浅谈航空航天中的铝合金焊接工艺

方连军　阚田田　刘晓娟　高献娟

摘 要：近些年来，随着航空航天的不断发展，对航天器材料的要求也越来越高，由于铝及铝合金密度小，强度好、易加工成型、弹性好、抗冲击性能好、耐腐蚀、耐磨、表面易着色、可回收再生等良好的物理化学性能，在航空航天工业中得到了广泛的应用。轻合金的广泛应用又促进了轻合金焊接工艺的发展，文章分别对铝及铝合金的钎焊，钨极惰性气体保护焊，熔化极惰性气体保护焊，搅拌摩擦焊，超塑成形/扩散连接进行了概述。

关键词：航空航天；铝合金；焊接

随着科技的进步及航空航天工业的发展，对材料的要求越来越高。减轻零件质量和降低制造成本使轻合金在航空航天领域得到应用。轻合金能使飞行器在减轻质量的同时，节约能源，降低费用，增加有效载荷，进而带来可观的经济效益[1]。

铝的地球储量丰富，约占地壳重量的8%[2]，铝合金是极具竞争力的在工业上应用最广泛的轻金属。铝及铝合金材料具有密度小，强度适中、弹性好、易加工成型、抗冲击性能好、耐磨、耐腐蚀、易表面着色、可回收再生等优良特性，在飞机制造中得到了广泛应用[3]。

焊接是轻合金材料的重要连接技术之一，具有减重、节材和提高生产效率的作用[4]。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展也拓展了铝合金的应用领域[5]。下面介绍几种可应用于铝合金的焊接工艺。

1 钎焊

铝及铝合金的钎焊是目前国内外学者研究较多的热点之一，其钎焊技术也得到了很大的发展。钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法[6]。钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件。钎焊又包括软钎焊和硬钎焊，软钎焊的温度不超过450℃，基体金属不熔化，不产生界面反应，避免了高温加热对被连接材料的影响。硬钎焊接头强度高，有的可在高温下工作。

2 钨极惰性气体保护焊

钨极惰性气体保护焊是最早的气体保护电弧焊方法，广泛用于焊接容易氧化的有色金属铝、镁及其合金、钛及钛合金等。该焊接方法是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝实现连接的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，防止对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，获得优质焊缝。保护气体可采用氩气、氦气或氩氦混合气体[7]。钨极惰性气体保护焊具有适应能力强，焊接质量好，焊接范围广等优点。

3 熔化极惰性气体保护焊

熔化极惰性气体保护焊是利用氩气或富氩气体作为保护介质，保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。这种方法焊接质量稳定可靠，成本低，操作灵活，最适于焊接铝、铜、钛及其合金等有色金属。是应用最广泛的焊接工艺之一[8]。

4 搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊技术是利用一种非耗损的搅拌头，高速旋转着压入待焊界面，摩擦加热被焊金属界面使其产生热塑性，在压力、推力和挤压力的综合作用下实现材料扩散连接，形成致密的金属间固相连接[8-9]。它具有无飞溅，无需焊接材料，不需要保护气体，被焊材料损伤小，焊缝热影响区小，焊缝强度高等特点，被誉为当代最具革命性的焊接技术[10]。近些年来，攪拌摩擦焊在航空航天、造船业、汽车制造业等领域都有着广阔的应用前景，可焊接材料范围也是相当之广，包括铝、镁、铜等有色金属、复合材料及异种材料等。

5 超塑成形/扩散连接

超塑成形/扩散连接技术是超塑成形与扩散连接的组合工艺，通过扩散连接，将两个或两个以上超塑成形零件一次加工成一个复杂形状的整体构件，提高生产效率[1]。超塑成形/扩散连接技术既能实现超塑成形焊接，又能将扩散的金属状态成功实现粘合，焊接成一个整体结构[11]。

6 结束语

由于铝具有密度小，导电性好，机械强度高等良好的物理化学性能，铝是工业生产中应用比较广泛的一种金属，目前，铝及铝合金已广泛的应用于航空航天，汽车等领域。铝及铝合金的焊接工艺与铝及铝合金的应用范围，相互促进，相互制约，所以轻合金焊接工艺的发展必将给铝及铝合金的应用开辟出一片新的天地。

参考文献

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[2]余瑾，雍文佳，张敏，等.超高强铝合金研发动态与前景[C]//全国机械装备先进制造技术（广州）高峰论坛/第十一届尽港机械与电子工程技术应用研讨会文集：115-117.

[3]王祝堂.航空航天铝合金发展的里程碑（一）[J].中国有色金属报，2012，7.

[4]奕国红.轻金属搅拌摩擦焊技术及新发展[J].肮空制造技术，2009（9）：26-31.

[5]王冲，王立颖.保护气体在铝合金焊接中的影响[J].河南科技，2012：79.

[6]张洪涛，陈怀宁，吴昌忠，等.不锈钢及其板翅式换热器钎焊技术[J].宇航材料工艺，2005（4）：12-18.

[7]农琪，谢业东，金长义，等.铝合金焊接技术的研究现状与展望[J].热加工工艺，2013，42（9）：160-162.

[8]沈以赴，顾冬冬，陈文华.航空航天焊接及成形典型技术[J].航空制造技术，2008（21）：40-44.

[9]丁丽丽，何旭斌，胡进.搅拌摩擦焊技术在军用飞机航空修理中的应用[J].电焊机，2004：130-134.

[10]岩石.航空航天先进特种焊接技术应用调查报告[J].航空制造技术，2010（9）：58-59.

[11]刘萝威.轻合金焊接工艺在航空航天上的应用[J].航天制造技术，2002（2）：49-52.

[12]雷仕利.关于航空航天中的轻合金焊接工艺探讨[J].科技专论，2014：143.

作者简介：方连军，男，辽宁沈阳，工程师，从事焊接机匣方向研究。