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1 铝合金焊接的特点

  铝合金因为分量轻、比强度高、耐侵蚀性能好、无磁性、成形性好及高温性能好等特点而被宽泛地使用于各种焊接构造产品中,采用铝合金替代钢板资料焊接,构造分量可加重50%以上。

   铝合金焊接有几大难点:

   ①铝合金焊接接头硬化重大,强度系数低,这也是阻碍铝合金使用的最大阻碍;

   ②铝合金外表易产生难熔的氧化膜(Al2O3其熔点为2060 ℃) ,这就需求采用大功率密度的焊接工艺;

   ③铝合金焊接容易产怄气孔;

   ④铝合金焊接易产生热裂纹;

   ⑤线收缩系数大,易产生焊接变形;

   ⑥铝合金热导率大(约为钢的4倍) ,相反焊接速度下,热输出要比焊接钢材大2~4倍。

  因而,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输出小、焊接速度高的高效焊接办法。

  2 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、航空等行业失去了肯定使用,几种新工艺能够很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并能够对以前焊接性不好或不可焊的铝合金停止焊接。

  2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接

  搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接钻研所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连贯工艺。其任务原理是用一种非凡方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形态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性活动,从而使焊件压焊在一同。因为搅拌摩擦焊进程中不存在金属的熔化,是一种固态连贯进程,故焊接时不存在熔焊的各种缺点,能够焊接用熔焊办法难以焊接的有色金属资料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种资料、复合资料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面钻研使用较多。曾经胜利地停止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。国外曾经进入工业化消费阶段,在挪威曾经使用此技术焊接快艇上长为20 m 的构造件,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贮存液氧的高温容器火箭构造件。

  铝合金搅拌摩擦焊焊缝是通过塑性变形和静态再结晶而构成,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、裂纹和气孔等缺点,综合性能良好。与传统熔焊办法相比,它无飞溅、烟尘,不需求增加焊丝和保护气体,接头性能良好。因为是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚波动相基本放弃不变,这关于热解决强化铝合金及积淀强化铝合金十分无利。焊后的残余应力和变形十分小,关于薄板铝合金焊后基本不变形。与一般摩擦焊相比,它可不受轴类整机的限度,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对外表停止去除氧化膜,并在48h 内停止加工,而搅拌摩擦焊工艺只需在焊前去除油污即可,并对拆卸要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节俭动力、净化小。

  搅拌摩擦焊铝合金也存在肯定的缺点:

   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,焊接进程中对焊件要求加肯定的压力,背面要求有垫板;

   ③焊后端头构成一个搅拌头残留的孔洞,一般需求补焊上或机械切除;

   ④搅拌头顺应性差,不同厚度铝合金板材要求不同构造的搅拌头,且搅拌头磨损快;

   ⑤工艺还不成熟,目前限于构造复杂的构件,如平直的构造、圆形构造。搅拌摩擦焊工艺参数复杂,次要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的挪动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。

  2.2 铝合金的激光焊接

  铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding) 是近十几年来开展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具备性能强、牢靠性高、无需真空条件及效率初等特点。其功率密度大、热输出总量低、等同热输出量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业主动化等优点,特地对热解决铝合金有较大的使用劣势。可进步加工速度并极大地升高热输出,从而可进步消费效率,改善焊接品质。在焊接高强度大厚度铝合金时,传统的焊接办法基本不能够单道焊透,而激光深熔焊时构成大深度的匙孔,发作匙孔效应,则能够失去完成。

  激光焊接铝合金有以下优点:

   ①能量密度高,热输出低,热变形量小,熔化区和热影响区窄而熔深大;

   ②冷却速度高而失去微细焊缝组织,接头性能良好;

   ③与接触焊相比,激光焊不用电极,所以缩小了工时和老本;

   ④不需求电子束焊时的真空氛围,且保护气和压力可抉择,被焊工件的外形不受电磁影响,不产生X射线;

   ⑤可对密闭通明物体外部金属资料停止焊接;

   ⑥激光可用光导纤维停止远间隔的传输,从而使工艺顺应性好,配算计算机和机械手,可完成焊接进程的主动化与精细管制。

  如今使用的激光器次要是CO2和YAG激光器,CO2激光器功率大,关于要求大功率的厚板焊接比较适宜。但铝合金外表对CO2激光束的排汇率比较小,在焊接进程中形成少量的能量损失。YAG激光一般功率比较小,铝合金外表对YAG激光束的排汇率绝对CO2激光较大,可用光导纤维传导,顺应性强,工艺安排复杂等。

  在焊接大厚度铝合金时,传统的焊接办法基本不能够单道焊透,而激光深熔焊时构成大深度的匙孔,发作匙孔效应,则能够失去完成 。

  铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的排汇很弱,对CO2 激光束(波长为10. 6μm) 外表初始排汇率1. 7 %;对YAG激光束(波长为1. 06 μm)排汇率靠近5 %。


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