淺談航空航天中的鋁合金焊接工藝

方連軍　闞田田　劉曉娟　高獻娟

摘 要：近些年來，隨著航空航天的不斷發展，對航天器材料的要求也越來越高，由于鋁及鋁合金密度小，強度好、易加工成型、彈性好、抗沖擊性能好、耐腐蝕、耐磨、表面易著色、可回收再生等良好的物理化學性能，在航空航天工業中得到了廣泛的應用。輕合金的廣泛應用又促進了輕合金焊接工藝的發展，文章分別對鋁及鋁合金的釬焊，鎢極惰性氣體保護焊，熔化極惰性氣體保護焊，攪拌摩擦焊，超塑成形/擴散連接進行了概述。

關鍵詞：航空航天；鋁合金；焊接

隨著科技的進步及航空航天工業的發展，對材料的要求越來越高。減輕零件質量和降低制造成本使輕合金在航空航天領域得到應用。輕合金能使飛行器在減輕質量的同時，節約能源，降低費用，增加有效載荷，進而帶來可觀的經濟效益[1]。

鋁的地球儲量豐富，約占地殼重量的8%[2]，鋁合金是極具競爭力的在工業上應用最廣泛的輕金屬。鋁及鋁合金材料具有密度小，強度適中、彈性好、易加工成型、抗沖擊性能好、耐磨、耐腐蝕、易表面著色、可回收再生等優良特性，在飛機制造中得到了廣泛應用[3]。

焊接是輕合金材料的重要連接技術之一，具有減重、節材和提高生產效率的作用[4]。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展，同時焊接技術的發展也拓展了鋁合金的應用領域[5]。下面介紹幾種可應用于鋁合金的焊接工藝。

1 釬焊

鋁及鋁合金的釬焊是目前國內外學者研究較多的熱點之一，其釬焊技術也得到了很大的發展。釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，利用液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法[6]。釬焊變形小，接頭光滑美觀，適合于焊接精密、復雜和由不同材料組成的構件。釬焊又包括軟釬焊和硬釬焊，軟釬焊的溫度不超過450℃，基體金屬不熔化，不產生界面反應，避免了高溫加熱對被連接材料的影響。硬釬焊接頭強度高，有的可在高溫下工作。

2 鎢極惰性氣體保護焊

鎢極惰性氣體保護焊是最早的氣體保護電弧焊方法，廣泛用于焊接容易氧化的有色金屬鋁、鎂及其合金、鈦及鈦合金等。該焊接方法是在惰性氣體的保護下，利用鎢電極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲實現連接的一種焊接方法。焊接時保護氣體從焊槍的噴嘴中連續噴出，在電弧周圍形成氣體保護層隔絕空氣，防止對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響，獲得優質焊縫。保護氣體可采用氬氣、氦氣或氬氦混合氣體[7]。鎢極惰性氣體保護焊具有適應能力強，焊接質量好，焊接范圍廣等優點。

3 熔化極惰性氣體保護焊

熔化極惰性氣體保護焊是利用氬氣或富氬氣體作為保護介質，保護金屬熔滴、焊接熔池和焊接區高溫金屬的電弧焊方法。這種方法焊接質量穩定可靠，成本低，操作靈活，最適于焊接鋁、銅、鈦及其合金等有色金屬。是應用最廣泛的焊接工藝之一[8]。

4 攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊技術是利用一種非耗損的攪拌頭，高速旋轉著壓入待焊界面，摩擦加熱被焊金屬界面使其產生熱塑性，在壓力、推力和擠壓力的綜合作用下實現材料擴散連接，形成致密的金屬間固相連接[8-9]。它具有無飛濺，無需焊接材料，不需要保護氣體，被焊材料損傷小，焊縫熱影響區小，焊縫強度高等特點，被譽為當代最具革命性的焊接技術[10]。近些年來，攪拌摩擦焊在航空航天、造船業、汽車制造業等領域都有著廣闊的應用前景，可焊接材料范圍也是相當之廣，包括鋁、鎂、銅等有色金屬、復合材料及異種材料等。

5 超塑成形/擴散連接

超塑成形/擴散連接技術是超塑成形與擴散連接的組合工藝，通過擴散連接，將兩個或兩個以上超塑成形零件一次加工成一個復雜形狀的整體構件，提高生產效率[1]。超塑成形/擴散連接技術既能實現超塑成形焊接，又能將擴散的金屬狀態成功實現粘合，焊接成一個整體結構[11]。

6 結束語

由于鋁具有密度小，導電性好，機械強度高等良好的物理化學性能，鋁是工業生產中應用比較廣泛的一種金屬，目前，鋁及鋁合金已廣泛的應用于航空航天，汽車等領域。鋁及鋁合金的焊接工藝與鋁及鋁合金的應用范圍，相互促進，相互制約，所以輕合金焊接工藝的發展必將給鋁及鋁合金的應用開辟出一片新的天地。

參考文獻

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作者簡介：方連軍，男，遼寧沈陽，工程師，從事焊接機匣方向研究。