鋁合金零件焊接是經(jīng)常用到的鋁合金加工方式之一，以下是鋁合金零件生產(chǎn)廠家一鑫精密為大家整理的幾種先進(jìn)的鋁合金焊接工藝：激光焊接、攪拌摩擦焊、電子束焊接和激光-電弧復(fù)合焊。

針對(duì)焊接性差、一度被認(rèn)為是可焊的合金，提出了有效的解決方案。幾種工藝都有優(yōu)點(diǎn)，可用于焊接厚鋁合金。

關(guān)鍵詞：鋁合金攪拌摩擦焊、激光焊接、激光-電弧復(fù)合焊接、電子束焊接

1、鋁合金焊接的特點(diǎn)

鋁合金因其重量輕、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、無(wú)磁性、成型性好、低溫性能好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中。用鋁合金代替鋼板焊接，可減輕結(jié)構(gòu)重量50%以上。

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與常見(jiàn)的鋼鐵材料不同，鋁合金材料在焊接時(shí)有如下幾個(gè)難點(diǎn)：

①鋁合金焊接接頭軟化嚴(yán)重，強(qiáng)度系數(shù)低，這也是鋁合金應(yīng)用的最大障礙；

②鋁合金表面易產(chǎn)生難熔氧化膜(Al2O3熔點(diǎn)為2060℃)，需要高功率密度的焊接工藝；

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③鋁合金零件焊接易產(chǎn)生氣孔；

④鋁合金焊接時(shí)容易因溫高產(chǎn)生熱裂紋；

⑤線膨脹系數(shù)大，容易產(chǎn)生焊接變形；

⑥鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)高(約為鋼的4倍)，在相同焊接速度下，熱輸入比焊接鋼大2 ~ 4倍。

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因此，鋁合金的焊接需要高能量密度、低焊接熱輸入、高焊接速度的高效焊接方法。

2、鋁合金的先進(jìn)焊接技術(shù)

針對(duì)鋁合金焊接的難點(diǎn)，近年來(lái)提出了幾種新技術(shù)，并在交通、航天、航空等行業(yè)得到應(yīng)用。幾種新技術(shù)很好地解決了鋁合金焊接的難點(diǎn)，焊接接頭性能良好，可用于焊接以前不可焊或不可焊的鋁合金。

2.1、鋁合金攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊(FSW)是由焊接研究所的TWI(焊接研究所)于1991年提出的一種新型固態(tài)塑性連接工藝。

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其工作原理是將一種特殊類(lèi)型的攪拌頭插入工件待焊接的部位。通過(guò)攪拌頭的高速旋轉(zhuǎn)和工件之間的攪拌摩擦，摩擦產(chǎn)生的熱量使這部分金屬處于熱塑性狀態(tài)，并在攪拌頭的壓力下從前端向后端塑性流動(dòng)，從而將焊件壓焊在一起。

由于攪拌摩擦焊是一種固態(tài)連接工藝，在攪拌過(guò)程中沒(méi)有金屬熔化，因此沒(méi)有焊接缺陷，可用于焊接鋁、高強(qiáng)度鋁合金、銅合金、鈦合金、異種材料和復(fù)合材料等難以熔焊的有色金屬材料。

目前，攪拌摩擦焊廣泛應(yīng)用于鋁合金焊接。攪拌摩擦焊成功的鋁合金有2000系列(鋁銅)、5000系列(鋁鎂)、6000系列(鋁鎂硅)、7000系列(鋁鋅)、8000系列(鋁鋰)等。

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國(guó)外已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)階段。在挪威，這項(xiàng)技術(shù)已被用于焊接20米長(zhǎng)的快艇結(jié)構(gòu)部件。美國(guó)洛克希德·馬丁航空航天公司利用這一技術(shù)焊接了儲(chǔ)存液氧的鋁合金低溫容器火箭結(jié)構(gòu)件。

鋁合金攪拌摩擦焊焊縫是通過(guò)塑性變形和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成的。焊縫區(qū)晶粒細(xì)小，熔焊無(wú)枝晶，組織細(xì)小，熱影響區(qū)比熔焊窄，無(wú)合金元素?zé)龘p、裂紋、氣孔等缺陷，綜合性能好。

與傳統(tǒng)的熔焊方法相比，它沒(méi)有飛濺、煙塵，不需要添加焊絲和保護(hù)氣體，接頭性能好。由于是固相焊接工藝，加熱溫度低，焊接熱影響區(qū)組織變化小。比如亞穩(wěn)相基本保持不變，對(duì)熱處理強(qiáng)化鋁合金和析出強(qiáng)化鋁合金非常有利。

焊后殘余應(yīng)力和變形很小，薄鋁合金焊后基本不變形。與普通摩擦焊相比，它可以焊接直焊縫和角焊縫，不受軸類(lèi)零件的限制。

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鋁合金傳統(tǒng)焊接工藝要求去除表面氧化膜，并在48小時(shí)內(nèi)進(jìn)行處理，而攪拌摩擦焊工藝只需在焊接前去除油污，裝配要求不高。與熔焊相比，攪拌摩擦焊節(jié)能，污染小。

攪拌摩擦焊鋁合金也有一些缺點(diǎn)：

①鋁合金攪拌摩擦焊的速度低于熔焊；

②焊件的裝夾要求高，焊接時(shí)需要對(duì)焊件施加一定的壓力，對(duì)側(cè)需要墊板；

③焊接后端頭形成攪拌頭留下的孔，一般需要補(bǔ)焊或機(jī)械拆除；

④攪拌頭適應(yīng)性差，不同厚度的鋁合金板需要不同結(jié)構(gòu)的攪拌頭，攪拌頭磨損快；

⑤技術(shù)還不成熟，目前僅限于簡(jiǎn)單的構(gòu)件，如平面結(jié)構(gòu)、圓形結(jié)構(gòu)。攪拌摩擦焊工藝參數(shù)簡(jiǎn)單，主要包括攪拌頭的轉(zhuǎn)速、攪拌頭的移動(dòng)速度、對(duì)焊件的壓力和攪拌頭的尺寸等。

2.2、鋁合金材料的激光焊接

鋁及鋁合金激光焊接技術(shù)是近十年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，它具有功能強(qiáng)、可靠性高、無(wú)真空條件、效率高的特點(diǎn)。

它具有功率密度高、總熱輸入低、相同熱輸入下的熔化深度大、熱影響區(qū)小、焊接變形小、速度快、易于工業(yè)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于熱處理鋁合金。

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它可以提高加工速度，大大減少熱量輸入，從而提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。在焊接高強(qiáng)厚鋁合金時(shí)，傳統(tǒng)的焊接方法根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)單熔透，但當(dāng)激光深熔焊形成大深度的小孔時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)小孔效應(yīng)。

激光焊接鋁合金具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①能量密度高，熱輸入低，熱變形小，熔化區(qū)和熱影響區(qū)窄，熔化深度大；

②高冷卻速度獲得細(xì)小的焊縫組織，接頭性能良好；

③與接觸焊接相比，激光焊接不使用電極，減少了工時(shí)和成本；

④電子束焊接時(shí)不需要真空氣氛，可選擇保護(hù)氣體和壓力，使被焊工件形狀不受電磁影響，不產(chǎn)生X射線；

⑤能焊接封閉透明物體內(nèi)部的金屬材料；

⑥激光可通過(guò)光纖遠(yuǎn)距離傳輸，工藝適應(yīng)性好。借助計(jì)算機(jī)和機(jī)械手，可以實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的自動(dòng)化和精確控制。

目前使用的激光器主要是CO2和YAG激光器。CO2激光器功率大，適用于焊接要求高功率的厚板。然而，CO2激光束在鋁合金表面的吸收率相對(duì)較小，在焊接過(guò)程中造成了大量的能量損失。

YAG激光器一般功率較低，YAG激光束在鋁合金表面的吸收率高于CO2激光器，且可通過(guò)光纖傳導(dǎo)，適應(yīng)性強(qiáng)，工藝布置簡(jiǎn)單。

在焊接大厚度鋁合金時(shí)，如體積較大的靜電噴涂設(shè)備，傳統(tǒng)的焊接方法根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)單焊透，但當(dāng)激光深熔焊形成大深度的小孔時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)小孔效應(yīng)。

鋁及鋁合金激光焊接的難點(diǎn)在于鋁及鋁合金零件對(duì)輻射能的吸收較弱，CO2激光束的初始吸收率(波長(zhǎng)10。6μm)為1。7%.YAG激光束的吸收率(波長(zhǎng)1。06微米)接近5%。復(fù)雜、高頻引弧引起電極燒損和電弧擺動(dòng)，引弧后穩(wěn)定性不強(qiáng)。

同時(shí)，在電弧的高溫下，電極迅速燃燒。然而，激光與等離子弧結(jié)合可以明顯提高熔深和焊接速度。