鋁鋰合金及其焊接技術(shù)及其研究進(jìn)展

摘 要：鋁鋰合金有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它是重量比較輕、研究比較先進(jìn)的一種合金材料，受到了全世界各個(gè)國家的關(guān)注。鋁鋰合金在焊接方面有著很大的難度，焊接技術(shù)存在著一些問題如焊接接頭的強(qiáng)度不夠，氣孔敏感性高等。本文討論了鋁鋰合金技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，闡述了鋁鋰合金焊接技術(shù)以及焊接上存在的問題，希望對(duì)以后的應(yīng)用有所幫助。

關(guān)鍵詞：鋁鋰合金；焊接技術(shù)；焊接方法

鋁鋰合金有很多有點(diǎn)，其中包括密度很低，抗腐蝕性能好，對(duì)高溫的耐性強(qiáng)，強(qiáng)度較高，比模量較高，超低溫性能優(yōu)等。在生產(chǎn)中常常用鋁鋰合金代替一般規(guī)格的鋁合金，性能也得到了很大的提高。鋁鋰合金的重量比常規(guī)的鋁合金輕13%左右，在603攝氏度下鋰在鋁中固溶度最大，硬化效果好。在航空航天中應(yīng)用前景好，所以鋁鋰合金的焊接問題也備受關(guān)注。

1 鋁鋰合金及其應(yīng)用

1.1 鋁鋰合金的研究

在所有金屬元素中，鋰元素的質(zhì)量是最輕的，經(jīng)研究，只要將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為百分之一的鋰摻進(jìn)鋁中，就能提高鋁合金的性能，可以讓常規(guī)的鋁合金在密度上低百分之三，它的強(qiáng)度和7075高強(qiáng)度的鋁合金幾乎完全一樣。而且鋁鋰合金有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，其中包括比強(qiáng)度很高，比剛度很大，良好的耐疲勞性等綜合性能。鋁鋰合金可在很多領(lǐng)域完全可以取代常規(guī)鋁合金。鋁鋰合金為了滿足應(yīng)用需要，不斷的推出新型號(hào)，在前兩代合金的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和升級(jí)的第三代合金，如2197和2198等。它們的特點(diǎn)是在鋁鋰合金中增加了銅元素等其他金屬元素的量，減少了鋰元素的量，這樣的鋁鋰合金可以增強(qiáng)抗應(yīng)力和抗腐蝕的性能。

1.2 鋁鋰合金的應(yīng)用

由于鋁鋰合金的性能非常好，優(yōu)點(diǎn)也很突出，所以在航空航天、兵器、人造衛(wèi)星等方面應(yīng)用十分廣泛，并且有極好的應(yīng)用前景。其中在A350和A380新一代的空客飛機(jī)上使用了很多的鋁鋰合金材料，其中在A350的機(jī)身和地板上軍采用了鋁鋰合金新材料，A380的機(jī)身、下翼和地板梁上也使用了這款新型合金材料。

2 鋁鋰合金焊接技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 鋁鋰合金焊接常用技術(shù)

按鋁鋰合金的材料不同有如下的常用技術(shù)。早在20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)獲得了1420合金（Al-5.5Mg-2.1Li-0.2Mn-018Zr）的專利，1420鋁鋰合金有GTA焊和激光焊兩種焊接方式。GTA焊可以滿足小型的鋁鋰合金的焊接。激光焊的優(yōu)點(diǎn)是與弧焊比較的話，它可以減少氣孔的產(chǎn)生，對(duì)裂紋也有部分的消除作用。2090也可以由真空電子束焊接，焊接以后基體材料和焊縫的性能可以基本保持一致。Weldalite094是第三代鋁鋰合金，它是在20世紀(jì)90年代開發(fā)出來的，它的特點(diǎn)是含有最少量的鋰和最高量的銅。Weldalite094合金的焊接方法有GTA焊和EB焊。這種焊接的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的氣孔很少，焊縫的強(qiáng)度極強(qiáng)等。

按焊接方法分也存在很多種常用的焊接技術(shù)。弧焊，包括TIG工藝和MIG工藝。在TIG工藝中又包括兩種不同的工藝，分別是交流氬弧焊和直流正接弧焊。釬焊對(duì)溫度這一指標(biāo)很敏感，由于鋁鋰合金的特點(diǎn)是低熔點(diǎn)，所以釬焊會(huì)對(duì)焊接接頭的性能大打折扣。所以采用該工藝的不多。攪拌摩擦焊，是一種由英國人在1991年提出的一種固相連接型的焊接技術(shù)。它的焊接熱源是由高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭和焊接件發(fā)生摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量。攪拌摩擦焊的優(yōu)點(diǎn)是焊接以后焊接件的變形系數(shù)低，焊接過程中可以做到零輻射，而且在焊接過程中不產(chǎn)生有害氣體，焊縫中幾乎沒有氣孔，焊接后的材料具有很小的內(nèi)應(yīng)力等。

2.2 鋁鋰合金在焊接中遇到的問題及解決辦法

第一點(diǎn)是鋁鋰合金具有極其活潑的氧化性能，很容易在表面形成一層氧化膜。在焊接前的清理至關(guān)重要。考慮工廠企業(yè)對(duì)成本的要求，在實(shí)際中會(huì)選擇化學(xué)銑削這一手段，具體方法是在60攝氏度的溫度下用5%的NaOH水溶液對(duì)鋁鋰合金進(jìn)行銑削，將厚度為0.5mm表面薄層去掉，再用硝酸水溶液進(jìn)行清洗，最終把反應(yīng)物去除。第二點(diǎn)是焊接時(shí)極易產(chǎn)生氣孔。這也是因?yàn)樵跐茶T時(shí)鋰元素會(huì)對(duì)氫有極強(qiáng)的吸附能力。與此同時(shí)，鋁鋰合金表層的化合物吸潮，也會(huì)產(chǎn)生氣孔。那么可以從幾方面來避免氣孔大量的產(chǎn)生。例如焊接前進(jìn)行化學(xué)處理，或者采用真空除氣刮削；焊接過程中，選擇合理的速度和適當(dāng)?shù)木€能量，這樣可以有效的避免氣泡的溢出等。其三是焊縫存在不良的缺陷。由于鋁在很高的溫度下強(qiáng)度就會(huì)下降，不能給熔池液體金屬起到很好的支撐作用。所以需要選擇焊接溫度較低電子束焊接和激光焊接來避免溫度給焊接帶來的影響。其四是鋁鋰合金中的有些金屬元素容易蒸發(fā)，如鋰元素和鎂元素。它們的熔點(diǎn)很低，及其容易被燒壞。這樣使得焊接接頭的性能在很大程度上被消減。這種情況，應(yīng)該改用其他的焊接方法，使輸出的熱能較少，這樣可以避免元素的燒結(jié)。

2.3 鋁鋰合金焊接技術(shù)的展望

因?yàn)殇X鋰合金的應(yīng)用前景很廣闊，所以不僅鋁鋰合金在不斷的創(chuàng)新改進(jìn)，而且鋁鋰合金相關(guān)的焊接技術(shù)也在迅猛的發(fā)展。科學(xué)家們正在不停的改進(jìn)和升級(jí)傳統(tǒng)的焊接工藝和技術(shù)，新的焊接技術(shù)也層出不窮，不斷的創(chuàng)新研發(fā)。只要鋁鋰合金在焊接中的問題被解決，它在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也會(huì)變得更廣。

3 總結(jié)

新時(shí)代賦予我們的責(zé)任更加重大，我們需要不斷的研發(fā)制造新型材料和新的技術(shù)。鋁鋰合金作為一種優(yōu)良的新型材料應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域上，鋁鋰合金焊接也成為備受關(guān)注的技術(shù)，雖然它還存在一些問題，但是它將激勵(lì)我們更加努力的去思考，從多方面入手去解決這些問題。在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用賦予了鋁鋰合金新的生命活力，在生產(chǎn)中的發(fā)揮它的價(jià)值。

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作者簡介：曹潤平（1979-），男， 河北張北人，本科，講師，研究方向：材料加工（焊接方向）。