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[摘 要]现代有色金属焊接工艺的进步,将有利于我国工业的进步.本文从铝合金的分类及其焊接性出发,介绍了钨极氩弧焊、搅拌摩擦焊、熔化极惰性气体保护焊、激光焊、激光-电弧复合焊在铝合金焊接中的研究现状,并对铝合金焊接未来的发展方向进行了展望.

[关 键 词]有色金属；铝合金；焊接方法

中图分类号：TG457.14文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）45-0352-02

1.铝合金的分类及其焊接性

铝合金具有良好的耐蚀性,有较高的导电性,无低温脆性等优点,被广泛应用在航空、航天、电工及石油化工领域,特别在空分制氧装置中应用相当广泛[1].

铝合金根据所含主要合金成分的不同,分为8个系.1系是含Al99.0%的纯铝,2系是Cu,3系是Mn,4系Si,5系是Mg,6系是Mg-Si,7系是Zn,8系是其他合金[2].纯铝熔点约660℃,而焊接用铝合金熔点是560～650℃,具有较高导热性,焊接时要用能量集中的大功率热源.在焊接过程中,常常会出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿、塌陷等缺陷[3].

2.铝合金的理化特性

1.1易氧化

铝和氧的亲和力很强.在常温下,铝表面就能被氧化成厚度约0.1～0.2m致密的AL,0薄膜.虽然这层氧化铝薄膜比较致密,能防止金属的继续氧化,对自然防腐有利,但它给焊接带来了困难,这是由于氧化铝的熔点（2050%）远远超过了铝的熔点（600%左右）,比重约为铝的1.4倍.

1.2有较大的导热系数和比热容

铝的导热系数为钢的4倍,故铝比钢在焊接时要消耗更多的热量,故采用功能大的热源.

1.3易形成气孔

由于氢能大量溶于液态铝,而几乎不溶于固态铝,在熔池结晶时,溶于液态铝中的氢几乎全部析出,形成气泡,因铝和铝合金比重较小,气泡在熔池中浮升速度较小,加上铝的导热性强,冷凝快.所以焊缝易产生气孔.

1.4易形成热裂纹

铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大约一倍,易产生较大的焊接变形和应力,导致裂纹产生.

1.5烧穿和塌陷

铝及铝合金由固态转变为液态时,无明显颜色变化,不易判断熔池温度,故在焊接时,常因温度过高导致烧穿或严重塌陷.

3.铝合金的焊接方法

3.1钨极惰性气体保护电弧焊（TIG）[4]

TIG始于本世纪30年代,是最早的气体保护电弧焊方法,它是为了适应活泼金属（铝、锰、钛等）的焊接而产生的.TIG是以高熔点的纯钨（或含有钨的氧化物金属）和焊件分别作为两个极性不同的电极,在两电极之间用惰性气体（氩、氦或氩氦混合气体）隔绝空气来保护电弧、熔池及母材热影响区进行一种电弧焊方法.其优点是：焊接过程稳定,焊后无需清渣,焊接接头保护效果好,易于实现全方位和自动焊接.其缺点是：焊前清理要求高,主要是清除焊接接头表面的污物及氧化膜；钨极承载电流能力较低,焊接熔深有限,生产效率低,适宜薄板焊接；惰性气体较贵,生产成本高.

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TIG焊能获得焊接质量优良的焊缝,它的缺点是焊接能量有限,不适合焊接厚件,尤其是导热性能较强的金属.为了克服这一缺点,1948年产生了MIG.MIG是以连续送进的焊丝和焊件分别作为两个极性不同的电极,在电极间高温电弧热作用和惰性气体的保护下,将焊丝熔化、过渡并填充焊缝的一种电弧焊方法.其优点是：焊接过程以焊丝作为电极,采用高密度电流,焊接熔深大,熔敷速度快,生产效率高,可焊大厚度板材.

3.3搅拌摩擦焊

利用摩擦焊连接旋转体己有40多年的历史,已经证明它是一种优质、高效、节能、无污染的焊接方法.但是,由于它是基于两个工件相互接触并高速旋转,在接触面处产生大量摩擦热使其达到锻造温度后,施加一轴向锻压而完成两工件的固相连接,因此,传统摩擦焊方法只适用于旋转的焊接.英国焊接研究所于1991年发明的搅拌摩擦焊技术,是摩擦领域的最新创造.它是利用一种特殊形式的搅拌头插入工件的待焊部位,通过搅拌头与工件间的搅拌摩擦,摩擦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,从而使待焊件压焊为一个整体.在这里,搅拌头对其周围金属起着碎化摩擦搅拌等作用[6].

3.4超声波焊接[7]

金属超声波焊接用于晶体管、集成电路制造及元器件与导线的连接己有多年历史.铝接带工艺及近年来在国内外迅速发展起来的塑铝复合管,在制造过程中都需要一种高效、高质的薄板焊接设备,而超声波焊接由于能连续焊接、焊接速度快、焊接强度高,能耗少,受到了人们的重视.它是一种固态焊接方法,焊件之间的连接是利用超声波频率（超过16KHz）机械振动能量,连接同种金属或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等特殊焊接方法.金属超声波焊接时,即不向工件输送电流,也不向工件引入热源,只是在静压力下将弹性振动能量转变为工件之间的摩擦功、形变能及随后有限的温升.

3.5激光焊（LBW）

近年来,应用激光热源进行铝合金焊接研究获得较快发展,随着大功率、高性能激光加工设备的研制开发,在日本、美国、英国、德国等发达国家,铝合金激光焊接技术的应用已经扩展到汽车制造业和飞机制造业中[8,9].LBW的优点是：聚焦功率密度大,加热集中,单位尺寸的热输入较低,焊件变形小,热影响区窄；焊缝深宽比大,适宜焊厚板；激光束不受电磁干扰,无磁偏吹现象.其缺点是：设备投入大,焊接定位要求高,对高反射的金属直接焊接比较

困难.铝合金焊接一般采用深熔焊方式.

4.铝合金焊接新技术

随着铝合金在汽车、船舶、高速列车、航空航天、压力容器等制造领域的应用越来越广泛,铝合金焊接技术也不断推陈出新.铝合金焊接新技术主要表现在以下方面.（1）传统焊接技术基础上的改进及创新.如双TIG焊、双脉冲MIG焊等.双TIG焊是用两把常规TIG焊枪分别接到焊接电源正负极,工件不接电源,电流从一把焊枪透过工件,然后流向另一把焊枪,这样,在工件与焊枪两边各分别建立一个电弧.双TIG焊接电弧更加集中,熔深更大,焊接厚板的焊接层数少,热影响区更窄,焊后变形小,不易产生裂纹.因而,不仅保证了焊接质量,而且降低了生产成本、提高了生产率[10].双脉冲MIG焊也叫低频调制型脉冲MIG焊,是用0.5～50Hz的低频脉冲对高频脉冲进行调制,以获得周期性变化的强弱脉冲群,高频可控制一个脉冲过渡一个熔滴,低频可控制一个低频周期形成一个熔池.双脉冲MIG焊可获得较高质量的焊接接头,焊缝气孔少、晶粒细、裂纹敏感性低.在很多场合,双脉冲MIG焊可代替TIG焊焊接某些质量要求较高（如表面质量）的铝合金部件,如自行车架、容器壳体,各式油箱等.

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（2）高能密度焊接技术的推广及应用,如激光电弧焊、YAG激光焊.激光-电弧焊是指将激光与电弧组合起来的焊接方法,激光与电弧的相互作用,以弥补激光或电弧焊方法各自的不足.激光-电弧焊能有效地利用激光能量,焊接速度快,熔焊深度大,产生的焊接热少,焊缝的强度高,焊缝宽度小,焊缝凸出小.进行激光-电弧焊,激光产生的等离子体有助于稳定电弧[11].现在工业领域中应用的激光焊主要是CO2激光焊.CO2激光器的波长较大,铝合金对长波激光的反射率较高,而YAG激光器波长只有CO2激光器的1/10,并且YAG激光器的功率已有较大提高.在不久的将来,YAG激光焊有可能取代CO2激光焊,成为主要的铝合金激光焊接技术.现在,奔驰、宝马、沃尔沃、保时捷等汽车公司已研制出单面焊的YAG激光焊设备,成功用于汽车铝合金部件的焊接.YAG激光焊接铝合金优点是焊前Ñ

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