铝合金先进焊接工艺.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：铝合金先进焊接工艺时间：2008-10-1709:04:12来源：作者：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、无磁性、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铝合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铝合金热导率大(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。二、铝合金的先进焊接工艺针对铝合金焊接的难点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。1.铝合金的搅拌摩擦焊接搅拌摩擦焊FSW(FrictionStirWelding)是由英国焊接研究所TWI(TheWeldingInstitute)1991年提出的新的固态塑性连接工艺。其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。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000系列(Al-Cu)、5000系列(Al-Mg)、6000系列(Al-Mg-Si)、7000系列(Al-Zn)、8000系列(Al-Li)等。国外已经进入工业化生产阶段在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20m的结构件美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。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。由于是固相焊接工艺加热温度低焊接热影响区显微组织变化小如亚稳定相基本保持不变这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。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。与普通摩擦焊相比它可不受轴类零件的限制可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜并在48h内进行加工而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点：①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊；②焊件夹持要求高焊接过程中对焊件要求加一定的压力反面要求有垫板；③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞一般需要补焊上或机械切除；④搅拌头适应性差不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头且搅拌头磨损快；⑤工艺还不成熟目前限于结构简单的构件如平直的结构、圆形结构。搅拌摩擦焊工艺参数简单主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。2.铝合金的激光焊接铝及铝合金激光焊接技术(LaserWelding)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。激光焊接铝合金有以下优点：①能量密度高热输入低热变形量小熔化区和热影响区窄而熔深大；②冷却速度高而得到微细焊缝组织接头性能良好；③与接触焊相比激光焊不用电极所以减少了工时和成本；④不需要电子束焊时的真空气氛且保护气和压力可选择被焊工件的形状不受电磁影响不产生X射线；⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输从而使工艺适应性好配合计算机和机械手可实现焊接过程的自动化与