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铝及铝合金焊接技术的新进展
作者：殷树言…文章来源：北京工业大学点击数：1299更新时间：2009-8-14
随着铝材的不断发展，铝的加工技术也得到突飞猛进的进步。然而，由于铝具有氧化性强、熔点低、导热快、线膨胀系数大、熔化潜热大等多种物理及化学性能特点，因此，选择适合的焊接方法成为关注的重点。
铝是地壳中含量较多的元素之一，其含量达8.8%，居四大金属元素之首，占整个金属元素质量的1/3。由于制铝技术的改进，铝工业以惊人的速度发展。到2004年，世界铝产量达2980万t，其中我国为680万t，居世界第三位，铝合金的品种已超过千种。由于铝材的发展，铝的加工技术也得到突飞猛进的进步。铝合金因其质量轻、比强度高、低温性能好、可塑性好易于加工及耐腐蚀等特点，在航空航天工业、车辆制造、压力容器及交通运输等领域得到了广泛的应用。
焊接是连接金属的重要加工方法。与铁相比，铝的氧化性强、熔点低、导热快、线膨胀系数大、熔化潜热大、高温强度低和能形成低熔点共晶等物理及化学性能特点，给焊接工作带来一系列的困难：
1、铝及铝合金为活泼金属，易与氧作用生成致密而难熔的氧化膜Al2O3，其熔点高达2050℃，远高于铝（660℃），另外比重也较大。因此，易在焊缝中造成未熔合缺陷或氧化物夹渣，致使去除氧化膜成为焊接工艺的关键。
2、易产生气孔。液态铝可以溶解大量氢（0.69ml/100g），而固态铝却几乎不溶解氢（0.036ml/100g），两者相差20倍，因此，焊接快速冷却凝固时，极易生成气孔。
3、铝导热快、热容量大，焊接时要消耗较大的功率，所以必须采用大功率或热量集中的热源。
4、铝的线膨胀系数大（比铁大一倍），凝固时收缩率也大（比铁大两倍），因此焊接铝件易产生变形。
5、铝的高温强度低（370℃时仅为1kg/m2），焊接时易产生焊漏和塌陷。根据铝及铝合金的焊接特性，对焊接方法也有特殊的选择（如表）

最初，用氧-乙炔火焰进行气焊铝合金，为了去除氧化膜，必须使用氟化物和氯化物与Al2O3作用，然后再清洗、去渣。由于气体火焰热量低，所以加热面积大，工件变形也大，现在已很少应用。
DCTIG焊问世以来，很快就用于焊铝。采用DCEN接法，钨极烧损少，但由于没有阴极雾化作用，所以不能用于焊铝。相反DCEP接法，铝工件为阴极，有阴极雾化作用，去膜作用清除了焊缝区的氧化铝薄膜，但是钨极为阳极，烧损严重。为此，又采用交流ACTIG焊，EN半波钨极得到冷却，EP半波能产生阴极雾化，其结果不仅可以去膜，而且还能减轻钨极烧损（如图1）。于是出现了正弦交流和方波交流，正弦交流TIG焊因产生直流分量，影响焊接效果；方波交流时，正负半波的幅值相同，但宽度可调节，所以对焊缝熔深等形状可调整，从而也可调节焊缝的性能，钨极烧损情况也有所改善。但为了进一步改善焊接效果，又提出了变极性TIG焊（VPTIG焊）。

虽然VPTIG焊电流波形仍为方波，但不同的是，正、负半波的幅值不同。EN半波电流较小，宽度较大；而EP半波电流较大，宽度较窄，其结果是EP半波钨极为正。虽然钨极易烧损，但是因为时间短，所以钨极烧损不多，仍保持圆锥形。同时，由于工件为负，且幅值较高，所以尽管时间短，也能保证阴极雾化作用。其结果是变极性TIG表现出DCTIG（EN）焊的特点，不仅钨极烧损较少，而且焊缝熔深较大。
DCMIG焊采用EP接法，具有电弧稳定和阴极雾化的作用，在较大电流时（大于临界电流）为射流过渡，可以焊接厚板。为了焊接薄板，可采用脉冲MIG焊（DCPMIG），电流范围较大，1.2铝焊丝，电流范围为30A~350A，所以在小电流时，可以焊接薄板。EP半波与DCPMIG焊一样，电弧稳定，每个脉冲过渡一个熔滴，且有阴极雾化作用。EN半波的电流幅值与宽度都较小，对电弧稳定性影响不大，但对焊缝的熔深影响较大。总之，这种方法的焊接过程稳定，同时能通过调节IEN而改变焊缝熔深的大小，适合薄板焊接。
双脉冲MIG焊（DPMIG）是在单脉冲MIG焊基础上发展起来的。单脉冲能够实现一个脉冲一个熔滴的稳定熔滴过渡，焊丝熔化效率高、烟雾少。但是焊铝时，仍易产生气孔，且焊缝表面缺乏美丽的鱼鳞波纹。为此，在单脉冲基础上又开发了双脉冲焊，目前双脉冲焊有两种方案：一种为单脉冲加低频脉冲送丝；另一种为双脉冲加等速送丝。前者采用脉动送丝，比较复杂；后者送丝系统比较简单。双脉冲MIG焊是在高频基础上，加以低频调制。高频保证一个脉冲过渡一个熔滴，而低频是为了实现一个脉冲形成一个熔池，脉冲频率为0.5Hz~5Hz。于是就形成了鱼鳞纹，同时每个低频周期都能对熔池产生一定的搅拌作用，促使熔池中的气体排出去，从而减少了气孔的倾向，这种作用类似于脉冲TIG焊，却又比TIG焊的效率高，其焊缝成