方法并控制好焊接工藝參數顯得格外重要。

2 鋁合金焊接技術進展

2.1 鋁合金焊接傳統技術

2.1.1 TIG焊

惰性氣體鎢極保護焊（Tungsten inert gas arc welding）通常稱TIG焊，是一種常用的金屬焊接技術，在焊接中，由工件本身作為正極，而將焊炬中的鎢電極作為負極，采用直流電弧作為焊接熱源，工作電壓為10到15伏特，而工作電流最高達到300安培，在氬氣、氦氣等的保護下使鎢電極放電產生電弧，使熔池內的工件得以熔合在一起，由于TIG焊接過程中產生的電弧可以自動清除工件表面的氧化膜，因此可對鋁合金進行良好的焊接而避免采用大功率造成工件表面的損傷。但是由于工作電流不易過大，導致TIG焊接的熔深較淺，只能適合焊接厚度較小的鋁合金工件，如果對厚度較大的工件進行焊接，要么焊接深度不夠，要么加大電流的同時就會造成鎢電極熔化進入到熔池，造成焊縫夾鎢，并且TIG焊接多數采用手工操作，導致焊接的生產效率較為低下。

2.1.2 MIG焊

熔化極惰性氣體保護焊（Metal inert-gas welding）通常稱為MIG焊，與TIG焊技術類似，只是用可熔化的金屬絲來替代TIG焊工藝焊炬內的的鎢電極，在焊接鋁合金過程中，利用焊炬內燃燒的電弧作為熱源來熔化鋁合金工件和焊絲，焊絲以熔滴的方式不斷進入焊池中與母材進行熔合，在冷凝后使鋁合金工件之間連接在一起，整個焊接過程需要在惰性氣氛下完成，避免空氣進入。MIG焊在焊接鋁合金時工藝較為簡單，而且幾乎不存在焊接損失，用可熔的金屬絲代替了鎢電極，成本大大降低，并提高了生產效率，在焊接過程中必須要保持母材表面無雜質，以免產生氣孔等，但MIG焊也具有與TIG同樣的缺點，即是熔透能力有限，焊接熔深淺，焊接變形較大，因此需要對其進行科學的改造，以使其在鋁合金焊接中得以更廣泛的應用。

2.2 鋁合金焊接先進技術

2.2.1 激光焊

隨著激光加工技術的不斷發展，激光焊接在鋁合金的焊接中受到了廣泛的重視，根據功率大小不同激光焊分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接兩種，其中熱傳導型焊接功率較小，適合焊接厚度較小的工件，而激光深熔焊接適合焊接厚度較大的工件，激光焊接是利用高能量的激光束使工件表面材料蒸發并形成小孔，隨著激光束的不斷移動，小孔內的熔融金屬也不斷移動，待小孔移開后熔融態的金屬進入到小孔內部，冷凝后就將工件焊接在了一起。與傳功的TIG、MIG焊接方法相比，激光焊的能量更大，并且熱輸入量小，因此不易變形，并且可根據工件的實際情況來調整焊接方式，可焊厚度較大的工件，但是功率大會造成設備的造價較為昂貴，并且對工件本身的要求較高，準備工序復雜等。

2.2.2 激光-電弧復合焊

在傳統焊接方法和激光焊接的基礎上，人們將激光焊與TIG焊或MIG焊相結合發展處激光-電弧復合焊接工藝，在焊接鋁合金時，采用激光-電弧復合焊可以使焊接的能量密度達到很高，并且兩種熱源同時在一個區域內產生疊加效應，因此可以彌補激光焊接和電弧焊的不足之處，有效解決激光焊接的功率、鋁合金表面對激光束的吸收率以及深熔焊的閾值等問題，其應用前景極為廣闊。目前在德國、日本等工業發達國家，采用激光-電弧復合焊接鋁合金的技術研究較多，并且在一些領域得到了實際的應用，取得了良好的效果，而在我國這種先進的鋁合金焊接工藝還處于研究階段，需要不斷提高技術手段以促進其早日實現實際應用。

2.2.3 摩擦攪拌焊

無論是電弧焊還是激光焊，都屬于熔焊的范疇，雖然熔焊的應用較廣，但是由于焊縫為鑄態，容易產生氣孔等缺陷，在熱循環的作用下使得焊接部位的組織微觀結構受到影響，并且外表顏色與母材有較大差異，接頭的力學性能明顯低于母材，成為結構中薄弱的一環。鑒于此，摩擦攪拌焊（Friction Stir Welding，FSW）出現在人們的視野，摩擦攪拌焊是利用工件端面的相互摩擦作用產生熱量，使端面達到熱塑性的狀態，通過快速的鍛壓使工件之間達到連接的目的。由于這種焊接方法不用使母材熔化，而是在固相的狀態下完成焊接，因此不宜產生氣孔、熱裂紋等缺陷，并且焊接處變形小，與木材顏色一致，焊縫處與母材狀態一致，力學性能相對較好，并且整個焊接過程不需要惰性氣體保護，準備工作相對簡單，設備成本低，因此是一種相當有前途的焊接方法。

3 結束語

綜上所述，鋁合金的焊接技術先進與否直接影響鋁合金結構的外觀、力學性能等，因此必須不斷優化鋁合金的焊接工藝，在對鋁合金的焊接工藝進行選擇時要綜合考慮方法先進程度、焊接效率以及成本問題，并不斷改進現有焊接方法，以提高鋁合金焊接處的整體性能。

參考文獻

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