谈谈铝合金的焊接工艺

谈谈铝合金的焊接工艺课程：教师：徐飞（老师）学号：20097836班级：铁车2班姓名：陈明谈谈铝合金的焊接工艺摘要：铝合金不但具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，同时还具有良好的成形工艺性和良好的焊接性，因此成为应用最广泛的一类有色金属结构材料。本文主要介绍了铝合金焊接的几种先进工艺：搅拌摩擦焊、激光焊、激光—电孤复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法，几种工艺均具有优越性，并可对厚板铝合金进行焊接。关键字：铝合金搅拌摩擦焊、激光焊、激光—电孤复合焊、电子束焊一、铝合金焊接的特点铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、元磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50％以上。铝合金焊接有几大难点：①铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3，其熔点为2060℃)，这就需要采用大功率密度的焊接工艺；③铝台金焊接容易产生气孔；④铝合金焊接易产生热裂纹；⑤线膨胀系数大，易产生焊接变形；⑥铝台金热导率大(约为钢的4倍)，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2～4倍。因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。近些年来提出了几种新工艺。在交通、航天、航空等行业得到了一定应用，几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点，焊后接头性能良好，并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。二、铝合金的先进焊接工艺1．搅拌摩擦焊接搅拌摩擦焊工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位，通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦，摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使焊件压焊在一起。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化，是一种固态连接过程，故焊接时不存在熔焊的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料，如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成，焊缝区晶粒细化，无熔焊的树枝晶，组织细密，热影响区较熔化焊时窄，无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷，综合性能良好。与传统熔焊方法相比，它无飞溅、烟尘，不需要添加焊丝和保护气体，接头性能良好。焊后的残余应力和变形非常小，对于薄板铝合金焊后基本不变形。2.铝合金的激光焊接铝及铝合金激光焊接技术是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。现在应用的激光器主要是CO2和YAG激光器，CO2激光器功率大，对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2激光束的吸收率比较小，在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小，铝合金表面对YAG激炼的吸收率相对CO2：激光较大，可用光导纤维传导，适应性强，工艺安排简单等。3.激光—电弧复合焊接激光—电弧复合焊接工艺最早是上个世纪70年代末由伦敦皇家学院提出的，其采用激光-GTA复合焊接方法。这种工艺被认为是综合激光与电弧的优点，即将激光的高能量密度和电弧的较大加热区组合起来，同时通过激光与电弧的相互作用来改善激光能量的耦合现象（焊件表面受能量激发产生的等离子体吸收光子能量，使到达焊缝的能量减少）和电弧的稳定性，以获得一种综合的效果。在国际铝合金激光焊接领域，为了改善焊接过程的稳定性和焊缝成形，已有很多这方面的研究工作。复合焊接工艺克服了铝合金激光焊接时铝合金表面吸收率低的缺点，而与传统焊接工艺相比，能量密度大大提高，减小了热影响区，焊后接头强度系数大大提高，同时复台焊接成形性好，残余应力、焊后变形小。激光—电弧复合焊有以下优点：①熔融的金属表面对激光的吸收率要比固态金属表面高得多，所以当激光束冲击到铝合金焊接熔池时，对激光的吸收率大大提高，熔深也相应增加；②复合焊接工艺可以通过在激光冲击斑点前附加电弧来提高固态金属的润湿性，可以形成大的焊接熔池；③可获得高能量密度的热输入，增加深熔焊的熔深，当填加焊丝或粉末时，焊缝成形大大改善，焊接热裂纹倾向大大减小；④可以大大提高焊接速度，减少热输入总量，减小热影响区和热变形。4.合金的电子束焊接电子束焊是指在真空环境下，利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束作为焊接热源的突出特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、可控、保护效果好。对于铝合金电子束焊接，由于能量密度高可大大减小热影响区，提高焊接接头强度，避免热裂纹等缺陷的产生。也因为其能量密度高，穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进行焊接。同传统电弧焊接铝合金相比，电子束焊能量密度高3—4个数量级，与另外一种高能量密度焊接工艺—激光焊接相当。因此焊接接头的热影响区非常小，接头强度较传统焊接方法提高很多。电子束的穿透性能好，可对大厚度的铝合金进行施焊，焊后接头力学性能良好。铝合金焊缝金属的抗裂性能随着焊接能量密度的增加和热输入的减少而增加。所以铝合金电子束焊接接头的抗裂性能要比采用传统焊接方法的焊接接头高很多，一般要比氩弧焊焊缝高出1～1．5倍。铝合金电子束焊焊后残余应力小，变形小，对薄板焊后几乎可做到不变形。电子束焊要求在真空条件下完成，真空是最好的保护手段，在这种条件下可以得到纯净的焊缝金属，避免了空气或保护气体的污染。电子束焊接铝合金在真空重熔时，焊缝中杂质含量微乎其微，焊缝气体含量降低接近一半，从而焊缝塑性、韧性大大提高。电子束可控性好，可以方便地进行扫描、偏转、跟踪等，易于焊接过程的自动化，并且通过电子束扫描熔池可以消除缺陷，提高接头质量。